Fiche technique

Description brève

Problème: catégorisation des différentes procédures de refroidissement
Difficulté: élevée
Game de prix: de moyenne à élevée

Introduction

La réfrigération joue un rôle important dans les pays en développement, principalement pour la conservation des aliments, des médicaments et pour l'air conditionné. Des exemples de ces applications sont les suivantes:

Dans l'agriculture et les laiteries: évacuation de la chaleur sur le terrain immédiatement après la récolte des cultures, stockage de fruits, fleurs, légumes, lait, viande et refroidissement pendant le transport.

Dans le commerce de détail: vente de produits frais, les poissons et les boissons froides.

Bâtiments, installations informatiques: climatisation et de régulation de la température.

Domestique: stockage de nourriture et de boisson.

Centres de santé: stockage de sang, les vaccins et la médecine.

Choix de la technologie

Le refroidissement peut être fourni de différentes manières.

La méthode adoptée dans les pays industrialisés dépend fortement de l'électricité fournie en continu et fiable pour toutes les parties du pays. En revanche , la réfrigération est nécessaire dans les pays en développement pour l'agriculture et le commerce, dans de vastes zones sans un approvisionnement fiable en électricité. Des méthodes alternatives sont donc nécessaires. Un certain nombre d'approches peuvent être envisagées. Trois types de technologies de refroidissement sont mis en contraste à la figure 1 en courant alternatif, il s'agit de:

Passive (figure 1a)
Chaleur à sorption entraînée ( figure 1b)
Compression mécanique (figure 1c )

Figure 1a: refroidisseurs passifs

Figure 1b: réfrigérateur sorption

Figure 1c: réfrigérateur compression

La troisième méthode, la compression mécanique, est généralement tributaire d'un approvisionnement fiable et continu en électricité par réseau ou par diesel. Les deux autres méthodes sont donc plus appropriées dans les zones non- industrialisées qui exigent la poursuite du développement sur la base des demandes des utilisateurs dans les régions rurales. Les méthodes suivantes sont envisageables:

La production de glace en utilisant l'électricité dans les centres régionaux, le transport de cette glace dans les zones agricoles; emballage des produits à refroidir avec de la glace dans des contenants isothermes. L'électricité est soit générée par réseau ou par diesel. Les réfrigérateurs électriques utilisent la technologie de compression mécanique.

Dans certains cas, les réfrigérateurs peuvent fonctionner directement par la puissance à l'arbre mécanique, par exemple lorsque des turbines hydrauliques peuvent facilement être installées.

La production de glace en utilisant des refroidisseurs thermiques à moteur ('HDCs') au niveau local à des points de production agricole. L'emballage de produits avec de la glace pour le transport. Les sources de chaleur pour HDC sont variées; bois, charbon de bois ou déchets agricoles brûlés dans des poêles ouvertes, à partir de combustibles fossiles dans les brûleurs classiques. Des capteurs solaires thermiques peuvent aussi être utilisés. HDC utilise la technologie de sorption.

La fourniture de chambres froides en utilisant soit passive, sorption ou la technologie de compression mécanique. Si un refroidissement passif est utilisé, des températures inférieures à 10 °C peuvent rarement être atteintes.

L'approvisionnement d'entrepôts frigorifiques par l'utilisation de refroidisseurs par compression mécanique et électricité à partir de cellules photovoltaïques. C'est ce qu'on appelle la technologie de refroidissement photovoltaïque.

La méthode la plus appropriée de refroidissement choisie dépendra de divers facteurs, l'utilisation, le degré de fiabilité nécessaire, la fourniture d'énergie, le niveau de compétence nécessaire pour l'exploitation et l'entretien, les centres de formation et le financement disponible. Comme pour toute technologie, une formation suffisante est particulièrement importante, elle doit être conçue comme une partie intégrante d'un programme de mise en œuvre et reste une préoccupation constante au cours des années suivant l'installation. Cela permettra d'accroître la fiabilité du système et de réduire les coûts du cycle de vie de façon spectaculaire.

Températures et ventilation

Ces diverses applications ont des exigences différentes pour le contrôle et la ventilation de la température. La figure 2 montre les températures nécessaires pour le stockage du beurre, de viande, du poisson frais et du lait. Très souvent. La conservation des légumes est compliquée par un besoin de ventilation soigné pour éliminer les gaz non désirés, et pour éviter des conditions d'humidité, ce qui pourrait gâter le produit. Les conditions d'humidité varient en fonction de la teneur en humidité du produit. Une méthode simple pour augmenter l'humidité est de jeter de l'eau sur le sol. Pour le stockage de vaccins et de sang demande un contrôle prudent de la température.

