Nodule de stockage d'énergie thermique Cristopia

Alors que l’on parle de plus en plus de l’environnement et de la rationalisation de l’utilisation de l’énergie, le stockage d’énergie thermique représente une solution technique adaptée à la réfrigération industrielle et aux systèmes de climatisation. Les installations de climatisation traditionnelles fonctionnent de jour et sont généralement arrêtées la nuit ou très peu utilisées. Les groupes de production d’eau glacée sont sélectionnés pour satisfaire les besoins énergétiques maximum théoriques des quelques jours les plus chauds de l’année. Ainsi l’installation fonctionne la plupart du temps en réduction de puissance avec un rendement médiocre. Le STL (Stockage Latent) est une solution adaptée aux installations de climatisation. Il permet une réduction significative de la puissance frigorifique installée (30 à 70 %) et de tous les composants périphériques (tours d’eau, composantes électriques…). Il permet en outre une utilisation de l’énergie électrique aux tarifs les plus bas ainsi qu’une réelle gestion de la production frigorifique. (Lissage de la consommation électrique).

Les systèmes de réfrigération industriels fournissent de l’énergie frigorifique pour des procédés avec des demandes souvent très importante sur de courtes durées (correspondant à des cycles de fabrication). Le STL est une solution flexible et fiable pour gérer les besoins énergétiques en réfrigération. La solution de stockage d’énergie thermique STL présente de nombreux avantages tels qu’une diminution très importante de la puissance frigorifique installée (jusqu’à 70 %), l’utilisation de l’énergie électrique aux tarifs les plus bas pour des économies substantielles, ainsi que la gestion de la production frigorifique en fonction des besoins réels. La plupart des installations industrielles de climatisation ou de réfrigération nécessitent un système de secours en cas de panne de l’installation principale. Le STL est une solution particulièrement intéressante et efficace dans ce type d’application.

Le STL offre un temps de réponse très court; de plus la technologie statique et différente du système principal permet une fiabilité maximum. La réduction de la taille du groupe frigorifique réduit également la quantité de fluides réfrigérants utilisée. Cet avantage de la technologie STL devient de plus en plus important avec les nouvelles réglementations sur les réfrigérants. De plus, le STL permet la consommation de l’électricité produite la nuit avec une plus grande efficacité (2 300 kcal/kWh par rapport à 3500-4000 kcal/kWh aux heures de pointe). Le résultat est une réduction des émissions de CO2 (et autres gaz à effet de serre) et une économie d’énergie. La technologie STL s’inscrit ainsi parfaitement dans l’esprit de l’accréditation L.E.E.D. et favorise l’obtention de crédits pour les bourses de carbone.

LA TECHNOLOGIE STL (STOCKAGE LATENT)

Le STL

Détails d'un nodule de stockage d'énergie thermiqueLe stockage d’énergie thermique à chaleur latente permet d’obtenir une densité d’énergie très élevée (6 à 12 fois plus importante que le stockage d’énergie sensible). Le volume de stockage et les pertes thermiques sont ainsi considérablement réduits.Le STL est composé d’une cuve remplie de nodules et d’un fluide caloporteur. Environ 60 % du volume de la cuve est occupé par les nodules et les 40 % restants par le fluide caloporteur. Le nombre de nodules dans un système détermine à la fois l’énergie totale stockée dans le STL mais aussi les puissances d’échange entre les nodules et le fluide caloporteur en mode de charge et de décharge.

Les nodules

Les nodules sont des sphères fabriquées avec un mélange de polyoléfines par extrusion soufflage. Ils sont remplis avec des matériaux à changement de phase (solide-liquide) appelés MCP (Matériau à Changement de Phase). Les produits CRISTOPIA recouvrent une gamme dont les températures de fusion vont de -33°C à +27°C. Les nodules sont fabriqués avec un diamètre de 98 mm (nodules AC et AN) pour des applications à basses températures de -2,6 à -15°C et pour les systèmes de climatisation tertiaire à 0°C. En plus de ses performances thermiques remarquables en termes de puissance d’échange, le nodule CRISTOPIA a une durée de vie exceptionnelle : l’équivalent de 30 à 40 ans d’utilisation en conditions normales.

Caractéristiques du nodule

  • Matière : mélange de polyoléfines
  • Neutralité chimique vis-à-vis des MCP et des fluides caloporteurs
  • Épaisseur supérieure à 1 mm : pas de migration du caloporteur
  • Sphère obtenue par extrusion soufflage : pas de fuite
  • Soudure du bouchon par ultrasons
  • Réserve d’expansion : diminution des contraintes de l’enveloppe
  • Recyclable
  • Durée de vie équivalente à 30 à 40 ans d’utilisation en conditions normales

Un fluide caloporteur MEG ou MPG

Le fluide caloporteur des nodules de stockage d’énergie thermique est composé d’eau et de mono-éthylène glycol (MEG) ou d’eau et de mono-propylène glycol (MPG). La concentration en MEG ou MPG varie selon la température de changement de phase des nodules.

