TECHNIQUE DU FROID ET DU CONDITIONNEMENT DE L AIR. Séance : Bilan thermique d une chambre froide Date :

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1 TECHNIQUE DU FROID ET DU CONDITIONNEMENT DE L AIR Tâche T1.2 : Analyser les plans d une installation Compétence C1.1 : Collecter, identifier, lister, relever des données Thème : S4 : Approche scientifique et technique des installations frigorifiques Séquence : S4.1: physique appliquée - Thermocinétique Séance : Bilan thermique d une chambre froide Date : Objectif de la séance : Afin de commencer à procéder au dimensionnement des composants d une installation frigorifique, il faut connaître la puissance nécessaire au maintien de la température dans le local. La puissance à installer sera connu par la détermination des charges thermiques. On distingue les charges thermiques externes et internes. Les charges thermiques externes comprennent : - les charges dues aux apports de chaleur par transmission à travers l enveloppe de la chambre froide : parois verticales, plancher bas et plancher haut : (Q1) - les charges dues au renouvellement d air et ouverture des portes : (Q2) Les charges thermiques internes comprennent : - les charges dépendantes des produits entreposés (produits entrants et transpiration des produits frais) : (Q3) - les charges dus aux moteurs des ventilateurs et des résistances de dégivrage, les charges dus à l éclairage, au personnel, aux chariots élévateurs et à la présence éventuelle d autres machines : (Q4) Calcul des déperditions par les parois (appelées aperditions pour les chambres froides) : (Q1) Dp = ( Kg S +Kl) (θ i - θ e ) Dp : déperditions par les parois en W. Kg : coefficient d échange surfacique de la paroi en W/m².K. S : surface de la paroi en m². Kl : coefficient d échange linéique en W/m K l : longueur en mètre de la liaison. θ i : température de l air intérieur. θ e : température de l air extérieur. Page 1 sur 17

2 Kg est appelé aussi coefficient de transmission surfacique, il représente le flux de chaleur passant dans une paroi pour une différence de température de 1 C entre les deux ambiances séparées par cette paroi. Kg=1 / Rg Rg : résistance thermique globale de la paroi en m².k.w. Rg=1/hi + Σ(e/λ) + 1/he 1/hi : résistance thermique d échange superficiel intérieur en m².k/w. 1/he : résistance thermique d échange superficiel extérieur en m².k/w. (voir tableau correspondant ci-dessous) Σ(e/λ) : somme des rapports e/λ des différentes couches de la paroi. E : épaisseur du matériau en mètre. Λ (lambda) : conductivité thermique du matériau en watt par mètre et par degré d écart (W/M.K). (voir tableau correspondant) Tableau des résistances thermiques d échange superficiel : Paroi verticale ou faisant avec le plan horizontal un angle supérieur à 60 Paroi horizontale ou faisant avec le plan horizontal un angle égal ou inférieur à 60 Paroi en contact avec : -l extérieur -un passage ouvert -un local ouvert Paroi en contact avec : -un autre local chauffé ou non chauffé -un comble -un vide sanitaire 1/hi 1/he 1/hi+1/he 1/hi 1/he 1/hi+1/he Flux ascendant Flux descendant Page 2 sur 17

3 Coefficients de conduction thermique λ de différents matériaux : Page 3 sur 17

4 Page 4 sur 17

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8 Exemple de calculs : Déterminer les aperditions surfaciques (par les parois) de ce local. Vue de dessus (en plan) L=5m H=2.5m l=4m Porte de chambre froide 80mm H=2.20m l=1.10m Constitution des parois : Murs extérieurs : NORD Mur intérieur : idem mur extérieur 1 : mortier d enduit extérieur ρ = 1800kg/m 3 ép = 2cm. 2 : béton caverneux ρ = 1600kg/m 3 ép = 20cm. 3 : polystyrène expansé classe 1 ép = 10cm. 4 : plâtre courant sans granulats ρ = 1100kg/m 3 ép = 2cm. Page 8 sur 17

