Comment améliorer le rendement du refroidissement de procédé et de l'eau glacée
Pourquoi la température de l'eau glacée est la variable maîtresse, plus le free cooling, le séquencement, le pompage et la réduction de charge pour un refroidissement de procédé efficace.
Comment un réseau d'eau glacée consomme de l'énergie
Un système de refroidissement de procédé typique comporte un refroidisseur qui produit de l'eau froide, des pompes qui la font circuler vers les charges, et un système de rejet de chaleur — tours de refroidissement ou condenseurs à air — qui rejette la chaleur absorbée dans l'atmosphère. Le compresseur du refroidisseur est généralement le plus gros consommateur unique, mais les pompes et ventilateurs alentour ajoutent une part significative, et ils sont souvent laissés à plein régime indépendamment de la demande.
L'histoire du rendement tient en trois choses : faire travailler le refroidisseur moins dur pour chaque unité de froid, déplacer l'eau et l'air pas plus vite que nécessaire, et ne pas générer de charge de refroidissement qui n'avait pas à exister. Le plus grand levier unique se trouve dans la première.
Température de l'eau glacée : la variable maîtresse
Un refroidisseur travaille plus dur plus l'écart est grand entre la température qu'il doit produire et la température à laquelle il rejette la chaleur. Donc plus l'eau glacée qu'on lui demande de produire est froide, plus son rendement est faible. Beaucoup de réseaux sont réglés pour produire de l'eau bien plus froide que les charges n'en ont réellement besoin, simplement parce que la consigne n'a jamais été révisée.
Relever la consigne d'eau glacée, là où le procédé le permet, est souvent la plus grande amélioration de rendement disponible — elle relève directement le rendement du refroidisseur. De même, tout ce qui abaisse la température à laquelle la chaleur est rejetée (eau de condenseur plus froide, ambiance plus fraîche) réduit l'élévation que le compresseur doit vaincre. Resserrer cet écart de température est le cœur d'un refroidissement efficace.
Free cooling
Quand l'air extérieur est assez froid, les tours de refroidissement ou les aérorefroidisseurs peuvent assurer une partie ou la totalité de la charge de refroidissement sans faire tourner le compresseur du tout — c'est le free cooling. Pour les sites ayant une demande de refroidissement durant les mois plus frais, les économies peuvent être importantes, car le composant le plus gourmand en énergie est coupé ou déchargé.
Le réaliser nécessite que les régulations détectent l'opportunité et basculent automatiquement, et une consigne d'eau glacée assez élevée pour que les conditions ambiantes puissent la satisfaire pendant une partie utile de l'année. Le free cooling et une consigne judicieuse se renforcent mutuellement.
Pompes, ventilateurs et vitesse variable
Les pompes d'eau glacée et les ventilateurs de condenseur/tour sont des charges centrifuges classiques, où le débit et la puissance chutent fortement quand la vitesse diminue. Pourtant beaucoup tournent à vitesse fixe contre des vannes d'étranglement, gaspillant de l'énergie. Passer au débit variable — varier la vitesse de pompe pour maintenir une pression différentielle, et la vitesse de ventilateur pour maintenir une température de condenseur — capte de grandes économies à charge partielle, là où ces systèmes passent l'essentiel de leur vie.
Il en va de même pour l'étagement : plutôt que de faire tourner chaque pompe et ventilateur en continu, régulez-les à la demande. Le fonctionnement à charge partielle est la condition normale, donc bien le maîtriser compte plus que la valeur à pleine charge.
Séquencer plusieurs refroidisseurs
Là où un site a plusieurs refroidisseurs, leur séquencement détermine le rendement du système. Faire tourner trop de machines faiblement chargées, ou la mauvaise machine pour les conditions, gaspille de l'énergie. Un bon séquencement charge les machines les plus efficaces en premier, adapte le nombre de refroidisseurs en marche à la charge, et utilise chaque refroidisseur dans sa plage efficace.