L'expertise Cristopia sur les matériaux à changement de phase

CRISTOPIA possède une expertise unique sur les Matériaux à Changement de Phase (MCP), fruit de plus de 30 ans de R&D en partenariat avec des Universités et des Centres Techniques en France et en Europe. Nous avons travaillé sur tous les types de MCP à transition liquide solide sur une gamme étendue de températures allant de -64°C à +120°C : matériaux inorganiques (sels hydratés) et matériaux organiques (paraffines et acides gras ou bio PCM). Notre savoir-faire porte sur les MCP (formulation, nucléation, caractérisation, durabilité, recyclabilité, …), sur le conditionnement et l’encapsulation des MCP, sur les matériaux d’enveloppe (compatibilités entre matériaux, vieillissement,….), sur les procédés de fabrication industrielle et sur l’ingénierie du système de stockage d’énergie thermique avec MCP.)

Une cuve sur-mesure

L’échange thermique entre les nodules et le système de stockage d’énergie thermique se fait par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur circulant dans la cuve. Les dimensions de la cuve sont calculées en fonction du site et de la capacité du STL. La cuve peut être cylindrique (en acier noir) pour des pressions de service jusqu’à 10 bars, ou parallélépipédique (en béton ou en acier) pour une pression de service atmosphérique. Les cuves cylindriques peuvent être horizontales, verticales, installées à l’intérieur, à l’extérieur, ou enterrées.

Tableau des caractéristiques des nodules de stockage d'énergie
Tableau des caractéristiques des nodules de stockage d'énergie

Ce qu'il faut savoir sur la technologie STL

Série de cuves de nodules de stockage d'énergie
Série de cuves de nodules de stockage d'énergie
  • Une solution qui permet de gérer les importants besoins énergétiques en froid pour la climatisation tertiaire et le froid industriel.
  • Nombreux avantages tels que : jusqu’à 70 % de diminution de la puissance frigorifique installée, l’utilisation de l’énergie électrique aux tarifs les plus bas, et la gestion de la production de froid en fonction des besoins réels.
  • Le STL est composé d’une cuve remplie de nodules et d’un fluide caloporteur (mélange d’eau et de mono-éthylène glycol ou d’eau et de mono-propylène glycol). La concentration en MEG ou MPG varie selon la température de changement de phase des nodules.

MODES DE FONCTIONNEMENT DE NOTRE SOLUTION DE STOCKAGE D'ÉNERGIE THERMIQUE

Le choix du schéma dépend de critères techniques comme la différence entre les températures de retour réseau et de départ réseau (appelée ΔT), des stratégies d’utilisation du STL (modes de fonctionnement), …et de critères économiques comme l’optimisation de l’investissement et des coûts d’exploitation. Nous présentons ci-dessous les 4 schémas hydrauliques de base utilisés pour les installations de climatisation et de réfrigération industrielle. Nous choisissons et adaptons le schéma hydraulique au cours de la phase d’ingénierie pour répondre au mieux aux besoins de nos clients.

Ce qu'il faut savoir sur le fonctionnement

Example de système Cristopia
  • Le schéma parallèle avec vanne 3 voies apporte une grande flexibilité dans la conduite de l’installation.
  • Le schéma à débit variable permet de limiter la consommation des pompes et d’obtenir une efficacité énergétique très élevée de l’installation.
  • Le schéma série aval ou série amont permet de fonctionner avec un ΔT élevé et de privilégier respectivement les économies sur les coûts d’exploitation ou sur les coûts d’investissement.

POURQUOI LE STL

Le STL diminue la puissance installée des groupes de froid jusqu'à 70 %, diminue la facture électrique et sécurise le fonctionnement de l'installation.

Une technologie unique & essentielle pour la climatisation et le froid industriel

Les installations de climatisation du secteur tertiaire (CVC/CVAC) sont traditionnellement dimensionnées pour satisfaire les besoins des jours les plus chauds de l’année. Les systèmes de réfrigération industrielle fournissent de l’énergie en froid avec des demandes souvent très importantes sur de courtes durées (correspondant aux cycles de fabrication). Ces installations sont dimensionnées pour répondre à la demande de pointe, elles fonctionnent rarement à leur puissance nominale et sont souvent arrêtées pendant plusieurs heures. Ainsi, lorsque la demande en froid est modulée (avec des « creux » et des « pics »), il est particulièrement intéressant d’utiliser un stockage d’énergie thermique CRISTOPIA afin de répartir la période de production sur une période plus importante.

