EcoCute
LâEcoCute est une pompe Ă chaleur, un chauffe-eau et un systĂšme Ă©lectrique de fourniture dâeau Ă haut rendement Ă©nergĂ©tique qui utilise la chaleur de lâair extĂ©rieur pour chauffer de lâeau pour un usage domestique, industriel ou commercial. Ă la place des traditionnels ammoniac ou halogĂ©noalcanes gazeux, EcoCute utilise comme fluide frigorigĂšne du dioxyde de carbone supercritique. Cette technologie, comparĂ©e Ă une pompe thermodynamique utilisant un fluide frigorigĂšne traditionnel, permet de rĂ©duire les Ă©missions de gaz Ă effet de serre.
Ătymologie
Le nom EcoCute vient de l'expression japonaise èȘç¶ć·ćȘăăŒăăăłă甊æčŻæ© (Shizen Reibai HÄ«to Ponpu KyĆ«tĆ-ki), qui signifie mot Ă mot chauffe-eau Ă pompe Ă chaleur utilisant un fluide rĂ©frigĂ©rant non synthĂ©tique[1]. Eco est la contraction de Ă©cologie ou de Ă©conomie, et Cute est un quasi-homonyme anglais du japonais 甊æčŻ (kyĆ«tĆ), qui signifie mot Ă mot fourniture d'eau chaude[2].
Historique
Toutes les technologies chimiques modernes de rĂ©frigĂ©ration ont Ă©tĂ© dĂ©veloppĂ©es aprĂšs la dĂ©couverte du cycle de Carnot en 1824. En 1843, Jacob Perkins a inventĂ© une machine de fabrication de glace utilisant de lâĂ©ther, et en 1850, Edmond CarrĂ© a construit un rĂ©frigĂ©rateur utilisant de lâeau et de lâacide sulfurique. Au Japon, Fusanosuke Kuhara, fondateur de Hitachi, Ltd., a construit un systĂšme de climatisation pour sa propre maison en utilisant du CO2 comprimĂ© comme rĂ©frigĂ©rant.
En 1930, Thomas Midgley Jr. a dĂ©couvert le dichlorodifluoromĂ©thane, un halogĂ©noalcane chlorĂ© (CFC) connu sous le nom commercial FrĂ©on. Les CFC ont rapidement remplacĂ© les fluides rĂ©frigĂ©rants traditionnels, y compris le CO2 (qui sâavĂ©rait difficile Ă comprimer pour un usage domestique[3]), dans les pompes Ă chaleur et les rĂ©frigĂ©rateurs. Mais dans les annĂ©es 1980, les CFC ont commencĂ© Ă perdre leur attrait au fur et Ă mesure que se rĂ©vĂ©laient leurs effets destructeurs sur la couche dâozone. Une autre famille de substances rĂ©frigĂ©rantes, les hydrofluorocarbures, ou HFC, ont Ă©galement perdu de leur intĂ©rĂȘt lorsquâon a compris quâil sâagissait de gaz Ă effet de serre. La Convention de Vienne sur la protection de la couche d'ozone, le Protocole de MontrĂ©al et le Protocole de Kyoto ont finalement appelĂ© Ă un abandon complet de ces fluides rĂ©frigĂ©rants Ă lâhorizon 2030.
En 1989, alors que les effets des CFC et HFC sur la couche dâozone soulevaient de plus en plus dâinquiĂ©tudes, le physicien Gustav Lorentzen et le SINTEF ont dĂ©posĂ© un brevet sur lâutilisation du CO2 comme fluide rĂ©frigĂ©rant dans des systĂšmes de chauffage et de refroidissement. Des recherches plus approfondies sur la rĂ©frigĂ©ration utilisant le CO2 ont ensuite Ă©tĂ© conduites au sein du SHECCO (Sustainable Heating and Cooling with CO2) Ă Bruxelles, ce qui a conduit Ă accroĂźtre lâutilisation du CO2 comme fluide rĂ©frigĂ©rant en Europe[3].
