Souper-conférence du 21 janvier 2019 – soirée réfrigération & méritas technologiques

CE QUE VOUS AVEZ PEUT-ÊTRE MANQUÉ...SOUPER-CONFÉRENCE DU 21 janvier 2019

Le 21 janvier dernier, à l’occasion de la soirée réfrigération et méritas technologiques, le Chapitre de Montréal a reçu messieurs Charles Vanelslande, ing., M. ing. et François Aucoin, ing., dont la conférence technique portait sur les particularités de la réfrigération dans une miellerie. Cette session technique a permis à l’assistance de découvrir un champ d’application inusité : le contrôle de la température nécessaire au bien-être des abeilles productrices de miel. Puis, pour le 2^e volet de la soirée, le Chapitre de Montréal a accueilli M. Augusto San Cristobal, directeur de produits chez Engineering Bronswerk Group. Cette conférence principale portait sur la conception de systèmes de réfrigération pour des applications navales.

Conférence technique

Gauche à droite: François Aucoin, Alexandre St-Charles et Charles Vanelslande

La présentation de messieurs Vanelslande et Aucoin portait sur une ferme de production de miel basée sur la Rive-Nord de Montréal. Le bâtiment où sont installées les 8 000 ruches qui abritent les 480 millions d’abeilles date des années ‘80. On y fabrique une variété de produits à base de miel dont le miel, la confiture et l’hydromel. L’objectif de ce projet était de construire un bâtiment pour l’hibernation des abeilles et la congélation du miel qui requièrent toutes deux des températures et des périodes d’opération différentes.

Température et l’hibernation des abeilles

L’hibernation des abeilles se fait du 1^er novembre au 30 avril à une température de 39 °F (moyenne température), tandis que le miel est congelé du 15 mai au 15 octobre à une température de -7 °F (basse température). La congélation du miel évite la prolifération d’un petit coléoptère indésirable qui rend le miel impropre à la consommation et fait fuir les abeilles hors de leur ruche. La congélation du miel doit se faire rapidement et la température doit passer de 75 °F à -7 °F en 24 à 48 heures. Par ailleurs, les abeilles qui sont munies d’un exosquelette sans « isolation » sont très sensibles au gel. Si leur température interne chute sous les 35 °F, elles tombent dans un coma très rapidement. Lors de son hivernation, l’abeille circule dans la ruche en décrivant des demi-cercles. Chaque zone de circulation reste chaude au centre (75 °F) et est plus froide en périphérie (45 °F). Lors des températures froides d’hiver, afin de maintenir leur métabolisme, les abeilles prélèvent un peu de miel chaud de leurs réserves au centre et se déplacent en périphérie pour le consommer. Lorsque les réserves de miel sont épuisées, les abeilles doivent quitter la ruche pour aller butiner. Le danger est que cette situation ne se produise pas avant l’arrivée du printemps et que la colonie ne gèle pas en sortant de la ruche. Un contrôle étroit des réserves de miel est donc crucial pour la rentabilité et la survie de la ruche et ceci passe par un contrôle étroit la température des ruches.

En résumé, les contraintes de design étaient les suivantes :

• Utilisation d’un même entrepôt pour ces 2 fonctions;
• Congélation du miel de 75 °F à -7 °F en 24 à 48 heures;
• Utilisation d’un même entrepôt suivant les domaines de température;
• Alternance des modes « blast » puis « holding » long terme;
• Contrôle critique de la température;
• Habitat pour un organisme vivant qui nécessite un apport d’air.

Système de refroidissement

Le système de refroidissement est composé de 2 caveaux avec des unités individuelles. Un système composé de 3 évacuateurs et d’actionneurs permet de faire les changements d’air et de refroidir l’air à 39 °F. Plus l’air est froid, plus les volets se ferment et les évacuateurs réduisent leurs vitesses. Ce refroidissement naturel permet de diminuer le temps d’opération des compresseurs (20% du temps seulement). Les relais chauffage des évaporateurs sont aussi utilisés en « back-up » pour réchauffer l’entrepôt si la température est trop basse. Tout cela est possible grâce à un algorithme de contrôle.

Contrôle de la température

Le contrôle de la température est critique et est effectué grâce à un automate qui interagit avec les paramètres de contrôle venant de la miellerie (contrôle client). Le système de gestion comporte des graphiques accessibles par le Web et les appareils intelligents ce qui permet au client de suivre son entrepôt. Voici les 2 modes d’opération été - hiver. La commutation entre les 2 modes se fait par un interrupteur manuel.