Cela est de plus en plus automatisé par des logiciels d'optimisation d'installation qui tiennent compte de la courbe à charge partielle de chaque machine, de la charge actuelle et des conditions ambiantes, et appellent la combinaison à la puissance totale la plus basse. Les gains du séquencement sont réels et ne nécessitent aucune nouvelle installation mécanique.
Réduire la charge et surveiller
Le refroidissement le moins cher est celui que vous n'avez jamais à fournir. Les apports de chaleur dans les espaces et boucles d'eau glacée — par mauvaise isolation, infiltration, débits surdimensionnés et inefficacité de procédé — ajoutent tous une charge que le refroidisseur doit ensuite retirer. Réduire les apports de chaleur indésirables à la source réduit directement la demande de refroidissement et permet à toutes les autres mesures de travailler sur une charge plus petite.
Rien de tout cela n'est gérable sans mesure. Compter la puissance du refroidisseur par rapport au froid fourni donne un chiffre de rendement qu'on peut suivre ; surveiller les températures d'eau glacée et de condenseur, les débits et la puissance des pompes et ventilateurs révèle la dérive et confirme les économies. La surveillance continue transforme une installation de refroidissement d'un coût fixe en un coût maîtrisable.
Questions fréquentes
Quel est le moyen unique le plus efficace de rendre un refroidisseur plus efficace ?
Relever la consigne d'eau glacée aussi loin que le procédé le permet. Un refroidisseur travaille plus dur plus l'eau qu'il doit produire est froide, donc beaucoup de réseaux gaspillent de l'énergie à faire de l'eau plus froide que les charges n'en ont besoin. Relever la consigne améliore directement le rendement du refroidisseur.
Qu'est-ce que le free cooling ?
Quand l'air ambiant est assez froid, les tours de refroidissement ou les aérorefroidisseurs peuvent assurer une partie ou la totalité de la charge de refroidissement sans faire tourner le compresseur du refroidisseur. Les économies peuvent être importantes pour les sites ayant une demande de refroidissement les mois plus frais, mais cela nécessite des régulations adaptées et une consigne d'eau glacée assez élevée.
Pourquoi convertir les pompes et ventilateurs d'eau glacée en vitesse variable ?
Ce sont des charges centrifuges dont la puissance chute fortement quand la vitesse diminue, et les systèmes de refroidissement passent l'essentiel de leur temps à charge partielle. Le fonctionnement à vitesse fixe contre des vannes d'étranglement gaspille de l'énergie, tandis que varier la vitesse pour maintenir pression ou température capte de grandes économies à charge partielle.
Le séquencement des refroidisseurs compte-t-il vraiment ?
Oui. Avec plusieurs refroidisseurs, faire tourner trop de machines faiblement chargées ou la mauvaise machine pour les conditions gaspille de l'énergie. Séquencer les machines les plus efficaces en premier et adapter le nombre en marche à la charge améliore le rendement du système sans nouvelle installation mécanique.
Guides liés
How to improve industrial refrigeration efficiency
The big refrigeration energy levers — suction and condensing pressure, defrost, compressor control, heat recovery and load reduction — and how to manage them.
Cooling tower efficiency
Cooling towers reject process heat to the air, and small improvements in approach, fan control and water treatment cut both energy and water use. The levers that matter and the faults that waste them.
Pump efficiency
Pumps are among the largest electricity users in industry, and many run far from their best efficiency point. Where pump energy is wasted — oversizing, throttling, wear — and how to recover it.
Fan and VFD optimization
Fans move air for ventilation, combustion, drying and cooling — and like pumps, they are often controlled by wasteful damping. How variable-speed drives and better system design cut fan energy.
Software that helps
Schneider EcoStruxure
IoT platform for energy and plant resource management.
AVEVA Predictive Analytics
Early-warning analytics for critical process and power assets.
Seeq
Advanced analytics for time-series process data.