{"id":24608,"date":"2025-10-05T15:20:56","date_gmt":"2025-10-05T13:20:56","guid":{"rendered":"https:\/\/greth.fr\/?p=24608"},"modified":"2025-10-27T17:04:50","modified_gmt":"2025-10-27T16:04:50","slug":"optimisation-energetique-dun-groupe-frigorifique-au-co2-transcritique","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/greth.fr\/en\/optimisation-energetique-dun-groupe-frigorifique-au-co2-transcritique\/","title":{"rendered":"Energy optimization of a CO2 transcritical refrigeration system"},"content":{"rendered":"<strong><span style=\"text-decoration: underline;\">Summary:<\/span><\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify;\">Carbon dioxide (CO2, R744) is a promising alternative for refrigeration systems, as it does not contribute to ozone depletion and has little impact on global warming compared with other conventional refrigerants such as HFCs and HFOs. In addition, it is neither toxic, flammable nor corrosive. However, CO2 refrigeration systems have limited performance due to their low critical temperature (31.1\u00b0C), which can be lower than the outside temperature. In addition, CO2 critical pressure is very high compared with that of other refrigerants. For these two reasons, the CO2 thermodynamic systems often work in transcritical conditions and at very high pressure (over 73 bar). The aim of this thesis is to study different solutions for improving the performance of single-stage CO2 refrigeration systems (one single evaporation stage) in the production of positive cold for supermarket refrigerated display cases or for air-conditioning applications. It focuses on improvements related to the architecture of the refrigeration system, which means the use of specific components such as internal heat exchangers, ejectors, parallel compressors, etc. First, a literature review was conducted on various configurations proposed in existing literature. This was followed by an experimental study to assess the performance of these configurations, including the addition of heat exchangers, a parallel compressor, and a liquid multi-ejector. These components were tested on an industrial-scale controlled test bench with a cooling capacity of 40 kW. The experimental results highlighted the advantages of operating with reduced superheat (1.8 \u00b0C) rather than positive superheat (8 \u00b0C). Notably, there was a significant performance difference between using a parallel compressor and a flash gas valve. The use of a flash gas valve resulted in an increase in the Coefficient of Performance (COP) of approximately 6 % during transcritical operation with an 8 \u00b0C superheat. Conversely, a parallel compressor provided an improvement of approximately 16 %. With reduced superheat, these improvements were approximately 10 % and 18 %, respectively. Furthermore, the addition of a subcooler, an economizer, two internal heat exchangers, or a single-phase ejector all exhibited improvements compared to the reference system. However, there were no significant performance differences among these modifications. The thesis also shows that the choice of equipment must consider the climatic conditions in which the machine will be installed. Based on experimental data, a correlation of COP as a function of Carnot COP and cooling load was developed for each configuration in order to carry out an annual performance study. Four French cities with different temperature profiles were chosen for the study: Nancy, Marseille, Paris and Brest. By choosing the most efficient configuration for each city, it is possible to improve the annual energy performance of the refrigeration plant by around 7.5 %.