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Supermarchés et distribution alimentaire : Mise en œuvre rapide des systèmes de refroidissement au CO₂
Facteurs réglementaires : Impact de l’interdiction des HFC sur l’utilisation des systèmes de refroidissement au CO₂
L’élimination obligatoire des HFC, accélérée par l’Amendement de Kigali au Protocole de Montréal, pousse les supermarchés à abandonner les fluides frigorigènes à fort potentiel de réchauffement climatique. Récemment, le dioxyde de carbone (R744) s’est imposé comme le fluide frigorigène naturel privilégié pour répondre à ces exigences réglementaires, car son effet sur le réchauffement climatique est égal à 1 et son potentiel de destruction de la couche d’ozone (ODP) est nul, du moins parmi les fluides frigorigènes les plus courants. À présent, les grands détaillants doivent respecter des délais contraignants de conformité dans l’Union européenne, aux États-Unis et au Royaume-Uni. Par conséquent, la conversion vers des systèmes de refroidissement au CO₂ constitue une impérative stratégique afin de se conformer à la réglementation et de protéger les installations contre un environnement réglementaire de plus en plus exigeant.
Avantage de performance : Efficacité énergétique des systèmes de refroidissement transcritiques au CO₂ pour les applications à température moyenne
Dans les applications liées aux produits laitiers, aux rayons traiteurs et aux boissons et vitrines réfrigérées en magasin, les systèmes au CO₂ en cycle transcritique offrent une plus grande efficacité énergétique aux rayons laitiers et traiteurs. Des études de cas montrent que, dans ces applications, les systèmes au CO₂ en cycle transcritique consomment 30 % d’énergie en moins que les anciens systèmes à HFC fonctionnant dans les mêmes conditions. L’excellente efficacité énergétique du CO₂ et ses propriétés thermodynamiques sont encore renforcées lorsque d’autres systèmes intègrent des systèmes de récupération de chaleur. Ces systèmes adoptent une architecture de compression parallèle afin de gérer les variations de température. Les systèmes dotés d’une architecture de compression parallèle fonctionnent avec une efficacité énergétique constante et optimale.
Impact réel : Le déploiement, par un grand détaillant britannique, de systèmes de refroidissement au CO₂ réduit l’impact sur le potentiel de réchauffement planétaire (PRP) de 99 % et la consommation énergétique de 12 %. Un important détaillant au Royaume-Uni a procédé à la modernisation de ses systèmes de refroidissement dans plus de 200 magasins, en adoptant la technologie transcritique au CO₂. Une évaluation indépendante du cycle de vie a soutenu ce projet. Ce déploiement a permis d’éliminer 99 % de l’impact direct lié au PRP des fluides frigorigènes et de réduire la consommation d’électricité sur site de 12 %, entraînant une réduction des coûts de 740 000 $ par magasin et par an (Institut Ponemon, 2023). Cette transition s’est effectuée sans interruption des opérations, démontrant ainsi la facilité de déploiement des solutions modernes au CO₂ et la maturité de cette technologie. Transformation agroalimentaire et entreposage frigorifique : Déploiement à grande échelle des systèmes de refroidissement au CO₂ pour répondre aux besoins de basses températures Besoin opérationnel : Les chaînes d’approvisionnement frigorifiques pour produits surgelés stimulent les investissements dans les systèmes de refroidissement au CO₂ à basse température Il est essentiel, pour l’industrie des produits surgelés, de disposer de systèmes de réfrigération ultra-stables et économes en énergie, capables de supporter des opérations de maintenance sans que la température ne dépasse la cible fixée à -25 °C — objectif réglementaire de l’industrie des produits surgelés, qui est toutefois généralement fixé à -18 °C. Ce niveau de réfrigération est désormais considéré comme indispensable, la production de produits surgelés connaissant une croissance annuelle de 7 % (Food Logistics, 2023). La demande croissante de plats préparés et de protéines d’origine végétale accroît la demande de produits surgelés devant être conservés à une température inférieure à -15 °C ; or, un maintien à -15 °C compromet l’intégralité de la chaîne de production.
Systèmes de refroidissement au CO₂ à cascade et à boucle secondaire pour une utilisation à –40 °C
Un système de refroidissement au CO₂ à cascade et à boucle secondaire offre une précision et une sécurité maximales pour diverses applications, notamment le stockage de produits à l’état lyophilisé ou cryogénique, grâce à des applications de congélation profonde telles que la surgélation. Les configurations à cascade utilisent de l’ammoniac ou des hydrocarbures, conjointement avec du CO₂, dans des circuits à deux étages afin d’assurer un fonctionnement à une température de –40 °C, avec une fluctuation thermique maintenue de ±0,5 °C et un intervalle de dégivrage représentant plus de 40 % du temps de fonctionnement. Grâce aux conceptions à boucle secondaire, le CO₂ est mis en circulation dans un système fermé, et le fluide frigorigène est ainsi séparé des zones de contact avec les aliments, ce qui permet de respecter les exigences de la FDA et du BRCGS en matière de maîtrise de la contamination. À –35 °C, cette configuration spécifique atteint une valeur de COP supérieure de 130 % à celle d’autres systèmes basse température utilisant des HCF (mousses à forte teneur en carbone). En outre, le préchauffage des condenseurs à cascade améliore l’efficacité énergétique du système.
