Un système de réfrigération de brasserie peut continuer à fonctionner normalement tout en consommant beaucoup plus d'électricité que nécessaire. Les raisons ne sont pas toujours évidentes. Un fonctionnement inefficace du compresseur, une mauvaise régulation des ventilateurs et des combinaisons d'équipements inadaptées peuvent toutes augmenter les coûts énergétiques sans pour autant entraîner de problème immédiat au niveau de la production.
Pour les brasseries exploitant de grandes installations frigorifiques, l'amélioration de l'efficacité nécessite souvent davantage qu'un simple entretien de routine. Le suivi des performances des équipements et l'ajustement de la coordination entre les différents composants peuvent faire une différence considérable.
Les exemples suivants illustrent plusieurs améliorations concrètes que les brasseries ont mises en œuvre pour réduire la consommation d'énergie liée à la réfrigération.
Utiliser la surveillance des systèmes de réfrigération pour détecter les problèmes cachés
Une grande brasserie produisant environ un million d'hectolitres de bière par an a mis au point un système de diagnostic des pannes de réfrigération avec l'aide d'ingénieurs spécialisés.
Le système surveillait les données d'exploitation clés, calculait les indicateurs de performance frigorifique tels que le COP et analysait l'état des équipements. Il aidait également les opérateurs à choisir les combinaisons appropriées de compresseurs et d'équipements de refroidissement en fonction de la demande de refroidissement du moment et de la température ambiante.
Au lieu d'utiliser en permanence la même combinaison d'équipements, les opérateurs pourraient prendre des décisions en fonction des conditions réelles du système.
Les résultats obtenus ont été significatifs : la consommation d'électricité a diminué de 29,5 % et la brasserie a amorti son investissement en huit mois.
Ce cas illustre l'intérêt d'utiliser les données d'exploitation pour identifier les sources d'inefficacité. La surveillance de la pression, de la température, de la consommation électrique et de la charge des équipements peut aider les opérateurs à détecter des problèmes difficiles à repérer par le seul biais des inspections de routine.
Vérifier si le compresseur est adapté aux conditions réelles d'exploitation
Les compresseurs comptent parmi les plus gros consommateurs d'électricité dans un installation de réfrigération industrielle. Toutefois, leur efficacité ne dépend pas seulement de leur puissance nominale, mais aussi de l'adéquation de leur conception aux conditions réelles d'exploitation.
Dans une brasserie, une analyse des compresseurs d'ammoniac existants a mis en évidence plusieurs sources d'inefficacité :
- Rapport de volume interne (Vi) incorrect : Le taux de compression intégré du compresseur n'était pas adapté aux conditions de fonctionnement habituelles de l'usine, ce qui a entraîné un travail de compression inutile.
- Faibles performances à charge partielle : Le système de commande classique à vanne à tiroir réduisait la capacité du compresseur, mais continuait de nécessiter une consommation d'énergie considérable.
- Limites de pression de refoulement : Les contraintes liées à la pression de service, notamment en matière de lubrification et de séparation de l'huile, ont nui au bon fonctionnement du système.
- Rendement du moteur : Les anciens moteurs de compresseurs présentaient un rendement inférieur à celui des nouveaux modèles à haut rendement.
L'amélioration proposée consistait à installer un groupe de compresseurs primaires plus adapté, doté d'un rapport de volume interne approprié, d'un meilleur contrôle de la capacité et d'un moteur à meilleur rendement.
Le recours à un variateur de fréquence (VFD) a également été envisagé pour optimiser le fonctionnement à charge partielle.
La leçon à retenir est que le choix d'un compresseur doit tenir compte de la demande réelle en réfrigération et de la pression de fonctionnement, plutôt que de se fonder uniquement sur la puissance en chevaux ou la capacité frigorifique nominale. Toute modification de la vitesse du compresseur ou de la pression de refoulement doit également rester dans les limites de fonctionnement fixées par le fabricant.
Réduire le fonctionnement inutile du ventilateur de l'évaporateur
Les ventilateurs de l'évaporateur font circuler l'air à travers les serpentins de refroidissement afin de maintenir la température dans les zones réfrigérées. Cependant, un fonctionnement continu à grande vitesse n'est pas toujours nécessaire.