<\/p>\n<table border=\"1\" width=\"100%\">\n<tbody>\n<tr>\n<td><strong>Author<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Ana Maria PAEZ ALVAREZ<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><strong>Date of presentation<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>2023, december 7th<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td><strong>Keywords<\/strong><\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>Exergy, Modelisation, Performance, Parallel compressor, Liquid ejector, Energy optimization, Thermics, CO2, Carbon dioxide, Refrigeration system, Refrigerants<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n\n\n\n<div class=\"eds-animate edsanimate-sis-hidden\" data-eds-entry-animation=\"bounceIn\" data-eds-entry-delay=\"0\" data-eds-entry-duration=\"1\" data-eds-entry-timing=\"linear\" data-eds-exit-animation=\"\" data-eds-exit-delay=\"\" data-eds-exit-duration=\"\" data-eds-exit-timing=\"\" data-eds-repeat-count=\"1\" data-eds-keep=\"yes\" data-eds-animate-on=\"load\" data-eds-scroll-offset=\"\">\n\t\t<div class=\"box info\">\n\t\t\t<div class=\"box-inner-block\">\n\t\t\t\t<span class=\"fa tie-shortcode-boxicon\"><\/span>\n<p style=\"text-align: justify;\"><strong>&#x2666; The full version is only available for subscribers <a style=\"text-decoration: none;\" href=\"\/en\/offre-du-greth\/\"><span style=\"background-color: #3db2ea; color: #fff;\">\"ESSENTIEL\"<\/span><\/a> or <a style=\"text-decoration: none;\" href=\"\/en\/offre-du-greth\/\"><span style=\"background-color: #c6002c; color: #fff;\">\"PREMIUM\"<\/span><\/a> of GRETh!<\/strong><\/p>\n<p>&#x2666; If you are already a member \/ subscriber, you must identify yourself by <a href=\"\/wp-login.php\"><strong>clicking here<\/strong><\/a>.<br \/>\n&#x2666; If you are not a member, you can consult the offer proposed by GRETh by <a href=\"\/en\/offre-du-greth\/\"><strong>clicking here<\/strong><\/a> as well as the conditions of membership by <a href=\"\/en\/conditions-adhesion\/\"><strong>clicking here<\/strong><\/a>.\n\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>R\u00e9sum\u00e9 : Le dioxyde de carbone (CO2, R744) est une alternative prometteuse pour les syst\u00e8mes de r\u00e9frig\u00e9ration car il ne contribue pas \u00e0 l&#8217;appauvrissement de la couche d&#8217;ozone et a tr\u00e8s peu d&#8217;impact sur le r\u00e9chauffement climatique par rapport aux autres fluides frigorig\u00e8nes conventionnels tels que les HFC et les HFO. De plus, contrairement \u00e0 certains fluides naturels, il n&#8217;est ni toxique, ni inflammable, ni corrosif. Toutefois, les syst\u00e8mes de r\u00e9frig\u00e9ration au CO2 ont des performances limit\u00e9es en raison de leur basse temp\u00e9rature critique (31,1 \u00b0C) qui peut \u00eatre inf\u00e9rieure \u00e0 la temp\u00e9rature ext\u00e9rieure. De plus, la pression critique du CO2 est tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9e, compar\u00e9e \u00e0 celle des autres fluides frigorig\u00e8nes. Pour ces deux raisons, les syst\u00e8mes thermodynamiques au CO2 fonctionnent souvent en r\u00e9gime transcritique d\u2019une part, et \u00e0 tr\u00e8s haute pression (sup\u00e9rieure \u00e0 73,7 bar) d\u2019autre part. Cette th\u00e8se a pour objectif d\u2019\u00e9tudier diff\u00e9rentes solutions d&#8217;am\u00e9lioration des performances des syst\u00e8mes de r\u00e9frig\u00e9ration mono-\u00e9tag\u00e9s (une seule \u00e9tape d\u2019\u00e9vaporation) au CO2 dans la production de froid positif pour les vitrines r\u00e9frig\u00e9r\u00e9es des supermarch\u00e9s ou pour des applications de climatisation. Elle se focalise sur des solutions d\u2019am\u00e9lioration li\u00e9es \u00e0 