Comprendre les cycles de réfrigération – Sous-critique et transcritique

Dans les systèmes de réfrigération et de thermopompes, les termes « sous-critique » et « transcritique » décrivent le comportement d’un réfrigérant par rapport à son point critique, c’est-à-dire la température et la pression au-delà desquelles le réfrigérant ne peut exister en tant que liquide ou gaz distinct. Ces concepts sont particulièrement importants lorsqu’on utilise le CO₂ connu sous le nom de R-744 en tant que réfrigérant.

Cycle de réfrigération sous-critique

Le cycle de réfrigération sous-critique fonctionne entièrement en dessous de la température et de la pression critiques du réfrigérant. Cela signifie que le réfrigérant subit un changement de phase traditionnel : il s’évapore en gaz à basse pression et se condense en liquide à haute pression. La plupart des systèmes de réfrigération conventionnels (utilisant le R-134a ou le R-410A) fonctionnent dans un cycle sous-critique. Le condenseur permet alors de rejeter efficacement la chaleur lorsque le réfrigérant passe de l’état gazeux à l’état liquide.

La température critique du CO₂ est de 31,1 °C (87,8 °F), ce qui est relativement bas. Les systèmes de CO₂ utilisés pour la réfrigération dans des environnements chauds dépassent souvent ce seuil, ce qui nécessite un fonctionnement dans un cycle transcritique.

Cycle de réfrigération transcritique

Un cycle transcritique se produit lorsqu’une partie du processus de réfrigération a lieu au-dessus de la température critique. Dans cet état, le réfrigérant ne se condense pas de la manière habituelle. Au lieu d’un condenseur, le système utilise un refroidisseur de gaz pour éliminer la chaleur. Le réfrigérant reste à l’état de fluide dense au lieu de passer brusquement de l’état liquide à l’état gazeux.

Les systèmes de CO₂ opérant dans un cycle transcritique sont utilisés dans les supermarchés et pour le refroidissement industriel. La pression élevée du CO₂ peut alors assurer un transfert de chaleur efficace, malgré un fonctionnement au-dessus de son point critique. Pour gérer les conditions de fonctionnement extrêmes, ces systèmes nécessitent des composants spécialisés, tels que des compresseurs à haute pression et des valves d’expansion.

Il est essentiel de comprendre la différence entre les cycles sous-critiques et transcritiques lors de la conception de systèmes de réfrigération ou de chauffage au CO₂. L’on peut ainsi garantir une efficacité et des performances optimales dans des conditions de température variables.

Pour plus d’information sur la manière dont les pompes à chaleur au CO₂ sous-critique peuvent transformer l’électrification en climat froid, consulter l’article Réinventer le chauffage intérieur.