Energie Plus Le Site

Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.

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Category Archives: Choisir les équipements frigorifiques

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Objectifs de la conservation par le froid

Objectifs de la conservation par le froid

La liste des températures à garantir

La liste des températures à garantir est donnée ci-dessous à titre indicatif. Elle nous a été fournie par un fabricant.

Températures à garantir

Chambre froide fruits et légumes

 4 à 6 °C

Chambre froide viande

 2 à 4 °C

Chambre froide poisson

 2 à 4 °C

Chambre froide pâtisserie

 2 à 4 °C

Chambre froide de jour

 2 à 4 °C

Congélateur

 – 20 à – 30 °C

Local de stockage des déchets

 10 °C

Cave à vin conditionnée

 10 à 12 °C/HR 75 %

Local de tranchage

 10 °C

Un document contenant une liste beaucoup plus complète et intitulé : HACCP pour PME et artisans – Auteurs Catherine Quittet et Helen Nelis – Réalise par L’Unite de Technologie des IAA a la Faculte universitaire des Sciences agronomiques de Gembloux, Le Laboratorium voor Levensmiddelentechnologie de la KU Leuven en collaboration avec l’Inspection generale des denrees alimentaires, l’Institut d’expertise veterinaire, le service d’Inspection du Ministere de l’Agriculture Finance par le SSTC. peut être obtenu auprès de l’Unité de Technologie des IAA de la Faculté universitaire des sciences agronomiques de Gembloux au 081/62 23 03.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’enveloppe de la chambre froide [Concevoir – Cuisine collective]

Choix constructif

Pour la construction de la chambre, on a intérêt à utiliser les éléments de raccords préfabriqués prévus par les fabricants des panneaux isolants (par exemple les éléments d’angles) en s’assurant qu’ils suppriment tous ponts thermiques.
En effet, si on n’utilise pas ces raccords, on risque de créer des ponts thermiques tels que ceux représentés ci-dessous.

On peut également supprimer ces ponts thermiques sur site lors de la construction en procédant à quelques adaptations qui consiste à couper la tôle ou à injecter des produits isolants.
Cette opération est néanmoins plus délicate et plus difficile à contrôler.

D’autre part, il vaut mieux aussi travailler avec la modulation des panneaux par rapport à l’espace disponible.
Car il est préférable d’avoir une chambre un peu plus petite mais réalisée soigneusement avec des pièces d’origine, que d’avoir une chambre (un peu) plus grande, mais bricolée en adaptant mal les raccords entre éléments préfabriqués qui auraient été découpés sur place avec le peu de précision que l’on devine.

Choix du coefficient de transmission thermique des parois

Importance relative de l’isolation des parois

Les apports par les parois ne constituent qu’une petite part dans les apports globaux d’une chambre froide. Cette part est plus ou moins importante selon le type et l’utilisation de la chambre froide.

Si le bilan frigorifique de la chambre ou de la cellule de congélation montre que, dans la puissance frigorifique totale, il y a une part importante d’apports thermiques par les parois, il faut s’intéresser d’autant plus près à l’isolation thermique et faire attention au vieillissement de l’isolant (les isolants perdent leurs qualités au cours du temps).

C’est par exemple le cas d’une chambre de conservation de longue durée, à température constante, dans laquelle les denrées sont introduites à la bonne température.

Choix de la valeur du coefficient de transmission thermique des parois

De manière générale, la valeur à atteindre pour le coefficient de transmission thermique (k) des parois des enceintes de conservation dépend de l’écart de température à maintenir entre la température intérieure de la chambre et la température extérieure.

Elle est de l’ordre de :

  • 0,350 à 0,263 W/m²K en stockage réfrigéré,
  • 0,263 à 0,162 W/m²K en stockage surgelé.

Avec des parois en polyuréthane (les plus courants pour les chambres froides démontables modulables) d’une masse volumique de 30 kg/m³ et d’un coefficient de conductivité thermique (λ) de 0,028 W/mK.
Cela correspond à des épaisseurs de panneaux de

  • 7 à 10 cm en stockage réfrigéré,
  • 10 à 17 cm en stockage surgelé.

 k [W/m2K] = 1/R; R = 1/αint + e/λ +1/αext

Où :

  • les coefficients d’échange superficiel αint = α ext = 8 [W/m2xK], e = l’épaisseur de l’isolant [m]

De manière plus précise, le coefficient de de transmission thermique doit permettre :

  • d’éviter les condensations superficielles
  • d’assurer un bon rapport coûts d’exploitation/investissement

Les condensations superficielles

Pour des raisons sanitaires (crasses, moisissures), et aussi pour éviter les corrosions des parties métalliques des chambres froides et des tuyauteries, il faut éviter les condensations.

