Dimensionnement Systèmes Frigorifiques : Cours Complet

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COURS SUR LE DIMENSIONNEMENT
DES SYSTÈME FRIGORIFIQUES

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SOMMAIRE
CHAPITRE1: CONCEPTION D’UNE CHAMBRE FROIDE ................................................................... 3
1.1 Généralité ............................................................................................................................................ 3
1.2 Estimations des charges thermiques externes ..................................................................................... 4
1.2.1 Charge par les parois .................................................................................................................... 4
1.2.2 Charge par renouvèlement d’air................................................................................................... 5
1.2.3 Charge par infiltration d’air ......................................................................................................... 5
1.3 Charges thermiques internes ............................................................................................................... 6
1.3.1 Charges thermiques indépendantes des denrées entreposées ....................................................... 6
1.3.1.1 Charges thermiques dues à l'éclairage ...................................................................................... 6
1.3.1.2 Charges thermiques dues aux personnels ................................................................................. 7
1.3.1.3 Charges thermiques dues aux machins diverses ...................................................................... 7
1.3.2 Charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées ............................................ 7
1.3.2.1 Charges thermiques dues aux denrées entrant .......................................................................... 7
1.3.2.2 Charge due à la respiration des denrées ................................................................................... 8
1.3.2.3 Charges thermiques dues aux moteurs des ventilateurs ........................................................... 8
Application 1 : Cahier de charges (globalisé) ................................................................................................ 9
Résolution..................................................................................................................................................... 10
Application 2 : Conception d’une chambre froide ....................................................................................... 16
Résolution..................................................................................................................................................... 17

Cours sur le dimensionnement des systèmes frigorifique
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CHAPITRE1: CONCEPTION D’UNE CHAMBRE FROIDE
1.1 Généralité
Concevoir une chambre froide, c’est déterminer la puissance d’une installation (bilan
frigorifique) à partir d’un cahier de charges particulier.
Le cahier de charges indique :
 Le type de denrées à conserver, sa quantité pendant un temps bien déterminé.
 La zone d’implantation, sa situation géographique, l’orientation de la chambre froide,
…etc.
 Le sol d’implantation (possibilité d’une surélévation par vide sanitaire du plancher bas de la
chambre froide).
A côté se cahier de charges particulier, on dresse une ou des annexes techniques dans lesquelles on
indique :
 La température et l’humidité relative de conservation.
 Les conditions climatiques extérieures ou environnantes de la chambre froide.
 Les dimensions de la chambre froide (longueur, largeur, épaisseur des parois,).
 La nature des matériaux utilisés pour les parois.
 Le nombre de personnes susceptibles de fréquenter journalièrement la chambre froide.
 La nature des lampes et la puissance d’éclairage (on prendra ).
Ainsi, pour dresser le bilan, on subdivise généralement les charges thermiques en charges internes et en
charges externes.
Charges thermiques externes :
 Charge due aux parois
 Charge due au renouvèlement d’air
 Charge due par l’infiltration d’air
Charge thermiques internes
 Charge due aux personnels
 Charge due aux éclairages
 Charge due aux denrée
 Charge due aux denrées entreposées
 Charge due aux équipements électriques
 etc.

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1.2 Estimations des charges thermiques externes
1.2.1 Charge par les parois
La charge due par les parois est calculée par :
Avec K : le coefficient global d’échange thermique [].
S : la surface de la paroi à travers laquelle se fait l’apport d’énergie [].
 : Ecart de température en [K] propre à chaque paroi entre  (température ambiante de
l’air externe) et  (température dans la chambre froide).
Coefficient global d’échange de la chaleur (K) :
Le coefficient K est donné par la formule suivante :
 : Coefficient de convection intérieur en [W/(m2.K)]
 : Coefficient de convection extérieur en [W/(m2.K)]
 : Epaisseur de la paroi i (n parois composées en série) en [m]
 : Conductivité thermique de la paroi i en [W/m.K].
Pour avoir l’apport journalier, on multiplie  par t=24h=1j.
Les valeurs de coefficients de convection (extérieur  et intérieur ) sont obtenues à partir
du tableau ci-dessous.
Tableau 1.1 : Coefficients de convection communément utilisés dans le cas des chambres froides
Extérieur
(W/m2.°C)
Intérieur
(W/m2.°C)
En contact avec l’air extérieur
30
Avec ventilation
mécanique
17
En contact avec un autre local
8
En convection
naturelle
8

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1.2.2 Charge par renouvèlement d’air
Le renouvèlement d’air constitue une étape important dans la conception des systèmes
frigorifiques : en effet, il permet d’apporter de l’air frais dans les chambres froides, pour éviter
tout confinement et limiter le transfert d’odeur entre denrées stockées. Cependant l’air entrant
apporte de la chaleur et de l’humidité contre lesquelles la machine frigorifique doit limiter.
La charge due au renouvèlement d’air est donnée par :
Avec  : le débit massique d’air entrant en [kg/jour];
 : enthalpie extérieure (valeur lue sur le diagramme de l’air humide connaissant la
température et l’humidité relative de l’air extérieur) ;
 : Enthalpie spécifique de l'air intérieur de la chambre froide (valeur lue sur le diagramme
de l’air humide connaissant la température et l’humidité relative de la chambre froide) ;
 : Volume spécifique interne (de la chambre froide) en [
] ;
 : le débit volumique de l’air de renouvèlement tel que :  ;
Où  est le taux journalier de renouement (nombre /jour) :
Avec  volume de la chambre froide en [m3].
1.2.3 Charge par infiltration d’air
L’air entre par infiltration chaque fois que l’on ouvre la porte d’une chambre froide, c’est donc
une entrée d’air non désirée mais qui apporte chaleur et humidité dans la chambre froide.
Dans le cas d'une chambre froide comportant une seule porte, on calcule simplement la charge
thermique par renouvèlement d'air. Cependant si la chambre comporte plusieurs portes il faut
calculer la charge thermique due à l'ouverture des portes. Pour une porte cette charge s'écrit :