9 Plafond : : béton caverneux ρ = 1600kg/m 3 ép = 20cm. 2 : polystyrène expansé classe 1 ép = 10cm. 3 : plâtre courant sans granulats ρ = 1100kg/m 3 ép = 2cm. Sol : : béton plein ρ = 2200kg/m 3 ép = 10cm 2 : remblai de sable ép = 40cm avec λ=0.82 W/m.K Données complémentaires : θ i = -5 C. θ e = 25 C. θ sol = 10 C θ pièce adjacente = 18 C. Déperditions par renouvellement d air : (Q2) Déperditions par infiltration et par les ouvrants : Di : déperditions par infiltrations en W. 0,34 : chaleur volumique de l air en Wh/m 3.K. q vi : débit volumique d infiltration en m 3 /h. Di=0,34 x q vi x (θ i - θ e ) Page 9 sur 17

10 Tableaux du renouvellement d air journalier par les ouvertures de portes pour des conditions normales d exploitation : Exemple : Calculer les apports par renouvellement d air en prenant les caractéristiques de l installation (page 8) : Apports par les produits : (Q3) Q3=m x c x Δθ m : masse journalière de produit introduit en kg. c : chaleur massique du produit en kj/kg.k Δθ : différence entre les températures d introduction et de fin de refroidissement du produit en K. Page 10 sur 17

11 Exemple : La chambre froide page 8 contient les produits suivants : 3500 kg de dattes sèches. Température d introduction : 25 C 500 kg d épinards température d introduction : 16 C 150 kg de champignons température d introduction : 10 C Page 11 sur 17

12 Tableaux des charges dues aux produits : Page 12 sur 17

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14 Charges diverses : (Q4) Q4=Q m + Q e + Q p + Q d Apports par les moteurs : Qm = Pa x t x (3600 / 1000) Q m : apports de chaleur par les moteurs en kj. Pa : puissance absorbée par les moteurs en W. t : temps de marche par jour en heure. Apport par l éclairage : Q e = Pt x (3600 / 1000) P : puissance des lampes à incandescence, pour les tubes fluorescents multiplié par 1,2. Apport par les personnes : (occasionné par la manutention) P : puissance dégagée par une personne en W. n : nombre de personnes. t : temps de présence des personnes. Q p = P x n x t x (3600 / 1000) Apport par le dégivrage : Q d = P x t x (3600 / 1000). P : puissance du système de dégivrage. t : temps de dégivrage. Page 14 sur 17

15 Exercice : Soit une chambre froide pour le stockage de volailles emballées. Dimensions de la chambre : -longueur : 15m. -largeur : 8m. -hauteur : 4m. longueur Composition des parois (extérieur vers intérieur) : Murs : Mortier d enduit extérieur ρ = 1800kg/m 3.ép=2cm. Béton caverneux ρ = 1600kg/m 3 ép=25cm. Polystyrène expansé classe 1 ép=15cm. Plâtre courant sans granulats ρ = 1100kg/m 3 ép=2cm. Plafond : Béton caverneux ρ = 1600kg/m 3 ép=15cm. Polystyrène expansé classe 1 ép=15cm. Plâtre courant sans granulats ρ = 1100kg/m 3 ép=2cm. Sol : Béton plein ρ = 2200kg/m 3 ép=20cm Remblai de sable ép=40cm λ=0.82 W/m.K Porte : k=0,5 W/m².K 2.5 1m Fluide frigorigène : R22. Marche des ventilateurs 20 heures par jour P=50W. Page 15 sur 17

16 3 personnes pendant 5 heures par jour, 120W/personne. Eclairage : 5W/m² pendant 5 heures par jour. Manutention : chariot élévateur 4 kw pendant 3 heures par jour. Θ ext : 25 C. θ local adjacent : 18 C. θ i :-25 C θ sol : 15 C. Masse de volailles : 5000kg θ initiale des volailles : 25 C Temps de dégivrage : 4 20minutes par jour 500W. Bilan journalier : Qt=Q1+Q2+Q3+Q4 en kj Pour passer des W en kj (3600 / 1000) Exemple : chariots élévateurs P=4000W pendant 5h (3600 / 1000) = 72000kJ Puissance frigorifique : Φ 0 = Qt / (3600 t) en kw t=14 à 16h/ jour pour installations commerciales 18 à 20h/j pour installations industrielles. Calculer le bilan thermique complet Q1 + Q2 + Q3 + Q4 Page 16 sur 17

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