La résistance thermique doit conduire à des températures de surface extérieure qui empêchent cette condensation dans une ambiance humide.

Calculs

 Si vous voulez calculer l’épaisseur nécessaire des parois pour éviter les condensations superficielles, et ce en fonction de l’orientation de la paroi, de la température extérieure, de l’humidité relative extérieure, de la température intérieure et de la valeur lambda de l’isolant.

Remarque : en général, l’épaisseur ainsi calculée sera plus faible que les épaisseurs recommandées ci-dessus. Mais cette épaisseur est calculée avec un isolant de bonne qualité et en début de vie.

Les gains annuels suite à une meilleure isolation

Les apports thermiques par les parois vont dépendre du coefficient de transmission thermique de l’isolant, de son épaisseur, de la surface extérieure (en m²) et de la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur.

Si pour une chambre donnée, on augmente l’épaisseur de l’isolant, cela a donc pour conséquence une diminution des déperditions. Ce qui a un triple effet sur les coûts :

  • les coûts des consommations électriques diminuent,
  • le coût d’investissement de l’enceinte augmente,
  • le coût d’investissement de la machine frigorifique diminue.

La fonction qui cumule ces trois variables, en fonction de l’épaisseur de l’isolant, possède en principe une courbe « creuse » au plus bas de laquelle on trouve l’optimum d’isolation thermique.

Pour trouver cet optimum, il faudrait connaître la variation de ces différents coûts par rapport à l’épaisseur de l’isolant. Il faudrait également faire intervenir des facteurs comme les taux d’intérêt, les taux d’inflation et la durée de l’amortissement.
Ce calcul est complexe et nous ne l’abordons pas ici.

Néanmoins, on peut calculer la diminution de pertes par les parois due à une augmentation de l’épaisseur de l’isolant et l’économie d’énergie approximative que cela engendre au niveau des consommations. Cette économie est à mettre en rapport avec le surcoût dû à l’augmentation de l’épaisseur de l’isolant (à demander à l’entrepreneur).

Calculs 

 Si vous voulez faire ce calcul.
Remarque.

Le vieillissement des isolants est inéluctable, bien que ce chapitre ne soit pas abordé en toute franchise par les fabricants. On voit parfois apparaître des condensations sur des parois sandwiches en PUR après une dizaine d’années d’utilisation des chambres froides.
En tout état de cause, vu les nombreux phénomènes en cause dans la dégradation des isolations thermiques au cours du temps (et notamment les nombreux percements, la détérioration des joints et les dégâts faits aux parois par les utilisateurs eux-mêmes), il est prudent de tabler sur un accroissement de la valeur lambda de 20 à 30 % sur 10 ans.

Pour compenser cet effet, on peut augmenter l’épaisseur de l’isolant pour que l’isolation reste suffisante à la fin de la durée d’amortissement des installations.

Sans cette précaution, et si les apports par les parois forment l’essentiel de la puissance frigorifique, la machine risque d’être de plus en plus sollicitée au cours du temps, ce qui raccourcit sa durée de vie, et elle aura de plus en plus de difficultés à maintenir les consignes de température intérieures.

Faut-il isoler la dalle du sol ?

La chambre froide négative avec pièce habitée en-dessous

Le sol des chambres froides négatives est en général isolé pour les chambres vendues toutes faites.

Pour les autres, le sol doit être isolé sur chantier.

En effet sans cela il y a un risque certain de condensation sur le plafond de la pièce du dessous. L’épaisseur d’isolation thermique doit donc être calculée pour éviter la condensation sur cette surface.

Calculs

 Si vous voulez calculer de manière simplifiée l’épaisseur d’isolant minimale nécessaire pour le sol de votre chambre froide négative afin d’éviter la condensation sur le plafond de la pièce située sous celle-ci.