En 1993, la sociĂ©tĂ© japonaise Denso, en collaboration avec Gustav Lorentzen, a dĂ©veloppĂ© un systĂšme de climatisation pour automobiles utilisant le CO2 comme fluide rĂ©frigĂ©rant. Ils ont fait une dĂ©monstration de cette invention Ă la confĂ©rence Gustav Lorentzen de dâInstitut International de RĂ©frigĂ©ration de juin 1998[4] - [5] - [6]. AprĂšs la confĂ©rence, l'Institut central de recherche des industries Ă©lectriques (Central Research Institute of Electric Power Industry, CRIEPI) et la sociĂ©tĂ© TEPCO se sont rapprochĂ©s de Denso pour dĂ©velopper un prototype de climatisation utilisant des fluides rĂ©frigĂ©rants non synthĂ©tiques Ă la place du frĂ©on. Ils ont ainsi produit 30 unitĂ©s EcoCute prototypes pour une expĂ©rimentation dâun an en divers endroits du Japon, allant de sites au climat rigoureux sur lâĂźle dâHokkaidĆ Ă des sites plus chauds comme Okinawa. Cette Ă©tude de faisabilitĂ© ayant Ă©tĂ© remplie de succĂšs, Denso a obtenu du SINTEF, en septembre 2000, lâautorisation de dĂ©poser un brevet sur lâutilisation de CO2 comprimĂ© comme fluide rĂ©frigĂ©rant dans une pompe Ă chaleur[7].
La premiĂšre EcoCute Ă usage domestique Ă ĂȘtre commercialisĂ©e lâa Ă©tĂ© au Japon par la sociĂ©tĂ© CORONA Corp. en mai 2001, et 1,5 million dâunitĂ©s environ y auront Ă©tĂ© vendues en octobre 2008[4] - [8] - [9].
Selon la fĂ©dĂ©ration des sociĂ©tĂ©s Ă©lectriques japonaise, fin octobre 2009, 2 millions dâunitĂ©s EcoCute ont en tout Ă©tĂ© livrĂ©es, ce qui Ă©quivaut, en Ă©missions de CO2 Ă©vitĂ©es, Ă ce quâabsorbent 9 400 km2 de forĂȘts[10].
Caractéristiques et demande
En 1998, au Japon, le chauffage de lâeau (Kyuto (甊æčŻ, kyĆ«tĆ)) reprĂ©sentait 33,8 % de la consommation dâĂ©nergie dâun foyer moyen ; le chauffage de lâair par la climatisation et le chauffage dâappoint reprĂ©sentaient 26,9 % supplĂ©mentaires ; le refroidissement de lâair par la climatisation reprĂ©sentait 2,3 % de plus. Lâessentiel des 37 % restants Ă©tait consommĂ© par des appareils Ă©lectriques divers et variĂ©s, oĂč se situe un gisement dâĂ©conomies dâĂ©nergie considĂ©rable[11] - [12]. La fourniture dâeau chaude Ă©tait considĂ©rĂ© comme le service oĂč les Ă©conomies dâĂ©nergie possibles Ă©taient les plus difficiles Ă rĂ©aliser, et câest dans ce domaine que sâest engouffrĂ© lâEcoCute. En janvier 2005, 26 sociĂ©tĂ©s japonaises produisaient plus de 450 modĂšles de machines EcoCute, et les ventes dâunitĂ©s Ă usage domestique a augmentĂ© de 130 Ă 150 % par an entre 2001 et 2005[7].
Denso a prĂ©sentĂ© lâEcoCute pour la premiĂšre fois hors du Japon lors de la 9e ConfĂ©rence des parties sur le changement climatique Ă Milan, le . Ă partir de 2007, Denso a commencĂ© Ă concentrer ses efforts marketing au sujet de lâEcoCute sur lâUnion europĂ©enne[3] - [13] - [14]. Le gouvernement japonais a inclus lâEcoCute dans son programme de rĂ©duction dâĂ©missions de CO2 dans le cadre du Protocole de Kyoto, sâengageant Ă installer 5,2 millions dâunitĂ©s dans les foyers et les entreprises du pays jusquâen 2010[2] - [15]. En fĂ©vrier-mars 2009, le coĂ»t dâun EcoCute Ă©tait dâenviron 500 000 yens, soit environ 4 000 âŹ[16].