l\u2019architecture de l\u2019installation frigorifique, c\u2019est-\u00e0-dire l\u2019utilisation d\u2019organes sp\u00e9cifiques tels que des \u00e9changeurs de chaleur internes, des \u00e9jecteurs, des compresseurs parall\u00e8les, etc. Dans un premier temps, une \u00e9tude bibliographique a \u00e9t\u00e9 men\u00e9e sur les diff\u00e9rentes configurations propos\u00e9es dans la litt\u00e9rature, ainsi qu&#8217;une \u00e9tude exp\u00e9rimentale de la performance des diff\u00e9rents agencements (y compris l&#8217;ajout d&#8217;\u00e9changeurs de chaleur, d\u2019un compresseur parall\u00e8le et d&#8217;un multi-\u00e9jecteur liquide) install\u00e9s sur un banc d&#8217;essai r\u00e9gul\u00e9 de taille industrielle (40 kW froid). Les r\u00e9sultats exp\u00e9rimentaux ont mis en \u00e9vidence l&#8217;int\u00e9r\u00eat de travailler avec une surchauffe r\u00e9duite (1,8 \u00b0C) plut\u00f4t qu&#8217;avec une surchauffe positive (8 \u00b0C). Une diff\u00e9rence significative de performance est observ\u00e9e entre l&#8217;utilisation d&#8217;un compresseur parall\u00e8le et celle d&#8217;une vanne flash gaz. L&#8217;utilisation d&#8217;une vanne flash gaz en compl\u00e9ment d\u2019autres organes tels qu\u2019un \u00e9jecteur ou un \u00e9conomiseur permet une am\u00e9lioration du coefficient de performance (COP), en r\u00e9gime transcritique et avec une surchauffe de 8 \u00b0C, d&#8217;environ 6 %, par rapport \u00e0 un syst\u00e8me avec vanne flash gaz seule. Un compresseur parall\u00e8le utilis\u00e9 en compl\u00e9ment d\u2019autres organes, quant \u00e0 lui, offre une am\u00e9lioration d&#8217;environ 16 %. Avec une surchauffe r\u00e9duite, ces am\u00e9liorations sont d\u2019environ 10 % et 18 % respectivement. Bien que l&#8217;ajout d&#8217;un sous-refroidisseur, d&#8217;un \u00e9conomiseur, de deux \u00e9changeurs de chaleur interne ou d&#8217;un \u00e9jecteur monophasique montrent tous une am\u00e9lioration par rapport au syst\u00e8me de r\u00e9f\u00e9rence, ils ne pr\u00e9sentent pas de diff\u00e9rence significative entre eux en ce qui concerne la performance de l&#8217;installation.<\/p>","protected":false},"author":1,"featured_media":967,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[20,21],"tags":[6528,6910,6915,6911,6912,6382,6551,6913,6909,6914,6623],"class_list":["post-24608","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-documents","category-memoires-theses","tag-co2","tag-compresseur-parallele","tag-dioxyde-de-carbone","tag-ejecteur-liquide","tag-exergie","tag-fluides-frigorigenes","tag-modelisation","tag-optimisation-energetique","tag-performance","tag-systeme-de-refrigeration","tag-thermique"],"yoast_head":"<!-- This site is optimized with the Yoast SEO Premium plugin v23.9 (Yoast SEO v27.3) - https:\/\/yoast.com\/product\/yoast-seo-premium-wordpress\/ -->\n<title>Optimisation \u00e9nerg\u00e9tique d\u2019un groupe frigorifique au CO2 transcritique - GRETh<\/title>\n<meta name=\"robots\" content=\"index, follow, max-snippet:-1, max-image-preview:large, max-video-preview:-1\" \/>\n<link rel=\"canonical\" href=\"https:\/\/greth.fr\/en\/optimisation-energetique-dun-groupe-frigorifique-au-co2-transcritique\/\" \/>\n<meta property=\"og:locale\" content=\"en_US\" \/>\n<meta property=\"og:type\" content=\"article\" \/>\n<meta property=\"og:title\" content=\"Optimisation \u00e9nerg\u00e9tique d\u2019un groupe frigorifique au CO2 transcritique\" \/>\n<meta property=\"og:description\" content=\"R\u00e9sum\u00e9 : Le dioxyde de carbone (CO2, R744) est une alternative prometteuse pour les syst\u00e8mes de r\u00e9frig\u00e9ration car il ne contribue pas \u00e0 l&#039;appauvrissement de la couche d&#039;ozone et a tr\u00e8s peu d&#039;impact sur le r\u00e9chauffement climatique par rapport aux autres fluides frigorig\u00e8nes conventionnels tels que les HFC et les HFO. 