Il est également impératif d’isoler le sol au niveau efficacité énergétique. En effet, les apports thermiques par cette paroi et les consommations qui en découlent vont être importants s’il ne l’est pas, vu qu’il y a une grande différence de température entre l’extérieur et l’intérieur.

La chambre froide négative sur terre-plein

Le sol des chambres froides négatives est en général isolé pour les chambres vendues toutes faites.

Pour les autres, il est impératif, pour des raisons d’économies d’énergie, d’isoler le sol sur chantier car les apports thermiques par cette paroi et les consommations qui en découlent vont être importants s’il ne l’est pas, vu qu’il y a une grande différence de température entre l’extérieur et l’intérieur.

Exemple.

Soit une chambre froide négative (-18°C) sur terre-plein, de dimensions (largeur x profondeur x hauteur) = (2.7 x 2.4 x 2.4) m³. Le sol sous la chambre est humide à 1 m de profondeur.

Sans isolation au niveau de la dalle, les déperditions par cette surface sont de 58 W. Avec 15 cm de polyuréthane (0.028 W/mK), les déperditions par cette paroi ne sont plus que de 19 W.

D’autre part, sans isolation de sol, il existe un danger de gel du sol s’il y a présence d’eau à faible profondeur. Si le sol commence à geler, les nodules de gel vont augmenter en épaisseur et finalement soulever et déformer le sol de la chambre. Il peut également y avoir un danger de condensation ou de givrage sur le sol extérieur autour de la chambre froide et le long des parois de la chambre froide. Ce mouillage du sol peut engendrer un risque de glissement pour le personnel de manutention.

Une bonne isolation du sol évite ces problèmes.

Il est à noter que les mesures décrites ci-dessous permettent également d’écarter ces risques mais utilisées seules, ces mesures ne sont pas satisfaisantes au niveau efficacité énergétique.
Ces mesures sont :

  • Le drainage du sol.
  • Un vide sanitaire bien ventilé par de l’air à température positive et le plus sec possible. Le cas du vide sanitaire doit être étudié pour que de la condensation n’apparaisse pas au plafond du vide, ce qui serait un risque pour les armatures de la dalle qui supporte la chambre froide.
  • Un chauffage sous le sol (câbles électriques ou tuyaux de circulation d’eau, éventuellement connectés par un échangeur au condenseur de la machine). Dans ce cas, la puissance du chauffage doit être ajoutée aux apports par le sol.

Gonflement du sol sous une chambre froide.

Système de chauffage pour éviter le gel du sol.

Source : Défauts de la construction, Kluwer Editorial, n°B1110 – 15 et 16.

Calculs 

 Si vous voulez estimer la puissance chauffante à installer sous le sol d’une chambre froide négative pour éviter le gel. 

Mais attention, ce tableau est à manipuler avec la plus grande prudence. En effet :

  1. Les valeurs du lambda des sols secs et humides sont des hypothèses qui sont issues de la littérature pour des sols moyens. L’idéal serait de les vérifier pour le cas d’espèce.Certaines données à introduire ne sont pas indépendantes : la température en profondeur dépend évidemment de la température de la chambre froide, de l’importance de l’isolation thermique du plancher et de la profondeur de l’humidification du sol du terre-plein.
  2. Cette température en profondeur est variable au cours du temps, avant de se stabiliser quand l’ensemble de la masse est mis en régime.
  3. Cette température en profondeur peut varier entre l’hiver et l’été, surtout dans des zones situées au bord des entrepôts.
  4. L’humidification des sols peut aussi varier au cours du temps (selon l’efficacité du drainage).
  5. Si on ne chauffe pas la dalle, le gel pourrait se produire dans le sol, même si l’humidification du terre-plein ne monte pas jusque sous le béton du plancher.

Toutes ces raisons justifient pourquoi on doit utiliser le tableau en faisant une série de simulations raisonnables avec des données variables, pour aboutir à des valeurs maximalistes en isolation ou en chauffage.

La chambre froide positive

L’isolation des chambres froides positives est en option pour les chambres vendues toutes faites.

Pour les autres ce même choix est à faire.

