Machine frigorifique à compression mécanique produisant l'eau glacée qui alimente les batteries froides des CTA et ventilo-convecteurs — le cœur du système de climatisation.
Un groupe froid fonctionne selon le cycle de compression mécanique de vapeur. Il utilise un fluide frigorigène qui change d'état (liquide ↔ gaz) pour transférer de la chaleur d'un milieu froid vers un milieu chaud.
Principe fondamental : un fluide qui s'évapore absorbe de la chaleur (effet frigorifique), et un fluide qui se condense rejette de la chaleur. Le compresseur fournit l'énergie mécanique.
Le fluide frigorigène s'évapore à basse pression en absorbant la chaleur de l'eau du circuit secondaire. L'eau passe de 12°C à 6°C. C'est ici que le "froid" est produit.
Comprime le gaz frigorigène, augmentant pression (3→25 bar) et température (→100°C). C'est le composant qui consomme l'énergie électrique. Types : scroll, vis, centrifuge.
Le gaz chaud HP se condense en rejetant sa chaleur vers l'extérieur (air ou eau de tour). Le fluide redevient liquide haute pression à 35-45°C.
Abaisse brutalement la pression du liquide. Le fluide se refroidit et redevient un mélange liquide-gaz basse pression, prêt à entrer dans l'évaporateur.
Dans l'évaporateur, le fluide frigorigène liquide à basse pression (~3-5 bar) s'évapore au contact de l'eau. En changeant d'état (liquide → gaz), il absorbe la chaleur de l'eau, la faisant passer de 12°C à 6°C. Température d'évaporation : ~2°C.
Le compresseur aspire le gaz BP et le comprime (3-5 → 15-25 bar). La température monte à 80-100°C. C'est le composant le plus énergivore — il consomme l'électricité qui fait tourner le cycle.
Le gaz chaud HP entre dans le condenseur. Au contact de l'air extérieur ou de l'eau de tour, il cède sa chaleur et se condense (gaz → liquide). Le fluide redevient liquide HP à 35-45°C.
Le détendeur (thermostatique ou électronique) fait chuter la pression. Le fluide se refroidit et devient un mélange liquide-gaz BP, prêt à ré-entrer dans l'évaporateur. Le cycle recommence.
Le condenseur est un échangeur air/fluide avec des ventilateurs axiaux soufflant de l'air extérieur sur les ailettes. Solution la plus courante et la plus simple.
Avantages : installation simple, pas de tour de refroidissement, peu d'entretien, autonome.
Limites : performance dégradée par forte chaleur (>35°C), bruit des ventilateurs, encombrement en toiture ou au sol.
Le condenseur échange avec un circuit d'eau, souvent associé à une tour de refroidissement (aéroréfrigérante). L'eau de tour absorbe la chaleur et s'évapore partiellement.
Avantages : meilleur rendement (COP supérieur), performances stables quelle que soit T° ext, plus silencieux côté bâtiment.
Limites : installation complexe, entretien tour (risque légionellose), consommation d'eau, traitement chimique.
| Paramètre | Condensation air | Condensation eau |
|---|---|---|
| Puissance froid | 5 à 1 500 kW | 50 à 5 000+ kW |
| COP / EER | 2.5 à 3.5 | 4.0 à 6.0+ |
| Compresseur | Scroll, vis | Vis, centrifuge |
| Emplacement | Toiture / extérieur | Local technique intérieur |
| Bruit | 65 à 85 dB(A) | 70-90 dB(A) (+ tour séparée) |
| Entretien | Nettoyage ailettes | Traitement eau, légionellose |
| Investissement | Modéré | Élevé |
| Idéal pour | Petits/moyens bâtiments | Grands bâtiments, data centers |
Le COP (Coefficient Of Performance) mesure l'efficacité : puissance frigorifique produite / puissance électrique consommée.
La transition vers des fluides à faible potentiel de réchauffement global (GWP) est un enjeu majeur du secteur.
| Fluide | Type | GWP | Usage typique | Statut |
|---|---|---|---|---|
| R-410A | HFC | 2088 | Petits groupes, PAC | En phase-out |
| R-32 | HFC | 675 | Remplaçant R-410A | Actuel |
| R-134a | HFC | 1430 | Gros chillers centrifuges | En phase-out |
| R-1234ze | HFO | 7 | Remplaçant R-134a | Nouveau |
| R-290 | Propane | 3 | Petites puissances | Émergent |
| R-744 | CO₂ | 1 | Pompes à chaleur | Émergent |
Le groupe froid est la source d'eau glacée de toutes les batteries froides (CTA + VC) du bâtiment. Sans lui, pas de climatisation.
1 kW élec = 3 à 6 kW froid grâce au changement d'état du fluide frigorigène. Bien plus efficace qu'un chauffage électrique direct.
En inversant le cycle, le groupe froid devient une pompe à chaleur produisant de l'eau chaude (45-55°C). Un seul équipement pour chaud et froid.
Passage aux fluides à faible GWP (R-32, HFO, propane, CO₂), amélioration des COP, et réduction des fuites de réfrigérant (F-Gas).