Figure 2: Températures pour un stockage sûr

Passif

Dans les applications où des températures comprises entre 10 à 25 °C sont nécessaires, les méthodes passives peuvent être utilisées. Il s'agit notamment de méthodes traditionnelles telles que l'utilisation de pots poreux ou de revêtements de sac humides, où la chaleur par évaporation du liquide, généralement de l'eau, est libérée dans l'atmosphère. Cette méthode est efficace lorsque l'atmosphère est naturellement sèche. Les périphériques de stockage internes ont été conçus dans ce sens, notamment avec l'utilisation de lits de charbon de bois, alimentés au compte-gouttes avec de l'eau.

Le refroidissement nocturne dans les zones où le ciel est clair la nuit est commun et peut être efficace. Dans les applications de climatisation, l'utilisation de l'ombre a été développée de manière efficace dans l'architecture traditionnelle, avec refroidissement par évaporation de fontaines et des bassins en toiture.

Partout où les méthodes passives sont possibles, elles doivent être utilisées à la fois dans l'agriculture et dans l'architecture, car elles peuvent être soutenues au niveau local et elles sont économiques. Seulement lorsque le refroidissement en dessous de 10 °C est nécessaire, il est judicieux de considérer la technologie de refroidissement active, exigeant des machines complexes et des programmes de maintenance technique.

Refroidisseurs alimentés par sorption de chaleur (HDCs)

Le principe de la réfrigération par sorption est représenté à la figure 3 qui illustre le type le plus simple de refroidisseur par sorption et qui a un cycle intermittent constitué en deux phases. Des cycles continus sont également possibles - Electrolux utilise un cycle continu. Le terme général sorption couvre à la fois l'absorption de liquide et de solides variantes d'adsorption de cette technologie. Les unités de sorption ont certains avantages très importants . Elles peuvent être conçues pour ne contenir aucune pièce mobile, de sorte que le personnel et le remplacement des pièces d'entretien qualifiés sont moins susceptibles d'être nécessaires. Deuxièmement, elles sont simples à fabriquer; la fabrication sur place augmente les connaissances locales de la technologie, ce qui améliore le fonctionnement, l'entretien et la localisation du défaut. Troisièmement, elles sont facilement adaptables aux combustibles disponibles localement, y compris la biomasse et l'énergie solaire. Enfin, le circuit de réfrigération n'utilise pas de CFC, qui endommagent l'environnement. Les unités de sorption sont appelées HDC (heat-driven coolers; en français: refroidisseurs alimentés par la chaleur).

Unités de sorption alimentées par gaz conventionnel et kérosène

La source de chaleur dans les réfrigérateurs de sorption classiques est généralement la flamme du gaz ou du kérosène. Les appareils alimentés à partir de bouteilles de gaz sont utilisés sur des caravanes ou des bateaux. Une unité nationale, souvent utilisée dans les régions éloignées des pays en développement est Electrolux alimenté par kérosène. Le coût d'achat pour ces unités est d'environ £ 1000 pour un fonctionnement de 10 ans. Les circuits de refroidissement de ces dispositifs fonctionnent de manière fiable pendant de nombreuses années. La maintenance de l'ensemble du brûleur est nécessaire et un approvisionnement constant des mèches et des verres des lampes est essentiel. Enfin, le réservoir de carburant doit être réapprovisionné avec du kérosène de qualité convenable. Ces unités comprennent l'utilisation de l'hydrogène en tant que fluide actif et ne peuvent pas être désignées comme machine à glaçons efficaces, bien qu'elles aient une certaine capacité de fabrication de glace.

Figure 3: refroidisseur sorption

Unités de sorption Novel

Les unités de sorption Novel sont en cours d'élaboration à l'heure actuelle pour une plus grande efficacité dans la fabrication de glace et l'entreposage frigorifique. Elles ne comportent pas de l'hydrogène en tant que fluide actif. Une grande partie de l'accent est mis sur la conception pour un fonctionnement fiable dans des environnements éloignés où les services de maintenance technique ne sont pas disponibles. L'accent est également mis, dans certains cas , sur la conception pour la fabrication locale.