Dans les 3 cas suivants, on choisit d’isoler le sol :

  1. Si on utilise la chambre avec des mises en régime fréquentes. L’isolation du sol permet d’avoir une constante de temps beaucoup plus courte et la mise en régime en sera d’autant plus rapide, avec beaucoup moins d’énergie nécessaire.
  2. Si on veut une homogénéité de la température aux environs du sol qui est souvent encombré par des dépôts de marchandises, ce qui conduit à des panaches de chaleur localisés.
  3. Si le sol est en contact avec une source chaude importante (comme un four posé sur le sol près de la chambre) qui transmet de la chaleur par conduction du sol par-dessous les parois verticales de la chambre. Bien sûr, cette situation est à éviter absolument pour des raisons énergétiques.

Dans les autres cas, le choix entre un sol isolé ou non se fait en fonction :

  • Du danger de provoquer de la condensation sur le plafond de la pièce du dessous lorsqu’il y en a une.
    Ce risque est moins important qu’avec une chambre froide négative.

Calculs 

 Si vous voulez calculer de manière simplifiée si un isolant de sol est nécessaire dans votre chambre froide pour éviter la condensation sur le plafond de la pièce située sous celle-ci, et dans ce cas, quelle doit être l’épaisseur de celui-ci.
  • De l’augmentation des consommations électriques par rapport à celles de la même chambre dont le sol est isolé.

Aspects constructifs d’un plancher isolé

L’isolation de sol génère une marche à l’entrée de la chambre. Si la chambre est petite, on peut s’en accommoder. Les chariots restent à l’extérieur de la chambre et la manutention ne nécessite que quelques pas.

Dans le cas contraire, il y a trois possibilités :

  • la chape isolée qui évite la différence de niveau,
  • le décaissé dans la dalle,
  • une pente devant la porte.

La chape isolée

Pour des raisons évidentes de facilité de construction et de rapidité d’utilisation après construction, il vaut mieux utiliser des panneaux isolants dont la surface supérieure est un platelage en multiplex bakélisé ou une plaque métallique antidérapante.

Les constructeurs de ces panneaux en donnent les valeurs des résistances à la compression et au poinçonnement sous charge ponctuelle.

Si ces valeurs sont dépassées par les charges que l’on veut mettre en œuvre dans la chambre en projet, il faut alors passer à la réalisation d’une dalle flottante sur l’isolation thermique.

Dans ce type de conception, il y a 3 points à respecter :

  1. Il faut que l’isolant qui supporte le sol, soit suffisamment résistant pour porter le poids de la dalle augmenté des charges d’entreposage et de manutention.
  2. Il faut que la compressibilité de l’isolant sous cette charge soit inférieure à une certaine valeur. Le C.S.T.C. (dans sa revue trimestrielle n°1/2, 1988, pg. 50) propose (dL – dB) inférieur ou égal à 3 mm, avec :
    • dL : épaisseur de livraison sous charge de 25 kg/m²,
    • dB : épaisseur sous charge de 200 kg/m² après une sollicitation temporaire d’environ 2 minutes sous 5 000 kg/m². Bien entendu, ces dispositions sont valables pour des charges réparties de l’ordre de 300kg/m². Elles sont donc à adapter aux vraies charges de la chambre projetée. Mais elles ne devraient de toute façon pas être diminuées.

    Il est évident que la compressibilité de l’isolant dépend de sa masse volumique. Le C.S.T.C. préconise dans le cas du polyuréthane (PUR), une masse volumique minimale de 30 kg/m³.
    Remarquons que la masse volumique influence la valeur lambda de l’isolant : masse volumique plus élevée => lambda plus élevé, donc moindre qualité isolante.

    Sans les précautions ci-dessus, l’affaissement de l’isolation sous la charge de la dalle de sol, se traduirait par des problèmes périphériques de joints avec les parois verticales, et aussi par des différences de niveau aux endroits de passage vers l’extérieur.

  1. La dalle de sol doit être armée, l’armature calculée selon les charges.Le béton doit être le plus sec possible au moment de sa mise en œuvre, pour éviter l’éclatement du béton en cas de mise en régime trop rapide. L’idéal est d’attendre 3 semaines avant d’entamer le refroidissement.
Exemple de plancher isolé d’une chambre froide négative.

Le décaissé dans la dalle

Le décaissé est délicat à réaliser. Il demande une bonne préparation au niveau de la conception et une bonne coordination de l’exécution, si plusieurs entreprises successives doivent intervenir.

On prendra grand soin à réaliser l’obturation des joints à l’extérieur, au pied des parois, pour éviter que de l’eau n’aille se faire piéger dans la fosse, sous l’isolant.

