Unités de froid et pompes à chaleur par absorption

Les unités de froid par absorption sont des groupes froid qui, contrairement aux groupes froid par compression couramment utilisés,  sont alimentées par l'énergie themique.

Comme toute autre unité de froid, le froid est produit par l'évaporation d'un fluide réfrigérant dans l'évaporateur. Après compression, le réfrigérant se liquéfie dans le condenseur. La chaleur de condensation ainsi libérée est transférée à l'eau de refroidissement. On utilise un compresseur thermique dans l'unité d'absorption au lieu d'un compresseur mécanique. Dans l'absorbeur, la vapeur d'eau provenant de l'évaporateur est absorbée dans une solution saline très concentrée. La solution saline diluée par absorption est ensuite transportée par une pompe pour régénération dans le désorbeur. Là, la solution est à nouveau concentrée par la difusion de chaleur. Le flux de vapeur d'eau résultant passe dans le condenseur où il se condense. L'absorbeur, le désorbeur et le cycle de la solution forment ensembles le compresseur thermique, cependant sans que le travail mécanique ne soit nécessaire.

Le besoin énergétique d'une unité de froid à absorption dépend peu des températures mais presque exclusivement des propriétés de la solution utilisée. Dans le cas considéré du couple Eau / Bromure de lithium, on peut facilement déterminer la performance énergétique (COP = coefficient de performance), puisque l'on pose une première approximation du rendement de l'évaporateur :

Qv = m * r   avec m = masse de réfrigérant évaporé , r = chaleur de vaporisation spécifique.

Dans le désorbeur, par contre, une capacité thermique légèrement plus élevée est nécessaire pour produire de la vapeur à partir de la solution :

Qd = m * ( r + l )   avec l = chaleur de la solution

Pour le degré de rendement nous obtenons : 

COP =  r / ( r+ l )   

La chaleur de la solution s'élève dans la plage de fonctionnement habituelle à environ 15 à 20% de la chaleur d'évaporation r. Étant donné que r et l ne dépendent que légèrement de la température, il en résulte un rapport de chaleur presque constant qui se traduit dans la pratique par des valeurs comprises entre 0,7 et 0,82. En revanche, la puissance réalisée ainsi que la température d'eau chaude nécessaire pour alimenter le système varient en fonction des conditions de fonctionnement.

 

Le graphique montre un exemple typique de courbes caractéristiques d'une unité lorsque, dans des conditions standard ( lignes pointillées, 12/6°C eau froide et 27/32°C eau de refroidissement), une puissance de 200kW est atteinte lorsque le chauffage par l'eau chaude est à environ 90°C. Une température de l'eau chaude basse entraîne une baisse de la puissance réalisée.

Outre la température de l'eau chaude, la température de l'eau de refroidissement a une influence considérable.

En revanche, le degré d'efficacité ne dépend presque pas de la puissance.