Les données sur les coûts et le rendement ne sont pas disponibles facilement, car de nombreuses unités sont encore à l'essai. Le prix de détail prévu pour les unités alimentées par la biomasse est de l'ordre de £ 2000 pour un 100 - kg par machine à glaçons par jour. En prenant en compte les coûts de carburant et d'opération, ainsi que le remboursement du capital, ceci représente un coût de la glace de l'ordre de 0,02 € par kg de production.

Unités de sorption solaires

Le soleil est la source de chaleur pour les unités de sorption comme représentée à la figure 3. Dans une version simple, la phase de chauffage se termine au coucher du soleil et la phase de réfrigération se produit au cours de la nuit. Si le soleil ne brille pas pendant quelques jours, la glace fait les jours précédents agit comme une réserve de froid, gardant la boîte froide à une température basse pendant qu'il fond progressivement. Il est prévu qu'une unité de production de 100 kg de glace par jour peut être produite pour £ 4000 (y compris le coût des panneaux solaires thermiques à haut rendement), ce qui donne un coût de la glace de 0,03 € par kg.

Compression mécanique

Réseau électrique

Là où un approvisionnement fiable en électricité existe, l'option la plus économique consiste à installer une unité de compresseur alimenté de manière standard. Des réfrigérateurs classiques de ce type sont vendus dans le commerce. À titre d'exemple, une unité faisant environ 100 kg de glace en flocons, pour la pêche utilisée chaque jour dans des conditions tropicales coûtera £ 7000, non compris le coût des conteneurs de stockage pour la glace ou de livraison. La consommation d'énergie serait de l'ordre de 4 kW en continu. Il faut prévoir des coûts supplémentaires pour les pièces de rechange, la maintenance et l'équipement auxiliaire.

Refroidisseurs alimentés par turbine hydraulique

Les coûts peuvent être réduits si la puissance d'arbre est utilisée directement pour entraîner le compresseur, par exemple à partir d'une turbine à eau . Une alimentation électrique auxiliaire est utile pour fournir des fonctions de contrôle et de protection, par exemple pour alimenter des ventilateurs. Il est néanmoins possible de concevoir des systèmes entièrement mécaniques de stockage du froid et de machine à glace.

Groupes électrogènes à diesel

Le coût de fonctionnement d'un générateur dans les zones rurales dépend des conditions locales et doit être apprécié à la lumière de l'expérience locale. Très souvent, le coût peut être beaucoup plus élevé que prévu en raison de la nécessité pour le personnel de maintenance et les difficultés rencontrées pour obtenir le carburant et les pièces de rechange. Si l'électricité produite n'est pas disponible en permanence alors le réfrigérateur doit être conçu comme une machine à glaçon , permettant de stocker le froid sous forme de glace. L'expérience a montré que des systèmes impliquant le stockage de l'électricité dans les batteries ont des coûts très élevés et ne sont pas fiables.

Systèmes solaires photovoltaïques

L'énergie solaire est une source d'énergie intermittente, habituellement disponible pendant 12 heures chaque jour. L'intensité de l'ensoleillement est très variable. Il peut être converti par des cellules photovoltaïques en énergie électrique, qui est ensuite stockée dans des batteries, de telle sorte qu'une alimentation électrique continue peut être prévue pour alimenter un réfrigérateur à compression mécanique.

L'avantage d'utiliser l'énergie solaire, c'est qu'il s'agit d'une source pouvant être utilisée pendant plusieurs jours sans interruption. Cette fiabilité est très importante dans certains cas, tel que le stockage des vaccins, où la perte de contrôle de la température peut gâcher complètement les vaccins. La batterie est conçue pour continuer à fournir de l'électricité la nuit et les jours sans soleil. Dans cette application, le coût élevé pour les cellules photovoltaïques,pour les batteries et pour les équipements de contrôle est justifié. La taille de la matrice photovoltaïque et la capacité de la batterie doivent être soigneusement calculées pour fournir un système économique.

Les unités de réfrigération solaires de ce genre, spécialement conçues pour la conservation des vaccins, sont disponibles dans le commerce. Un système de 60-80 watts de refroidissement coûte généralement entre 3000 à 5500 EUR. Les pièces de rechange ont tendance à coûter entre 500-1000 £ au cours des quatre années de fonctionnement. La plupart de ces coûts concernent le remplacement des batteries qui sont conçues pour avoir une durée de vie de quatre ans, mais peuvent durer moins longtemps si elles sont mal entretenues. Les coûts de remplacement sont considérablement réduits un personnel de maintenance technique qualifié est disponible.