Pharmacie et produits laitiers : systèmes de refroidissement au CO₂ pour un refroidissement précis conforme aux exigences réglementaires
Directive réglementaire : la FDA et l'EMA privilégient les systèmes de refroidissement au CO₂ dotés de propriétés non corrosives et non inflammables
Les procédés pharmaceutiques et laitiers sont rigoureusement encadrés par diverses autorités de régulation, telles que la FDA et l'EMA, qui s'inquiètent de l'utilisation de fluides frigorigènes dans des environnements stériles et alimentaires, en exigeant qu'ils ne soient ni inflammables ni toxiques. Le dioxyde de carbone (R744) étant un fluide frigorigène naturel, il n'existe aucun risque de contamination en cas de fuite. Les systèmes de refroidissement au CO₂ constituent une solution répondant aux exigences établies par l'amendement de Kigali relatif à la réduction progressive mondiale des hydrofluorocarbures (HFC), ainsi qu'aux besoins spécifiques de la production de médicaments injectables et de produits biologiques, de produits laitiers fermentés et de lait pasteurisé.
Stabilité des procédés : les systèmes de refroidissement au CO₂ assurent un contrôle thermique précis (±0,3 °C) pour les procédés de pasteurisation et la fabrication de produits biologiques
Les industries pharmaceutique et laitière exigent une sécurité et une efficacité comparables, qui ne peuvent être obtenues que grâce à un contrôle constant de la température. Les systèmes de refroidissement au CO₂ ont atteint une stabilité allant jusqu’à ±0,3 °C pour prévenir la dénaturation des protéines dans les composants vaccinaux destinés aux opérations de remplissage et d’achèvement à grande échelle, la pasteurisation en continu (HTST) des lignes de dialyse, ainsi que la destruction microbienne dans le secteur laitier. La prévention de la dénaturation est assurée aux clients grâce à la capacité unique du CO₂ de contrôler précisément la température, même lors de la mise en service ou sous forte charge du système, en fonction de la demande. Pendant la phase de congélation des applications à cascade au CO₂, une stabilité à −40 °C permet de préserver l’intégrité des formulations d’anticorps monoclonaux contre les dommages induits par le gel. Le CO₂ réduit également les taux de rejet des lots et renforce la confiance des clients en diminuant la fréquence des dommages causés par le gel dans les ingrédients laitiers haut de gamme.
Centres logistiques et de distribution : intégration de systèmes de refroidissement au CO₂ dans des installations de réfrigération multi-zones
Souplesse du système : conceptions hybrides CO₂/NH₃ et entièrement à base de CO₂ pour les centres de distribution multi-températures
L’approvisionnement des centres logistiques modernes implique la gestion simultanée de plusieurs zones de température, allant des quais de réception à température ambiante (15-25 °C) aux entrepôts réfrigérés (2-8 °C), en passant par les entrepôts surgelés (-25 °C) et ultra-surgelés (-40 °C), le tout dans une seule solution intégrée pour centre logistique. Les systèmes hybrides CO₂/ammoniac exploitent au mieux l’efficacité de l’ammoniac pour les applications à basse température et celle du CO₂ pour les applications à température moyenne et basse, éliminant ainsi le risque de contamination croisée entre fluides frigorigènes. En revanche, les solutions entièrement à base de CO₂ utilisant des fluides frigorigènes en cascade combinent des solutions transcrites et subcritiques. Les solutions hybrides à base de CO₂ présentent également trois caractéristiques essentielles que doivent posséder les systèmes modulaires, notamment les trois suivantes :
- Optimisation spécifique à la zone : des circuits frigorifiques dédiés réduisent les transferts thermiques indésirables, préservant ainsi l’intégrité de la chaîne du froid pour les compartiments frais et surgelés.
- Capacité évolutive : les unités distribuées au CO₂ permettent d’ajuster la capacité en fonction du débit de l’unité et de son développement futur.
- Récupération intégrée d’énergie : l’énergie perdue par les compresseurs de congélation est utilisée pour le dégivrage et le chauffage de l’espace de l’unité.
Traditionnellement, chacune de ces solutions de conception permet de réduire les coûts énergétiques annuels totaux de 15 à 20 % par rapport aux systèmes frigorifiques multi-zones, tout en diminuant simultanément la quantité de fluide frigorigène stockée, les fuites et les coûts liés à la conformité réglementaire, notamment ceux associés au processus plus long d’étanchéité du système.
FAQ
Pourquoi le CO₂ est-il privilégié par rapport aux HFC dans les systèmes de refroidissement ?
Le CO₂ est privilégié en raison de son faible potentiel de réchauffement planétaire (PRP) de 1, de son potentiel de destruction de la couche d’ozone nul et de sa conformité aux réglementations mondiales visant à éliminer progressivement les HFC. Il constitue une alternative écologique et efficace.
Quels sont les avantages des systèmes au CO₂ transcritiques pour les supermarchés ?
Les systèmes au CO₂ transcritiques constituent une amélioration par rapport aux systèmes traditionnels aux HFC, car ils consomment environ 30 % d’énergie en moins et reposent sur des propriétés thermodynamiques intrinsèquement supérieures, tout en offrant également de meilleures capacités de récupération d’énergie.
Quels sont les avantages des systèmes frigorifiques au CO₂ pour les secteurs pharmaceutique et laitier ?
Les systèmes frigorifiques au CO₂ répondent aux normes et réglementations requises grâce à des solutions de refroidissement non toxiques, non inflammables et chimiquement inertes. En outre, ils assurent un contrôle précis de la température afin de préserver l’intégrité des produits et la sécurité.