Étude de cas : simulation des performances insuffisantes d'un système

Un nouveau livre blanc, « Au-delà de la brochure : révéler la réalité de la sous-performance des produits de réfrigération », publié par Eurovent Certification, présente les résultats de recherches récentes fondées sur des tests menés sur des équipements de rejet de chaleur sélectionnés, incluant des produits non certifiés par un organisme tiers au moment des tests. L’étude montre que, dans certains climats, les performances déclarées par les fabricants et les performances mesurées en laboratoire peuvent varier considérablement. En effet, des tests sur des refroidisseurs de gaz CO₂ non certifiés ont révélé que la capacité réelle de rejet de chaleur pouvait être jusqu’à 53 % inférieure à celle déclarée dans les régions d’Europe centrale et du Nord et jusqu’à 37 % inférieure à celle déclarée dans les climats chauds.

À partir des données issues de l’étude sur les refroidisseurs à gaz CO₂ et des résultats d’une recherche précédente sur la performance des condenseurs à air HFC, Eurovent Certification a utilisé un logiciel de simulation afin d’évaluer l’impact potentiel de composants de rejet de chaleur HFC et CO₂ sous-performants sur l’ensemble d’un système de réfrigération de supermarché. Voici les résultats de ces simulations.

Objectifs de l’étude de cas

L’objectif était de :

1) Déterminer l’impact potentiel d’une sous-performance en termes de :

• Consommation d’énergie supplémentaire
• Coûts d’exploitation supplémentaires
• Émissions de CO₂ supplémentaires.

2) Simuler différents taux de sous-performance afin d’évaluer l’impact sur 1 an, 10 ans et 15 ans (cycle de vie complet).

Méthode

À l’aide d’un logiciel de simulation, l’impact de dispositifs de rejet de chaleur sous-performants a été calculé à partir de deux configurations techniques typiques dans un supermarché :

• Système 1 : installation transcritique au CO₂
• Système 2 : installation HFC à température moyenne (MT) et basse température (LT)

Les deux systèmes ont été soumis à une série de simulations selon les paramètres suivants :

Dimensionnement du système :

• Température moyenne (MT) : Teva = -8 °C ; Qeva = 180 kW

  • 112 kW provenant des armoires — 62 %
  • 68 kW provenant des chambres froides — 38 %
• Basse température (LT) : Teva = -30 °C ; Qeva = 50 kW
  • 23 kW provenant des armoires — 46 %
  • 27 kW provenant des chambres froides — 54 %

Référence : écart de température au point d’approche de +2 K (sortie condenseur/refroidisseur de gaz – ambiance)

Profil climatique [1] : Munich (DE)

Typologie du groupe : surpresseur au CO₂ et R448a

Facteur d’émission [2] : 338 gCO₂/kWh — moyenne 2020-2023

Coût de l’électricité : 0,18 €/kWh

Figure 1 : Température maximale annuelle par jour

Sources : [1] et [2]

Étude de cas n°1 : installation transcritique au CO₂

Dans ce système, le rejet de chaleur est assuré par un refroidisseur de gaz CO₂. Dans l’étude du livre blanc, ces refroidisseurs ont été testés dans cinq conditions de marché différentes, montrant les écarts les plus importants dans les conditions 3 et 4.

Tableau 1 : Écarts entre la capacité de rejet de chaleur déclarée et mesurée

Le signe « - » indique une sous‑performance.

Pour cette étude, la performance est évaluée selon les conditions du tableau 2, basées sur la sous‑performance moyenne issue du livre blanc.

La sous-performance est exprimée via une augmentation du delta T dans les simulations. Cela traduit la perte de capacité par une moindre variation de température dans le refroidisseur, entraînant une température de sortie plus élevée, une pression haute accrue, une consommation d’énergie du compresseur plus élevée et un rendement global en baisse.

Tableau 2 : Sous‑performance selon chaque condition

Le refroidisseur de gaz fonctionne comme condenseur lorsque T ambiant ≤ 18 °C et en mode transcritique lorsque T ambiant > 18 °C.

Résultats

Les performances ont été simulées pour les conditions 3 et 4, en tenant compte de la sous‑performance en mode sous‑critique (condition 5). Les simulations portent sur 1 an, 10 ans et 15 ans.

Tableau 3 : Sous‑performance CO₂ – conditions 3 & 5

Tableau 4 : Sous‑performance CO₂ – conditions 4 & 5

Étude de cas n°2 : installation HFC

Dans cette étude, le rejet de chaleur est assuré par un condenseur HFC utilisant le réfrigérant R448a avec une sous‑performance de 32 % (basée sur une étude antérieure). Cela entraîne une pénalisation de +3,5 K sur la température de sortie du condenseur, supposée constante toute l’année dans cette simulation.

Résultats

Tableau 5 : Sous‑performance d’une installation HFC

Tant pour les systèmes HFC que CO₂, l’inefficacité des composants de rejet de chaleur entraîne plus de 43 000 kWh d’énergie supplémentaire consommée par an, soit plus de 7 800 €, et au moins 14,7 tonnes de CO₂ d’émissions supplémentaires.

Figure 2 : comparaison des émissions supplémentaires de CO₂ entre une installation HFC et CO₂ sous‑performantes

Mesure de différents taux de sous‑performance

Afin d’élargir l’analyse, plusieurs scénarios ont été simulés pour comparer différents niveaux de sous‑performance.

Cas S1 : CO₂, pénalité -10 % → +0,5 K transcritique / +2,5 K sous‑critique

Cas S2 : CO₂, pénalité -20 % → +1 K transcritique / +3 K sous‑critique

Cas S3 : CO₂, pénalité -30 % → +1,5 K transcritique / +3,5 K sous‑critique

Cas S4 : R448a, pénalité -10 % → +2,5 K toute l’année

Cas S5 : R448a, pénalité -20 % → +3 K toute l’année

Cas S6 : R448a, pénalité -30 % → +3,5 K toute l’année

Les performances ont été évaluées sur 1 an, 10 ans et 15 ans.

Figure 3 : Différence en pourcentage par rapport à la référence

Tableau 6 : Sous‑performance sur 1 an

Tableau 7 : Sous‑performance sur 10 ans

Tableau 8 : Sous‑performance sur 15 ans

Figure 4 : Émissions de CO₂ supplémentaires

Les résultats montrent que même une légère sous‑performance peut avoir un impact significatif sur tout le cycle de vie d’un produit.

Conclusion

Eurovent Certification a pu évaluer les conséquences potentielles d’une sous‑performance des équipements de rejet de chaleur pour des systèmes au CO₂ et au HFC. Sur un cycle de vie de 15 ans, ces équipements sous‑performants pourraient :

• Consommer au moins 650 000 kWh d’énergie supplémentaire
• Générer plus de 117 000 € de coûts d’exploitation additionnels
• Produire plus de 219 tonnes de CO₂ évitables

Et cela sans compter les effets potentiels sur la fiabilité et la longévité du système. L’analyse révèle que la sous‑performance dépasse le cadre de l’équipement isolé : elle peut impacter l’ensemble du système frigorifique.

Pour en savoir plus, téléchargez le livre blanc : « Au-delà de la brochure : révéler la réalité de la sous-performance des produits de réfrigération ».

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