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Une diff\u00e9rence significative de performance est observ\u00e9e entre l'utilisation d'un compresseur parall\u00e8le et celle d'une vanne flash gaz. L'utilisation d'une vanne flash gaz en compl\u00e9ment d\u2019autres organes tels qu\u2019un \u00e9jecteur ou un \u00e9conomiseur permet une am\u00e9lioration du coefficient de performance (COP), en r\u00e9gime transcritique et avec une surchauffe de 8 \u00b0C, d'environ 6 %, par rapport \u00e0 un syst\u00e8me avec vanne flash gaz seule. Un compresseur parall\u00e8le utilis\u00e9 en compl\u00e9ment d\u2019autres organes, quant \u00e0 lui, offre une am\u00e9lioration d'environ 16 %. Avec une surchauffe r\u00e9duite, ces am\u00e9liorations sont d\u2019environ 10 % et 18 % respectivement. Bien que l'ajout d'un sous-refroidisseur, d'un \u00e9conomiseur, de deux \u00e9changeurs de chaleur interne ou d'un \u00e9jecteur monophasique montrent tous une am\u00e9lioration par rapport au syst\u00e8me de r\u00e9f\u00e9rence, ils ne pr\u00e9sentent pas de diff\u00e9rence significative entre eux en ce qui concerne la performance de l'installation.","og_url":"https:\/\/greth.fr\/en\/optimisation-energetique-dun-groupe-frigorifique-au-co2-transcritique\/","og_site_name":"GRETh","article_publisher":"https:\/\/www.facebook.com\/grethfr\/","article_author":"https:\/\/www.facebook.com\/grethfr\/","article_published_time":"2025-10-05T13:20:56+00:00","article_modified_time":"2025-10-27T16:04:50+00:00","og_image":[{"width":424,"height":283,"url":"https:\/\/greth.fr\/wp-content\/uploads\/2015\/08\/theses-11.jpg","type":"image\/jpeg"}],"author":"GRETh","twitter_card":"summary_large_image","twitter_creator":"@grethfr","twitter_site":"@grethfr","twitter_misc":{"Written by":"GRETh","Est. reading time":"7 minutes"},"schema":{"@context":"https:\/\/schema.org","@graph":[{"@type":"Article","@id":"https:\/\/greth.fr\/optimisation-energetique-dun-groupe-frigorifique-au-co2-transcritique\/#article","isPartOf":{"@id":"https:\/\/greth.fr\/optimisation-energetique-dun-groupe-frigorifique-au-co2-transcritique\/"},"author":{"name":"GRETh","@id":"https:\/\/greth.fr\/#\/schema\/person\/6e173032c4ce46c14339ff999b721f00"},"headline":"Optimisation \u00e9nerg\u00e9tique d\u2019un groupe frigorifique au CO2 transcritique","datePublished":"2025-10-05T13:20:56+00:00","dateModified":"2025-10-27T16:04:50+00:00","mainEntityOfPage":{"@id":"https:\/\/greth.fr\/optimisation-energetique-dun-groupe-frigorifique-au-co2-transcritique\/"},"wordCount":1342,"publisher":{"@id":"https:\/\/greth.fr\/#organization"},"image":{"@id":"https:\/\/greth.fr\/optimisation-energetique-dun-groupe-frigorifique-au-co2-transcritique\/#primaryimage"},"thumbnailUrl":"https:\/\/greth.fr\/wp-content\/uploads\/2015\/08\/theses-11.jpg","keywords":["CO2","Compresseur parall\u00e8le","Dioxyde de carbone","Ejecteur liquide","Exergie","fluides frigorig\u00e8nes","mod\u00e9lisation","Optimisation \u00e9nerg\u00e9tique","Performance","Syst\u00e8me de r\u00e9frig\u00e9ration","thermique"],"articleSection":["Documents","M\u00e9moires de th\u00e8ses"],"inLanguage":"en-US"},{"@type":"WebPage","@id":"https:\/\/greth.fr\/optimisation-energetique-dun-groupe-frigorifique-au-co2-transcritique\/","url":"https:\/\/greth.fr\/optimisation-energetique-dun-groupe-frigorifique-au-co2-transcritique\/","name":"Optimisation \u00e9nerg\u00e9tique d\u2019un groupe frigorifique au CO2 transcritique - 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