Fonctionnement gĂ©nĂ©ral dâune machine EcoCute
Un systĂšme EcoCute est constituĂ© dâune pompe Ă chaleur et dâun ballon dâeau chaude. Ces Ă©lĂ©ments sont reliĂ©s par un circuit hermĂ©tiquement fermĂ© de circulation de fluide rĂ©frigĂ©rant, rempli de CO2.
- Dans un premier temps, un Ă©changeur de chaleur collecte de la chaleur de lâair extĂ©rieur afin de lâutiliser comme source dâĂ©nergie pour le fluide rĂ©frigĂ©rant. Un courant dâair appropriĂ© est gĂ©nĂ©ralement obtenu en utilisant un ventilateur centrifuge ; dans les rĂ©gions froides, oĂč lâair extĂ©rieur atteint des tempĂ©ratures de lâordre de â20 Ă â25 °C, un ventilateur chauffant auxiliaire est utilisĂ©.
- Ensuite, un compresseur mĂ©canique rĂ©chauffe le CO2 gazeux du circuit rĂ©frigĂ©rant jusquâĂ une tempĂ©rature de 100 °C sous une pression de 10 MPa via une compression adiabatique. Le dioxyde de carbone devient alors un fluide supercritique[17] - [18]. Plusieurs types de compresseur peuvent ĂȘtre utilisĂ©s, y compris des compresseurs cylindriques Ă double couche, des compresseurs Ă spirale, ou des compresseurs rotatifs[19].
- Dans un second temps, un Ă©changeur de chaleur transfĂšre de lâĂ©nergie du fluide rĂ©frigĂ©rant chaud vers de lâeau pour obtenir de lâeau chaude. Des tempĂ©ratures dâeau dâenviron 5 °C et plus sont pertinentes Ă cette Ă©tape.
- Enfin, un éjecteur[7] ou des soupapes de surpression réduisent la pression du fluide réfrigérant, ce qui le refroidit par décompression adiabatique et le fait redevenir gazeux.
Un systĂšme EcoCute extrait, sous forme calorifique, plus de trois unitĂ©s dâĂ©nergie de lâair ambiant pour chaque unitĂ© dâĂ©nergie Ă©lectrique consommĂ©e. Ainsi, elle permet dâĂ©mettre moins de CO2 que si on chauffait lâeau directement en consommant de lâĂ©lectricitĂ© ou le gaz de ville. Pour produire de lâeau chaude Ă 90 °C, un systĂšme EcoCute consomme 66 % dâĂ©nergie en moins quâun chauffe-eau Ă©lectrique, et coĂ»te 80 % de moins quâun chauffe-eau au gaz de ville au Japon[20]. Par ailleurs, du fait dâune moindre consommation de combustibles fossiles, le systĂšme EcoCute permet de rĂ©duire de plus de 50 % les Ă©missions de CO2 par rapport Ă un chauffage au gaz classique[21].
Le coefficient de performance dâun systĂšme EcoCute est de 3,8 en usage industriel, alors que celui dâun chauffe-eau Ă©lectrique est de 1,0 et celui dâune chaudiĂšre classique est infĂ©rieur Ă 0,9[22].
Divers
EcoCute (ăšăłăă„ăŒă, ekokyĆ«to) est une marque dĂ©posĂ©e (No. 4575216 - Japon)[23] of Kansai Electric Power Company, mais le terme est Ă©galement utilisĂ© comme un nom gĂ©nĂ©rique dĂ©signant les chauffe-eau conçus pour Ă©conomiser lâĂ©nergie ou rĂ©duire les Ă©missions de gaz Ă effet de serre.
Notes et références
- (ja) « Année fiscale 2001, 12Úme prix de l'économie d'énergie du MinistÚre de l'économie, du commerce et de l'industrie », Centre pour les économies d'énergie, Japon
- (ja) « Produire de l'eau chaude avec du CO2 », CRIEPI
- (en) La redécouverte du CO2 SHECCO
- (ja) Technology of Car air conditioner blooms as EcoCute, Denso
- (en) Concerns and Solutions for CO2 Air Conditioning Systems for Compact Vehicles, Denso Corp., 15 avril 2004, Mobile Air Conditioning Summit 2004, Washington, D.C.