Dans une autre brasserie, de nombreux ventilateurs d'évaporateurs fonctionnaient à pleine vitesse, sauf pendant les cycles de dégivrage. Bien que certains appareils soient équipés de moteurs à deux vitesses, la plupart n'étaient pas configurés pour un réglage automatique de la vitesse.
La solution proposée consistait à relier les serpentins d'évaporateur restants au système PLC de l'installation et à mettre en place un cycle automatique des ventilateurs ou une commande à deux vitesses.
Des capteurs de température supplémentaires pourraient aider le système de régulation à déterminer quand un débit d'air maximal est nécessaire et quand un fonctionnement réduit du ventilateur suffit.
Cette approche permet de réduire la consommation électrique des ventilateurs tout en limitant la chaleur générée par les moteurs de ces derniers à l'intérieur des espaces réfrigérés.
La régulation des ventilateurs doit néanmoins garantir une circulation d'air adéquate et une homogénéité de la température. La stratégie de fonctionnement doit donc être adaptée à la conception de l'évaporateur et aux exigences de stockage.
Améliorer la coordination entre le ventilateur du condenseur et la pompe
Les condenseurs à évaporation évacuent la chaleur du système de réfrigération grâce à la circulation de l'eau et au flux d'air. Leur efficacité dépend de la bonne coordination entre les ventilateurs et les pompes.
Une brasserie disposait de quatre condenseurs évaporatifs, mais un seul était équipé d'un système de régulation de vitesse variable pour le ventilateur. La combinaison du fonctionnement par cycles des ventilateurs à vitesse fixe et du fonctionnement avec variateur de fréquence rendait la stratégie de régulation globale difficile à coordonner.
La séquence existante mettait également les ventilateurs en marche avant les pompes à eau, ce qui entraînait des périodes de fonctionnement à sec du condenseur et un rejet de chaleur inefficace.
Les améliorations proposées comprenaient :
- Installation de variateurs de fréquence sur les ventilateurs restants du condenseur.
- Coordination de la vitesse des ventilateurs avec le fonctionnement de la pompe à eau.
- Améliorer la séquence de démarrage et d'arrêt afin de garantir un bon fonctionnement en conditions humides.
- Ajuster la capacité du condenseur en fonction des besoins réels en évacuation de chaleur.
- Utilisation de la température ambiante au bulbe humide comme référence pour la régulation du condenseur.
Une stratégie coordonnée permet aux ventilateurs de condenseur et aux pompes de s'adapter plus efficacement aux variations des conditions de fonctionnement.
Il est également important de trouver un équilibre entre la consommation électrique du condenseur et la puissance du compresseur. Augmenter la vitesse des ventilateurs peut réduire la pression de condensation, mais un fonctionnement excessif de ces derniers peut annuler une partie des économies d'énergie ainsi réalisées au niveau du compresseur.
L'objectif est de réduire la consommation électrique totale du installation frigorifique, et non pas simplement pour faire fonctionner chaque composant à ses réglages les plus bas ou les plus élevés.
Une meilleure approche de la conception des systèmes de réfrigération dans les brasseries
Ces exemples montrent que le rendement de la réfrigération dépend de l'interaction entre les compresseurs, les évaporateurs, les condenseurs, les pompes, les ventilateurs et les systèmes de commande.
Pour les brasseries existantes, l'analyse des données d'exploitation et l'identification des combinaisons d'équipements inefficaces peuvent aider à hiérarchiser les améliorations à apporter. En fonction de l'état de l'installation, des ajustements au niveau de la commande des compresseurs, du fonctionnement des ventilateurs ou de la séquence de fonctionnement des condenseurs peuvent apporter des avantages sans qu'il soit nécessaire de remplacer l'ensemble du système de réfrigération.
Pour les nouveaux projets de brasserie, ces exigences doivent être prises en compte dès la phase initiale de planification des équipements.
Tiantai propose la fabrication d'équipements de brasserie ainsi que la réalisation de projets de brasseries clés en main. Lors de la conception d'une brasserie, les besoins en matière de réfrigération doivent être coordonnés avec la salle de brassage, les cuves de fermentation, l'alimentation en eau froide et les autres installations annexes.
Prendre en compte dès le départ la compatibilité des équipements, les besoins en refroidissement et les dispositifs de régulation permet de mettre en place un système de réfrigération garantissant une production stable et des coûts d'exploitation maîtrisables.