Mode HIVER

• Point de consigne de 4 °C;
• Le contrôle client gère l’apport d’air extérieur;
• Lorsque la température est de 4 °C – hystérésis, le relais de chauffage est activé;
• Le contrôleur du bâtiment active la séquence de chauffage;
• Les éléments électriques de dégivrage sont utilisés en mode chauffage;
• Les ventilateurs des évaporateurs sont utilisés en recirculation d’air.

Mode ÉTÉ

• Point de consigne de -20 °C;
• Désactivation du contrôle client pour la gestion de l’apport d’air extérieur;
• Réfrigération mécanique;
• Gestion de la capacité par stage, incluant un stage modulant;
• Gestion des dégivrages selon l’algorithme de dégivrage optimisé.

La séquence de dégivrage est programmée selon une plage horaire avec des événements à intervalles réguliers et un algorithme d’optimisation détermine si un événement de dégivrage doit avoir lieu ou si le système peut demeurer en mode réfrigération. Par ailleurs, si les conditions le requièrent, l’algorithme commande un événement de dégivrage additionnel entre les intervalles déjà programmés. Les graphiques ci-dessous illustrent les « économies » de dégivrage réalisées après l’implantation de l’algorithme.

Conclusion

La comparaison des simulations énergétiques et du bâtiment démontre un gain énergétique de 2 539 $/an et un gain en entretien de 9 860 $/an. Le projet est un succès dont messieurs Vanelslande et Aucoin sont très fiers. Le Chapitre de Montréal tient à les remercier d’avoir partagé leur expérience relative à cette application originale de la réfrigération du bâtiment.

Par Mariline Fréchette, Comité édition

Veuillez noter que la présentation Power Point de cette conférence ne sera pas disponible.

Conférence principale

Gauche à droite: M. Francis Lacharité et M. Augusto San Cristobal

Marine domestic refrigeration vs naval domestic refrigeration

Marine domestic refrigeration systems are similar to those on land however also consider pitch (15 degrees) and Roll (30 degrees), a corrosive environment, limited space, sea water (salt water) for cooling, and redundancy (duty/stand-by).

Naval domestic refrigeration systems are more demanding with pitch requirements at 25 degrees and roll requirements at 40 degrees. Redundancy requirements are stricter where each component is duplicated i.e. dual condensing units, dual unit coolers and even dual piping systems. Since this is the navy there are also shock resistance requirements and particular acoustical specifications.

The challenge

The engineering challenge was to design and build a compact condensing unit that was easy to operate, service and replace while being versatile, flexible and have enhanced redundancy. If that was not enough the navy also wanted the system to help extend underwater time and have refrigerants with a low Global Warming Potential (GWP).

Modular approach to naval domestic refrigeration

The design went away from the walk-in type cooler/fridge to smaller stowage. Designed very compact water-cooled condensing units using a one-to-one philosophy (One condensing unit to one dedicated stowage). To simplify maintenance quick connections were installed on all services such as condenser water, refrigerant lines, power and controls.

Low Global Warming Potential (GWP)

In response to client demands, a low GWP was requested which meant R404a was no longer on the table. CO2 technology was explored however a subcritical 0.5TR compressor was unavailable. The solution appeared to lie with R1234ze (GWP<6) and with iterative adjustments it became a reality. At the time of design, the refrigerant was unknown in Canada and a special import permit was required by customs. Due to flammability risks inherent to submarines R1234ze was chosen over R1234yf.

Designing with R1234ze

Designing a naval domestic refrigeration system with this new refrigerant had its challenges since there was limited performance information on the gas itself and it was unknown how the refrigerant it would behave in the compressor. Design included:

• A systematic analysis of the system was performed including examining heat loads and pressure drops;
• Modified software algorithms;
• Suction quick connector was improved due to large pressure drop;
• Increased compressor motor size;
• Adjusted algorithms for the electronic expansion valves.

Heat pump type technology

Another innovation was a 2-pipe heating and cooling vapor compression plant specially designed for marine applications. The unit is not a heat pump in the true sense as the direction of the vapor compression cycle does not change i.e. does not reverse. The condenser and evaporator always perform their respective functions. The unit cools the ship during the cooling season by rejecting heat to the sea and provides heat during the heating season by taking heat from the sea. Efficiencies are superior to conventional heating such as electrical resistance heating as COP can range from 3 to 3.5. Vapor compression heating systems on ships are preferred to boilers since heat recovery on ships are not always an option.