- (en) Concerns of CO2 Air Conditioning System for Compact Vehicles, Denso Corporation, "References: at bottom": Natural working fluids â98 (IIR Gustav Lorentzen Conference on Natural Working Fluids, Oslo, NorvĂšge, 1998
- (ja) EcoCute, Office des brevets du Japon
- (ja) [Heat Pump & Thermal Storage Technology Center of Japan]
- (ja) Announcement, CORONA Corp., Ă©dition japonaise : ăłăă
- (ja) Yomiuri Shimbun, 12 novembre 2009, 13 ver.13S, page 8
- (ja) « 2.2 (2) Consommation énergétique annuelle des foyers par catégorie d'utilisation »(Archive.org ⹠Wikiwix ⹠Archive.is ⹠Google ⹠Que faire ?) (consulté le ) The Energy Conservation Center, Japan (ECCJ)
- (ja) Quâest-ce que EcoCuteTEPCO
- (en) « Hausse de la demande en machines EcoCute en Europe »(Archive.org ⹠Wikiwix ⹠Archive.is ⹠Google ⹠Que faire ?) (consulté le ), réseau européen des pompes à chaleur
- (en) Les pompes Ă chaleur offrent un Ă©norme potentiel, confĂ©rence de lâAIE
- (ja) Page 16/24, plan de réduction des émissions de CO2, Populariser les chauffe-eau à haut rendement Kantei
- (ja) « (trad.) Article sur les systĂšmes domestiques Ă combustible, comparaison des coĂ»ts », Yomiuri Shimbun,â , p. 10
- (ja) Section2. Rechercher l'Ă©tat supercritique du CO2, Denso
- (ja) « Structure de lâEcoCute »(Archive.org âą Wikiwix âą Archive.is âą Google âą Que faire ?) (consultĂ© le ) Panasonic
- « Cooling System Composed with Rolling Piston Type 2-Stage CO2 Compressor »(Archive.org ⹠Wikiwix ⹠Archive.is ⹠Google ⹠Que faire ?) (consulté le ), Sanyo
- (ja) Section 6, HypothĂšses de Denso, Denso
- (ja) Recherche et dĂ©veloppement de lâEcoCute CRIEPI
- (ja) Performance d'une EcoCute en usage industriel, www.itomic.co.jp
- (ja) Brevet d'application au sujet du chauffage et du refroidissement par un fluide réfrigérant non synthétique page 3/24 bas, note no 10, 15 mai 2003, Office des brevets du Japon
Liens externes
- Mayekawa Global ECO CUTE
- Japan warms to Hitachi's Eco Cute Technology, présentation à la 15e Conférence des parties sur le changement climatique à Copenhague (Ambition du gouvernement britannique pour un accord global sur le changement climatique, MinistÚre de l'énergie et du changement climatique)
- High-efficient EcoCute models launched, R744.com - 1er février 2008
- Research on Performance Evaluation of Heat Pump Water Heaters, EcoCute 24/31 page;Prize List:(4), mars 2002, EPA Climate Protection Award & page 25/31, EcoCute history, CRIEPI
- (en) « DENSO Earns 2002 Climate Protection Award From U.S. Environmental Protection Agency »,
- TEPCO'S 'Eco Cute' the World's First CO2 Heat Pump Water Heater for Residential Use
- Technology and Market Development of Heat Pump Water Heaters in Japan, AIE, Heat Pump Centre (HPC)
- « Demand-side management »(Archive.org ⹠Wikiwix ⹠Archive.is ⹠Google ⹠Que faire ?) (consulté le ), e8.com.org
- (en) « DENSO Develops World's First COÂČ Car Air Conditioner », The Auto Channel, (consultĂ© le )
- (en) Cet article est partiellement ou en totalitĂ© issu de lâarticle de WikipĂ©dia en anglais intitulĂ© « EcoCute » (voir la liste des auteurs).