C’est notamment pour cette raison que cette fosse doit être raccordée à l’égout.

L’étanchéité des parois

Pourquoi la chambre doit-elle être étanche à l’air et à la diffusion de vapeur ?

L’étanchéité à l’air et à la diffusion de vapeur va permettre de limiter :

  • Les apports thermiques.
    Les entrées d’air humide et de vapeur. Ces entrées sont provoquées par la différence de pression (on ne peut pas facilement rouvrir la porte d’un congélateur ménager qu’on vient de fermer) et de température entre l’extérieur et l’intérieur.

 

  • L’humidité va se condenser dans les chambres froides positives, ou va se congeler dans les chambres froides négatives.
    Dans les deux cas, cela entraîne des ennuis à plus ou moins court terme :

    1. Mouillage de l’isolation thermique qui perd ses qualités isolantes.
    2. Apparition de glace en expansion avec danger de déformation des panneaux, pour les chambres froides négatives.

Cela entraîne la dégradation des propriétés de la chambre à terme et donc un vieillissement accéléré.

Comment rendre la chambre étanche

  • La réalisation des joints doit être soignée.

 

  • Un pare-vapeur qui doit être placé du côté où la pression de vapeur est la plus élevée, c’est-à-dire ordinairement du côté le plus chaud. En principe, c’est la feuille métallique du panneau isolant préfabriqué, qui joue le rôle de pare-vapeur.Mais ce pare-vapeur doit être placé d’une manière continue et sans percements. Quelques trous dans le pare-vapeur réduisent son efficacité d’une manière dramatique.
  • Tout percement des parois dans les chambres doit être rebouché soigneusement par une matière imperméable à la vapeur (mousse à cellules fermées).

 

  • Les portes doivent posséder des joints souples qui doivent obturer très correctement les espaces entre la porte et son encadrement dormant. Un défaut de ces joints, ou une déformation de la porte, entraîne, surtout dans le cas des chambres négatives, l’apparition de glace sur les bords du cadre dormant. Cette glace empêche les joints de bien jouer leur rôle et, en plus, elle peut arriver à provoquer la déformation de la porte qu’on force en fermant. C’est le cercle vicieux.

Mesures supplémentaires à prendre avec une bonne étanchéité

La bonne étanchéité des chambres et des portes, entraîne des conséquences importantes :

  • Les entrées d’air ne se font plus que par les ouvertures de portes et il peut être nécessaire de contrôler la qualité de l’air pour les travailleurs qui sont enfermés dans les chambres (certaines denrées « respirantes »,de même que les travailleurs dégagent du CO2). Il faudrait donc, dans ce cas, assurer le renouvellement de l’air par un système de ventilation mécanique contrôlée.

 

  • Pour les grandes chambres froides négatives, la dépression causée par le refroidissement rapide de l’air introduit par une ouverture de porte, provoque une poussée de l’air extérieur sur toutes les parois de la chambre; ce qui peut créer des déformations dans les panneaux verticaux et le plafond voire leur effondrement, surtout pour des plafonds dont les panneaux ont des portées très grandes sans être efficacement supportés par une structure.
    C’est pourquoi il faut prévoir des soupapes de décompression qui permettent des passages d’air pour équilibrer les pressions à tout moment. Cela permet d’ouvrir les portes sans problème (voir l’exemple de la porte du congélateur ménager ci-dessus).
    Bien entendu, si de l’air extérieur chaud et humide passe à travers les soupapes vers l’intérieur de la chambre, on devra éviter le gel des soupapes (froides), en les chauffant par une résistance électrique. Il faut donc prévoir une arrivée de courant pour brancher ces soupapes.
    Mais il peut aussi se produire des surpressions dans les chambres froides négatives.
    Là encore, les soupapes de décompression vont jouer leur rôle en laissant sortir l’air intérieur pour éviter de mettre la chambre en surpression par rapport à l’extérieur, ce qui occasionnerait des déformations des parois vers l’extérieur.
    Il est essentiel que les clapets de ces soupapes soient toujours bien libres pour tout mouvement de l’air, soit vers l’extérieur, soit vers l’intérieur.

La porte et « ses accessoires »

La porte de par ces ouvertures apporte des quantités importantes de chaleur et constitue donc un poste important dans le bilan thermique d’une chambre.

