Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Pour concevoir ou optimiser une machine friogirifique, il est nécessaire de bien comprendre le fonctionnement des composants essentiels des circuits frigorifiques à savoir : les compresseurs et les échangeurs. Les différents exercices proposés dans cet article ont pour but justement de maîtriser les calculs liés à ces dispositifs, comme par exemple l'étude d'un groupe refroidisseur d'eau glacée. De plus, l'évolution de la législation peut entraîner l'obsoléscence de certains produits utilisés (comme les fluides frigorigènes par exemple). Certains cas présentés détaillent ainsi les méthodes pour changer ou implémenter un fluide dans un groupe refroidisseur d'eau. Enfin, sont détaillés les principes de calculs des bilans frigorifiques afin d'évaluer les performance d'un système complet.
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In order to design or optimize a refrigerating machine, a sound understanding of the functioning of the essential components of refrigeration circuits, i.e. compressors and exchangers, is required. The aim of the various exercises offered in this article is precisely to allow for the mastery of the calculations concerning these devises such as the study of a chilled water refrigeration unit. Furthermore, due to the evolution on the legislation, certain products can become obsolete (such as refrigerant fluids for instance). Certain cases presented in this article thus detail the methods in order to replace or implement a fluid into a water refrigeration unit. The calculation principles of the refrigerating balances are finally detailed in order to assess the performances of a whole system.
Auteur(s)
-
Georges VRINAT : Ingénieur du Conservatoire national des arts et métiers et de l'Institut français du froid industriel - Membre de l'Association française du froid-Expert frigoriste
INTRODUCTION
Les exercices qui suivent ont pour but de familiariser le lecteur avec les calculs des composants essentiels des circuits frigorifiques à savoir : les compresseurs et les échangeurs. Ils ne prennent pas en compte les accessoires indispensables tels que les dispositifs de sécurité, l'automaticité et le contrôle. Le choix de ces appareils se fait dans les catalogues des fournisseurs et ne nécessite aucun calcul précis.
L'industrie frigorifique a subi, ces dernières années, un choc important à la suite de l'éradication d'un certain nombre de frigorigènes, soit strictement interdits par le protocole de Montréal : les chlorofluorocarbures CFC, soit en voie d'éradication progressive suite au protocole de Kyoto : les hydrochlorofluorocarbures HCFC. Les professionnels ont aujourd'hui à leur disposition des substituts provenant de la chimie : les hydrofluorocarbures HFC mais qui ne semblent pas pérennes à cause de leur GWP (Global Warming Potential) souvent très élevé. Face à cette situation, les fluides dits naturels parmi lesquels l'ammoniac, les hydrocarbures ou le gaz carbonique ont suscité un regain d'intérêt.
L'un des HCFC actuellement le plus utilisé est le R 22, sans doute à cause de ses propriétés thermodynamiques proches de celles de l'ammoniac, mais sans ses défauts. Le calendrier de son éradication fixe à l'horizon 2010 ~ 2015 son interdiction totale.
L'un des moyens de prolonger la vie d'une installation existante au R 22 consiste à remplacer ce produit par un autre plus pérenne ; c'est l'objet de l'exercice no 1 traitant du changement de fluide dans un groupe refroidisseur d'eau.
L'exercice no 2 propose le calcul d'un groupe refroidisseur d'eau neuf, reposant sur l'utilisation d'un HFC zéotrope présentant un fort glissement de température, le R 407C. Ce frigorigène est considéré, au même titre que le R 410A comme le favori. Cependant, ces produits présentent des GWP élevés, respectivement 1 600 et 1 900 comparés à celui du R 22 : 1 700.
L'utilisation annuelle d'un groupe refroidisseur d'eau est soumise à diverses fluctuations des conditions climatiques et des conditions d'occupation du bâtiment desservi par ce groupe, qui réagissent sur la température de condensation et celle d'évaporation. Une méthodologie simple, exposée dans l'exercice no 3, permet de prévoir l'effet de ces fluctuations sur les performances du groupe calculé précédemment et d'évaluer sa consommation énergétique annuelle.
L'exercice no 4 décrit les méthodes de calculs des bilans frigorifiques soit pour une chambre froide (bilan énergétique journalier), soit pour un système de réfrigération rapide ou de congélation (bilan dynamique).
Ce dernier amène à l'exercice no 5 : détermination d'un circuit frigorifique industriel de type tout à fait conventionnel fonctionnant à l'ammoniac.
L'exercice no 6 présente la comparaison, pour une installation de lyophilisation à basse température, entre un circuit frigorifique monofluide et un circuit du type « en cascade » utilisant en premier étage du gaz carbonique et de l'ammoniac pour sa condensation. La comparaison de l'efficacité énergétique des machines frigorifiques peut se faire en se fondant sur la notion de « TEWI » qui englobe à la fois l'impact du frigorigène, par le biais de son GWP, et sa consommation énergétique, intégrés sur sa durée de vie et transformés en tonnes d'équivalent CO2 émis. L'application en est faite sur l'exemple précédent, traité en système direct avec du R 404A, et en cascade.