Via the vapor compression cycle, heat is absorbed by the evaporator and rejected to the intermediate loop in the condenser. Finally, this heat is then rejected to the sea water via the plate heat exchanger. There are added complexities such as the requirement for a 20% glycol solution which circulates in the ship’s hydronic system, an intermediate water loop with heat exchanger between the unit and the sea water.

Chillers

Navel ships are different than buildings in many ways. One main difference is that that they move around the world. Except for climate change, a building’s peak HVAC design condition can remain the same thought its life. Ships can patrol the cold Artic waters in one mission and then cruise down south and be expected to also perform in the tropics. The solution was a compact and light weight modular chiller plant. Each of the chiller modules, were complete with their own automation, safeties, etc. Smart efficient controls were essential to reduces power draw which allowed more power for the ship’s equipment itself. Each of the modules were self controlled however controlled via a central panel that assigns setpoints based on overall demand. One challenge was finding a design to control leaving water temperature on parallel installed modules using a constant fluid flow. As mentioned above, a 50% glycol solution is fundamental due to the operational environment. The main controller assigns low setpoint of 1degree C, which is required to satisfy the average demand.

Conclusion

Designing for naval applications requires satisfying stricter requirements (shock, salt water, tilt angles). Innovation in this industry, such as using new refrigerants, is essential to make your equipment perform with the limitations imposed.

Par Shawn Walton, Comité édition

Veuillez noter que la présentation Power Point de cette conférence ne sera pas disponible.

ÉQUIPE DE LA CETAF

Gauche à droite: Sébastien Grisé, Dominique Desrosiers, accompagné par Francis Lacharité, Michel Chagnon, accompagné par John Deuel, Nadine Constantineau et Claudette Carrier

Merci à nos amis de la Corporation des entreprises de traitement de l'air et du froid (CETAF) de nous rejoindre pour le souper-conférence de janvier 2019.

Gagnants des Méritas technologiques ASHRAE 2019 en photos

Pour le Chapitre de Québec 
Gagnant à la Société  -1ère place  - catégorie Bâtiment existant  - Lieu de rassemblement : Optimisation de la Performance Énergétique du Stade Olympique de Montréal

Gauche à droite: M. Francis Lacharité accompagné de M. André-Benoît Allard, M. Maurice Landry et M. Dominic Desjardins

Pour le Chapitre de Montréal
Gagnant à la Société  - 2e place  - catégorie Bâtiment existant  - Édifice commercial : Complexe de Gaspé

Gauche à droite: M. Daniel Robert, M. Stanley Katz et M. Chris Lawson et en compagnie de M. Francis Lacharité

Pour le Chapitre de Montréal
Gagnant à la Société  - 3e place - catégorie Nouveau bâtiment  - Établissement de santé : Ullivik Health Center

Gauche à droite: Francis Lacharité accompagné de M. Daniel Robert, M. Stanley Katz et M. Simon Kattoura

Pour le Chapitre de Montréal
Gagnant au chapitre de Montréal  -  catégorie Bâtiment existant  - Établissement de soins de santé: Jewish Eldercare Center, Pavillon Hope

Gauche à droite: M. Francis Lacharité accompagné de M. Antonino Lagana recevant le prix pour M. Simon Peter Cane 

Pour le Chapitre de Montréal
Gagnant à la Société  - 3e place - catégorie Nouveau bâtiment - Édifice commercial :  Résidences Funéraires Goyer

Gauche à droite: M. Francis Lacharité en compagnie de M. Jonathan Goyer et Mme Lianne Cockerton recevant le prix pour Martin Roy.

Félicitations à tous les gagnants ainsi qu’à tous les participants qui ont soumis des projets! 

Vous pourriez être un nouveau récipiendaire des Méritas technologiques ASHRAE, tentez votre chance, vous avez jusqu'au 29 mars 2019 pour soumettre votre projet-candidature!

GAGNANTE DE LA CARTE CADEAU
SONDAGE DES MEMBRES - L’ÉVÉNEMENT GOLF/VÉLO 2019

Mme Danielle Monfet

GAGNANT DE LA BOUTEILLE DE VIN
SONDAGE DES CONFÉRENCIERS DE NOVEMBRE 2018

Gauche à droite: M. Andrew Chin gagnant accompagné de M. Gabriel Gosselin 

VOICI UN APERÇU DES DIFFÉRENTS PRÉSENTOIRS DE NOTRE DERNIÈRE SOIRÉE