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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 :
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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) × (θi - θe)
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.
θi : température de l’air intérieur.
θe : température de l’air extérieur.
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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 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
Paroi verticale ou
faisant avec le plan
horizontal un angle
supérieur à 60°
0.11
0.06
0.17
0.11
0.11
0.22
Paroi horizontale ou faisant
avec le plan horizontal un
angle égal ou inférieur à 60°
Flux ascendant
Flux descendant
0.09
0.17
0.05
0.05
0.14
0.22
0.09
0.17
0.09
0.17
0.18
0.34
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Coefficients de conduction thermique λ de différents matériaux :
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Exemple de calculs :
Déterminer les aperditions surfaciques (par les parois) de ce local.
Vue de dessus (en plan)
NORD
Constitution des parois :
Murs extérieurs :
1 2 3 4
Mur intérieur : idem mur extérieur
L=5m
H=2.5m
l=4m
Porte de chambre
froide 80mm
H=2.20m
l=1.10m
1 : mortier d’enduit extérieur ρ = 1800kg/m3 – ép = 2cm.
2 : béton caverneux ρ = 1600kg/m3 – ép = 20cm.
3 : polystyrène expansé classe 1 – ép = 10cm.
4 : plâtre courant sans granulats ρ = 1100kg/m3 – ép = 2cm.
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Plafond :
1
2
3
1 : béton caverneux ρ = 1600kg/m
3 – ép = 20cm.
2 : polystyrène expansé classe 1 – ép = 10cm.
3 : plâtre courant sans granulats ρ = 1100kg/m3 – ép = 2cm.
Sol :
1
2
1 : béton plein ρ = 2200kg/m
3 – ép = 10cm
2 : remblai de sable – ép = 40cm avec λ=0.82 W/m.K
Données complémentaires :
θi = -5°C.
θe = 25°C.
θsol = 10°C
θpièce adjacente = 18°C.
Déperditions par renouvellement d’air : (Q2)
Déperditions par infiltration et par les ouvrants :
Di=0,34 x qvi x (θi - θe)
Di : déperditions par infiltrations en W.
0,34 : chaleur volumique de l’air en Wh/m3.K.
qvi : débit volumique d’infiltration en m3/h.
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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.
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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
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Tableaux des charges dues aux produits :
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Charges diverses : (Q4)
Q4=Qm + Qe + Qp + Qd
Apports par les moteurs :
Qm = Pa x t x (3600 / 1000)
Qm : 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 :
Qe = 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)
Qp = P x n x t x (3600 / 1000)
P : puissance dégagée par une personne en W.
n : nombre de personnes.
t : temps de présence des personnes.
Apport par le dégivrage :
Qd = P x t x (3600 / 1000).
P : puissance du système de dégivrage.
t : temps de dégivrage.
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Exercice :
Soit une chambre froide pour le stockage de volailles emballées.
Dimensions de la chambre :
-longueur : 15m.
-largeur : 8m.
-hauteur : 4m.
Composition des parois (extérieur vers intérieur) :
Murs :
Mortier d’enduit extérieur ρ = 1800kg/m3.ép=2cm.
Béton caverneux ρ = 1600kg/m3 ép=25cm.
Polystyrène expansé classe 1 ép=15cm.
Plâtre courant sans granulats ρ = 1100kg/m3 ép=2cm.
Plafond :
Béton caverneux ρ = 1600kg/m3 ép=15cm.
Polystyrène expansé classe 1 ép=15cm.
Plâtre courant sans granulats ρ = 1100kg/m3 ép=2cm.
Sol :
Béton plein ρ = 2200kg/m3 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.
longueur
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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.
Θext : 25°C.
θ local adjacent : 18°C.
θi :-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 4000 × 5 × (3600 / 1000) = 72000kJ
Puissance frigorifique :
Φ0 = 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
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