Ce que vous avez peut-être manqué…

CE QUE VOUS AVEZ PEUT-ÊTRE MANQUÉ... SOIRÉE MENSUELLE DU 13 JANVIER 2025

La conférence technique du 13 janvier dernier au Club St-James à Montréal portait sur l'intégration des pompes à chaleur au CO2 dans le bâtiment. M. Antonio Lagana, ing., et Dominique Monney, nous ont présenté cette technologie et quelques exemples d’application.

Ensuite M. Félix St-Germain, ing., nous a présenté Les pompes à chaleur haute température et leur application dans l'industrie de transformation latière.

Conférence technique

L'INTÉGRATION DES POMPES À CHALEUR AU CO2 DANS LE BÂTIMENT

Présentée par Antonio Lagana et Dominique Monney

Le 13 janvier dernier, lors de la conférence technique tenue au Club Saint-James, le chapitre de Montréal a eu le privilège d’accueillir M. Antonino Lagana, ingénieur principal chez Stantec ainsi que M. Dominique Monney, consultant en recherche et innovation chez Copeland. Ces derniers ont offert une présentation sur le rôle des pompes à chaleur au CO₂ dans la transition énergétique des bâtiments.

Tout d’abord, les conférenciers ont expliqué que la demande mondiale des pompes à chaleur devrait exploser, passant de 180 millions d’unités en 2020 à 600 millions en 2030, avec un rôle clé dans la décarbonisation. Ensuite, un rappel quant aux avantages des pompes à chaleur a été réalisé, comme une efficacité énergétique accrue, la réduction des émissions de GES, et l’optimisation des réseaux électriques, particulièrement grâce à une gestion flexible de la demande. Également, elles permettent aussi de récupérer la chaleur perdue dans divers secteurs industriels et bâtiments.

Rapidement les avantages du CO₂ ont été abordés. Il a été question des limites réglementaires croissantes imposées sur le potentiel de réchauffement global (PRG) des réfrigérants, où le CO₂ (PRG=1) émerge comme une solution durable. Les nouvelles normes canadiennes et québécoises interdisent les réfrigérants avec un PRG supérieur à 750.

Les pompes à chaleur au CO₂ se distinguent par leur capacité à fonctionner dans des environnements extrêmes, avec des températures chaudes jusqu’à 90°C et froides jusqu’à -40°C. Elles s’intègrent bien aux systèmes existants, grâce à leur efficacité énergétique et leurs faibles besoins en infrastructure.

Adoptées massivement au Japon (6 millions d’unités), les pompes à chaleur au CO₂ offrent des solutions innovantes pour l’électrification partielle des bâtiments, combinant chauffage, refroidissement et récupération thermique. Des unités comme la MÉGAPAC, capables de fournir jusqu’à 1,7 MW, illustrent leur potentiel pour des projets commerciaux de grande échelle.

Les conférenciers ont renchéri les avantages des pompes à chaleur au CO₂, étant une technologie clé pour atteindre les objectifs de durabilité, en exploitant leur faible impact environnemental et leur flexibilité opérationnelle. Leur adoption s’accélère à travers le monde, soutenue par des réglementations renforcées et des innovations continues.

Merci à nos conférenciers pour ce partage de connaissances.

Antonio Lagana, Dominique Monney et Marc-André Ravary, responsable CTTC

Par Cédric Daval, comité édition

Conférence principale

LES POMPES À CHALEUR HAUTE TEMPÉRATURE ET LEUR APPLICATION DANS L'INDUSTRIE DE TRANSFORMATION LAITIÈRE

Présentée par Félix St-Germain

La décarbonation est l'une des tendances majeures des dernières années. Les pompes à chaleur utilisant des réfrigérants naturels, à faible potentiel de réchauffement global, joueront un rôle crucial dans cette transition. Avec de très grandes demandes de chauffage et refroidissement combinées qui se calculent en Mégawatts, les industries de transformation laitières sont d’excellents candidats pour l’utilisation de ces solutions puisqu'elles disposent déjà de systèmes de réfrigération industrielle.

Lors de la conférence, Félix St-Germain a présenté les principaux éléments constituant les pompes à chaleur et systèmes à haute température, le marché et industries de la transformation laitière en lien avec les besoins et les nombreuses opportunités liées à l’intégration de ces systèmes à travers une revue détaillée des principaux procédés ainsi qu’une étude de cas.

Marchés, industries et procédés concernés

L’un des principaux facteurs de succès dans l’implantation de thermopompes consiste à avoir accès à une source de chaleur constante ainsi que la concordance des charges. L’industrie de la transformation laitière est particulièrement intéressante puisqu’on y retrouve entre autres :

De grands débits d’air de ventilation à conditionner;
D’importants débits d’air neuf à chauffer et d’eau à préchauffer.

Rappelons que la performance optimale d’un système dépend du procédé que l’on doit refroidir dans l’usine, ainsi que la concurrence des charges de chaleur. Après une revue des principaux types d’arrangement des systèmes pompes à chaleur à haute température (à évaporation simple, avec réservoir intermédiaire, à cascade noyé simple et optimisé), M. St-Germain a mis en lumière plusieurs opportunités liées à certains procédés de l’industrie laitière en exposant finement les conditions de températures d’opération des différentes étapes. Entre autres :

Le procédé de pasteurisation est un parfait candidat pour les thermopompes, car il demande constamment du chaud et de froid.
Les évaporateurs et le séchage du lait dans les usines de lait en poudre ne devraient pas être négligés : bien qu’ils demandent de l’air à 200^oC qui ne peut être totalement couvert par les thermopompes, le préchauffage peut être accompli par la récupération de chaleur en grande partie.

Étude de cas : observation des paramètres clés et dimensionnement d’un système de réfrigération

Une comparaison de différentes technologies de réfrigérants et des configurations possibles de ces systèmes a permis de partager les critères essentiels de conception à considérer lors de leur évaluation, et d’orienter les concepteurs vers des choix éclairés pour sélectionner le type de pompe à chaleur adapté à leur projet.

Le débit volumique prend alors une place importance dans le choix de la solution retenue, et non uniquement le COP de performance énergétique de chauffage, afin de prendre en compte la dimension du système, donc le coût (CAPEX).

L’exercice fut mené minutieusement avec la comparaison de six configurations de systèmes utilisant notamment des réfrigérants au R17 (ammoniac), R600a (isobutane), R290 / R600a (propane/isobutane) et R1234ze(Z) (HFO).

Dans le cas présenté, malgré des performances plus élevées de certaines alternatives, le système à l’ammoniac à un stage noyé s’est imposé à la suite de l’analyse des débits volumiques de réfrigérants.

Et ensuite?

St-Germain a rappelé que le CO₂ ne s’impose généralement pas dans cette industrie, car les différentiels de températures des procédés y sont généralement non adaptés.

Quant aux réfrigérants à base d’hydrocarbures, ils présentent des intérêts considérables pour le futur, mais la réglementation au Québec n’est pas encore adaptée, et on ne retrouve pas de compresseurs semi-hermétiques approuvés sur le marché québécois comparativement à l’Europe.

Avec plus de 217 usines au Québec rassemblant les facteurs de succès, les industries de transformation laitière présentent d’excellentes opportunités de récupération de chaleur et d’implantation de systèmes de réfrigération industrielle efficaces!