Système combiné chauffage / séchage / refroidissement

Étant donné qu'un réfrigérateur dégage de la chaleur, il peut être utilisé pour augmenter la température dans les processus agricoles comme la culture ou le séchage d'épices. L'effet de refroidissement peut être utilisé pour déshumidifier l'air passant au-dessus de la culture et l'effet de chauffage peut être utilisé pour réchauffer l'air. Ainsi, de très hauts rendements peuvent être obtenus (par exemple jusqu'à 7 fois plus d'énergie utile produite comme nécessaire pour alimenter l'appareil). Ces gains d'efficacité sont généralement respectés dans les installations de séchage de bois en utilisant ces principes. Practical Action développe des méthodes à faibles coûts, par rapport aux appareils avec petites turbines hydrauliques ou aux moteurs à vapeur ou diesel.

Un deuxième exemple est l'utilisation de la chaleur d'un réfrigérateur (également connu comme pompe à chaleur, exactement avec la même machine) pour aider à stériliser le lait, alors que le même réfrigérateur refroidit le lait pour le préserver.

Choix du système

Afin de choisir le système de réfrigération pour un usage particulier, il est nécessaire de tenir compte des entrées en cours requis par chaque système. Tableau 1 répertoire des différents systèmes et données nécessaires pour chacun. Le choix du système est basé sur la prescience que tous les intrants nécessaires continueront d'être disponibles localement pour le réfrigérateur. L'erreur est souvent faite lors de l'installation d'une unité avec un coût relativement faible d'achat qui cesse de fonctionner plus tard par manque d'intrants nécessaires.

Table 1: choix d'un système

	COMMENTAIRE	SOURCE D'ÉNERGIE	PERSONNEL	PIÈCES DE RECHANGE	COÛT TOTAL 10 ANS
COMPRESSION MECHANIQUE
Réseau	L'électricité à d'autres fins (éclairage, desquamation de la glace).	Réseau électrique. Coût de connexion / transformation peut être élevé.	Entretien: un personnel qualifié.	Source des parties peut être lointaine.	Purchase cost, electricity, personnel, replacement parts.
Diesel	Electricity available for other purposes, e.g. lighting, flaking of ice.	Diesel generator	Maintenance: skilled personnel permanently on-site.	Source of parts may be distant. Supply may be uncertain.	Purchase cost, diesel, replacement parts.
Solar photovoltaic	Expensive. Electricity available for lighting, communications, temperature control.	Irradiation of 10-20MJ/daym². Long cloudy periods problematic.	Skilled personnel permanently available.	Battery life 2-4 years. Control electronics can fail.	Â£3500-6500 for 60-80W cooling, includes replacement costs.
SORPTION (HDCs)
Conventional	Well known in the field.	Gas/kerosene quality must be adequate.	Burner parts, wick adjustment, etc.	Replacement of burner parts routine.	£1000-2000 for 60-100W cooling and small maintenance cost.
Novel (biomass driven)	Local manufacture possible. Under development, relatively low cost.	Any locally available heat source suitable, eg charcoal, coal, agro wastes, cow dung fossil fuels.	Maintenance of open burner, brine tank, cooling water. Local skills sufficient.	Locally available spare parts.	Purchase cost projected at £2000 for 100kg ice/day. Fuel cost £50-100 per year.
Solar	Very new on market. Performance not yet evaluated. Low night temperatures can be advantageous in some cases. Presence of cooling water advantageous. Provincial manufacture possible.	Solar irradiation 10-120MJ/daym². Long periods of cloud problematic.	Local skills sufficient, few moving parts.	Solar panels may require import of spare parts.	Current purchase cost £1500-2500 for 10kg ice/day. Projected cost £4000 for 100kg ice/day (including solar panel).