Le transfert des consommations électriques des heures pleines vers les heures creuses permet de réaliser d'importantes écononomies sur la facture électrique.

Pour réaliser des énomies d'énergie et des économies sur les coûts de fonctionnement

Le STL est un système de stockage d’énergie thermique par chaleur latente à haute performance énergétique. En répartissant la production d’énergie thermique sur 24 heures, le STL permet de diminuer de 30 à 70 % la puissance des groupes de froid et la puissance électrique souscrite de 30 à 80 % selon la technologie du groupe de froid. Le STL accumule de l’énergie pendant les périodes les moins chères (heures creuses), qu’il restitue pendant les périodes les plus onéreuses (heures de pointe / heures pleines). En transférant les consommations électriques vers les périodes où le prix de l’électricité est le plus avantageux, d’importantes économies sur la facture électrique sont ainsi réalisées.

Histogramme type des besoins en froid d'un bâtiment et de sa consommation électrique journalière

Le STL permet de réduire le dimensionnement de l’installation de 30 à 70 %. L’exemple ci-dessous montre que le parc de machines pour la production de froid est passé de 4 à 2 machines grâce au stockage d’énergie thermique Cristopia, soit une réduction de puissance de 50 %. En stockant le froid pendant la nuit pour le restituer le jour, cette solution permet d’utiliser l’électricité aux tarifs les plus bas et d’éviter ainsi les pics de consommation.

Histogramme du stockage d'énergie thermique
Histogramme du stockage d'énergie thermique

Les avantages du stockage d'énergie thermique STL

Pour réduire :

  • la taille du groupe de froid : de 30 à 70 %,
  • la quantité de fluides réfrigérants,
  • la taille des tours de refroidissement ou des aéroréfrigérants,
  • la puissance électrique souscrite : de 30 à 80 %,
  • les nuisances sonores,
  • les arrêts / marches du groupe frigorifique,
  • les coûts de maintenance,
  • les coûts d’exploitation.

Pour augmenter :

  • la puissance froid de l’installation,
  • l’efficacité énergétique du groupe de froid,
  • la régularité du profil de la charge électrique,
  • le rendement et la fiabilité de l’installation,
  • la durée de vie du système,
  • la flexibilité du système,
  • la gestion de l’énergie.

La technologie STL et les nodules de Cristopia contribuent à atteindre un développement durable par une meilleur gestion de l’énergie thermique et une plus grande maîtrise de la demande électrique, une diminution de la consommation d’énergie primaire ainsi qu’une diminution des gaz à effet de serre

Ce qu'il faut savoir sur le STL

Cuve de nodules de stockage d'énergie Cristopia
Cuve de nodules de stockage d'énergie Cristopia
  • Le STL permet de stocker du froid quand l’électricité est la moins chère.
  • Il lisse la production de froid en déstockant l’énergie enmagasinée la nuit pour l’utiliser aux heures où l’électricité est la plus onéreuse.
  • Il permet de diminuer de 30 à 70 % la puissance électrique d’une installation de climatisation et de froid industriel.
  • Il permet de diminuer les coûts d’exploitation : coût de maintenance et diminution de la puissance électrique souscrite avec transfert des consommations vers les heures creuses.

LES MARCHÉS / INDUSTRIES

Pour chaque type d'utilisation nous avons une solution de stockage d'énergie STL adaptée.

Un système adapté à tout type d'application

Le système STL de CRISTOPIA s’adapte à tout type d’application de production de froid et s’intègre facilement à des installations existantes. CRISTOPIA propose à ses clients des solutions de stockage d’énergie thermique répondant à leurs besoins (température de départ réseau, puissance et profil de la demande de froid…). En fonction des problématiques marchés, climatisation tertiaire (CVC/CVAC), froid industriel ou installation de secours, nous choisissons la solution adéquate pour apporter économie d’exploitation avec une efficacité énergétique et un confort thermique au sein des bâtiments.

Cuves remplies de nodules de stockage d'énergie thermique
Cuves remplies de nodules de stockage d'énergie thermique

Climatisation tertiaire

  • Hôpitaux
  • Commerce
  • Bureaux
  • Salles informatiques
  • Education
  • Aéroports
  • Sports & loisirs
  • Hôtellerie
  • Établissements publics…

Installations de secours

  • Centres informatiques
  • Salles blanches
  • Centres téléphoniques
  • Hôpitaux…

Froid industriel

  • Industries agroalimentaires
  • Industries pharmaceutiques
  • Abattoirs
  • Entrepôts frigorifiques
  • Usines d’embouteillages
  • Industries laitières
  • Usines centrales
  • Brasseries
  • Patinoires …
Brochure de notre solution de stockage d'énergie thermique Cristopia

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