Ce dossier vient à la suite d'une série de dossiers sur les machines frigorifiques industrielles :
-
« Pour en savoir plus ».
Grasso.products b.v http://www.grasso-global.com
Bitzer Kühlmaschinenbau Gmbh http://www.bitzer.de
Thermofluid – Dehon http://www.dehon.com
Ref prop 6 NIST (IIf – IIR) http://www.iifiir.org
Güntner http://www.guntner.de
Johnson Controls Industries http://www.johnsoncontrols.fr
Solkane (Solvay) http://www.solvay-fluor.com
BEP Concept (FRILOG, CLIMLOG) [email protected]
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Circuit frigorifique pour surgélateur industriel
En anglais
4. Bilans frigorifiques
Pour aboutir à la sélection ou au calcul d'une machine frigorifique, il est nécessaire d'établir un bilan frigorifique.
Suivant le type d'application, on est amené à distinguer deux types de bilans :
-
un bilan énergétique en kJ par jour ;
-
un bilan dynamique en kW.
4.1 Bilan énergétique
Ce bilan doit être établi à chaque fois qu'il s'agit de maintenir à une température constante, une enceinte de volume et de fonctions déterminés.
L'exposé qui suit constitue une simplification d'un calcul beaucoup plus complexe qui devrait prendre en compte des phénomènes sujets à une grande variabilité tels que :
-
la température et l'hygrométrie ambiantes ;
-
l'ensoleillement ;
-
les dégivrages ;
-
l'inertie thermique du bâti et des objets inclus.
Ce type de calcul est en fait réservé aux calculs des charges thermiques et hydriques en climatisation. Pour celui des chambres froides, on peut admettre que l'effet de variation, diurne et nocturne, de la température extérieure et celui de l'ensoleillement soient négligés, car le chargement moyen des chambres constitue un volant thermique suffisant pour lisser ces variations et simplifier les calculs.
Cela ne veut pas dire cependant que les calculs ne doivent pas être conduits avec rigueur et précision.
Ce qui suit concerne les applications du froid industriel dans le domaine de l'agroalimentaire, mais peut aussi être appliqué aux chambres froides des magasins, des moyennes et grandes surfaces (MGS), ainsi qu'aux chambres froides à vivres des navires par exemple.
En agroalimentaire, on trouve :
-
des enceintes à température voisine de 0 oC ou légèrement inférieure, pour la réfrigération des produits frais, tels que légumes, fruits, viandes, poissons, beurre, œufs, yaourts et boissons etc. ;
-
des chambres à température positive pour le stockage, aux environs de 0 oC et au-dessus, des produits frais avec ou sans atmosphère modifiée ;
-
des enceintes à température inférieure à – 25 oC pour la congélation des produits tels que légumes, viandes, poissons, beurre, crèmes glacées etc. ;
-
des...
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Bilans frigorifiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LEDUC (D.) (Cémagref) - Performances et gestion énergétique des installations frigorifiques à détente directe. - Journées Françaises du Froid, Interclima (1999).
-
(2) - RIVET (P.) - Un supermaché « vert » et moderne. - Revue Générale du Froid et du Conditionnement d'Air, vol. 1062, p. 60-67 (2006).
-
(3) - YOUBI-IDRISSI (M.) - L'ACV – Un outil d'aide à l'évaluation de l'impact environnemental des systèmes frigorifiques. - Revue Générale du Froid et du Conditionnement d'Air, vol. 1042, p. 45-48 (2004).
-
(4) - VRINAT (G.) - Évolution des compresseurs frigorifiques. - Revue Générale du Froid et du Conditionnement d'Air, no 1082, p. 55-60 (2008).
-
(5) - WURM (J.) - Tour d'horizon des tendances dans le développement des compresseurs. - Revue Générale du Froid et du Conditionnement d'Air, no 1075, p. 33-37 (2007).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
- 1 Données statistiques et économiques
-
2 Outils logiciels (liste non exhaustive)
-
3 Événement
-
4 Normes et standards
- 4.1 Normes internationales ISO
- 4.2 Normes européennes EN 4.2.1 Partie 1 : exigences de base, définitions, classification et critères de choix
- 4.3 Normes d'essais françaises NF
4.2.2 Partie 2 : conception, construction, essais, marquage et documentation
4.2.3 Partie 3 : installation in situ et protection des personnes
4.2.4 Partie 4 : fonctionnement, maintenance, réparation et récupération
- 5 Réglementation
- 6 Annuaire
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