Further information

Further information on refrigeration in developing countries is available from:

Literature

ASHRAE Handbooks:

1997 - Fundamentals
1998 - Refrigeration
1999 - HVAC Applications
2000 - HVAC Systems and Equipment

American Society of Heating, Refrigeration & Air Conditioning Engineers (ASHRAE)
1791 Tullie Circle
North East Atlanta
GA 30329,USA
Tel: +1 (404) 636-8400
Fax: +1 (404) 321-5478
Website: http://www.ashrae.org
P D Dunn: Energy for Developing Countries.
R J Dossat: Principles of Refrigeration. Prentice Hall, 1997, 4th ed.
Ray Tomkins: Prospects for Solar Refrigeration, 1985
Ray Tomkins Management School
Imperial College, 53 Princes Gate
Exhibition Road, London, SW7 2PG, U.K.
Tel: +44 (0)20 7594 9137
Fax: +44 (0)20 7823 7685
Website: http://www.ms.ic.ac.uk
B. McNelis, A. Derrick & M. Starr: Solar Powered Electricity: A survey of Photovoltaic Power in Developing Countries. ITDG Publishing, 1988.
Solar Power for Development UK ISES Conference Proceedings 1988

Organisations

Practical Action The Schumacher Centre for Technology & Development, Bourton on Dunsmore, RUGBY, CV23 9QZ, United Kingdom.
Tel.: +44 (0) 1926 634400, Fax: +44 (0) 1926 634401 e-mail:practicalaction@practicalaction.org.uk web:www.practicalaction.org

Institute of Food Research,
Norwich Research Park, Colney,
Norwich NR4 7UA, U.K.
Tel +44 (0)1603 255 000
Fax +44 (0)1603 507 723
Website: http://www.ifrn.bbsrc.ac.uk

EPI (Expanded Programme on Immunisation),
World Health Organisation,
Attn Director EPI,
Avenue Appia 20, 1211 Geneva 27,
Switzerland.
Tel: +41 (0)22 791 4517
Fax: +41 (0)22 791 4193
WHO Website Addresses:
Home Page: http://www.who.int,
Solar Energy and Rural Health Care: Fact Sheet N132: http://www.who.int/inffs/ en/fact132.html,
Solar Energy Applications (with links to product information sheet): http://www.who.int/vaccinesaccess/
Vaccines/Vaccine_Cold_Chain/solaren ergy.htm
Health Link Worldwide,
Cityside House, 40 Adler Street,
London E1 1EE, U.K.
Tel: +44 (0)20 7539 1570
Fax: +44 (0)20 7539 1580
Website: http://www.healthlink.org.uk
Institute of Refrigeration,
Kelvin House, 76 Mill Lane,
Carshalton, Surrey, SM5 2JR, U.K.,
Tel: +44 (0)20 8647 7033,
Fax: +44 (0)20 8773 0165,
Website: http://www.ior.org.uk
International Institute of Refrigeration,
177 Boulevard Malesherbes,
75017 Paris, France.
Tel: +33 (0)1 4227 3235,
Fax: +33 (0)1 4763 1798,
Website: http://www.iifiir.org/

NR International
Park House
Bradbourne Lane
Aylesford
Kent
ME20 6SN
Tel: +44 (0)1732 878 686/7
Fax: +44 (0)1732 220 498
Website: http://www.nrinternational.co.uk/

Manufacturers

Note: This is a selected list of suppliers and does not imply endorsement by Practical Action and howtopedia.

Ice making machines

Total Refrigeration Ltd.,
Dunkirk Lane, Hyde,
Cheshire SK14 4PW, U.K.
Tel: +44 (0)161 366 2535
Fax: +44 (0)161 366 0342
E-mail: total@totalrefrigeration.co.uk
Website: http://www.totalrefrigeration.co.uk,
Icemakers, cabinets, chiller & freezer cold rooms.

Trembath Refrigeration and Air Conditioning Ltd.,
Felstead Road, Longmead Industrial Estate,
Epsom, Surrey, KT19 9XS, U.K.
Tel: +44 (0)1372 215010
Fax: +44 (0)1372 215011
Ice-makers, refrigeration, air conditioning, dehumidifiers, heat pumps, design, manufacture, installation and maintenance.

Ziegra Ice Machines (UK) Ltd.,
Unit 14, Enterprise Centre 2,
Chestergate, Stockport, Cheshire, SK3 0BR,
U.K.
Tel: +44 (0)161 429 0525
Fax: +44 (0)161 480 7927
Website: http://www.ziegra.co.uk
Specialists in ice machines and ice storage systems.

Sorption machines

Electrolux Leisure Appliances AB
SE-105 45 Stockholm
Sweden
Tel: +46 (8) 738 64 26
Fax: +46 (8) 738 75 38
Website: http://www.electrolux.com/worldfridge

Sibir International AB
S-105 45 Stockholm
Tel: +46 (8) 738 61 18
Fax: +46 (8) 738 75 38
Website: http://www.sibir.com

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