De même, elle est à l’origine de quantités considérables de vapeur d’eau.

Dans les chambres positives, une partie de cette vapeur, entraînée par l’air chaud qui monte, se condense en eau sur les parties froides intérieures des parois au-dessus des portes, ce qui peut créer des égouttements gênants.
Dans les chambres froides négatives, une partie de cette vapeur d’eau se fait piéger sous forme de givre au-dessus des portes. Au départ, ce givre a une masse volumique assez faible (+ 200 kg/m³) et prend beaucoup de volume en s’accumulant à chaque ouverture. Au cours du temps, ce givre va se densifier en glace et prendre de plus en plus de poids, ce qui conduit à des masses importantes, collées à la structure au-dessus des portes. A la longue, cela peut entraîner des déformations, si la structure n’est pas assez forte pour supporter ces masses de glace.

Il faut donc régulièrement aller briser la glace si la chambre travaille en continu. Si la chambre froide est arrêtée de temps en temps pour nettoyage, la fonte de cette accumulation de glace, produira beaucoup d’eau et prendra du temps.

Ainsi, les temps d’ouverture doivent être réduits autant que possible. Quand on travaille à l’intérieur de la chambre ou quand on y fait des allées et venues, il est recommandé de refermer la porte contre son ébrasement, même sans l’encliqueter.

Des accessoires peuvent aider à limiter les effets négatifs des ouvertures de portes :

  • Un système de fermeture automatique.

 

  • Des lamelles plastiques d’obturation des baies.

 

  • Des portes vitrées isolées permettent de trouver les aliments avant d’entrer et de ne pas perdre de temps à chercher dans la chambre froide, portes ouvertes. Ce qui représente une économie d’énergie mais également une amélioration du confort pour les travailleurs.
    Les vitrages doivent être en plexy pour éviter les bris de vitre.Le coefficient d’isolation thermique est inférieur à celui du reste de la porte mais il doit être suffisant pour éviter l’apparition de condensation.
    En ce qui concerne les surconsommations énergétiques, les surfaces de ces vitrages sont souvent petites et sont donc négligeables dans l’ensemble.

 

  • Il existe des alarmes qui sonnent tant que la porte est ouverte, ce qui pousse la personne à sortir au plus vite (bien que le froid devrait suffire…!!)

Dans le même ordre d’idée, une chambre froide positive peut avantageusement servir d’espace tampon entre la chambre froide négative et l’extérieur.

La capacité thermique de la chambre

Associée à l’isolation thermique, la capacité thermique de la chambre froide détermine sa constante de temps.

La constante de temps de la chambre frigorifique permet d’estimer, en première approximation, la façon dont elle va se comporter en régime transitoire (c’est-à-dire entre deux paliers de température).

Une constante de temps courte indique que l’on aura des variations rapides de température, et une constante de temps longue, indique l’inverse.

Le choix entre une constante de temps longue (ou une inertie thermique importante pour une isolation déjà choisie) et une constante de temps courte (ou une inertie thermique faible pour une isolation thermique déjà choisie) se fait en fonction de :

  • la volonté de maintenir les marchandises à bonne température
  • la fréquence des mises en régime de la chambre froide

La volonté de maintenir les marchandises à bonne température

Les responsables des cuisines collectives vivent avec l’inquiétude de pannes des installations frigorifiques qui peuvent avoir des conséquences importantes sur l’utilisation des denrées stockées, dans le souci de respecter l’arrêté royal relatif à l’hygiène générale des denrées alimentaires.

Bien que les contrats de maintenance puissent prévoir des délais d’intervention très courts, il n’empêche qu’en cas de panne de l’installation, le maintien des aliments stockés le plus longtemps possible, aussi près que possible de la température de stockage, doit être un critère supplémentaire pour le choix de l’inertie thermique de la chambre (et de l’épaisseur d’isolant).

Le stockage d’énergie frigorifique dans une chape de sol refroidie peut ralentir la montée en température de la chambre parce que sa constante de temps est très longue (24 heures et plus) et que sa capacité thermique est importante. De plus, vu que le coefficient de conductivité thermique d’une chape est élevé, la prise d’énergie frigorifique dans la chape n’en sera que meilleure, ce qui tendra à stabiliser la température. Ceci plaide en faveur de la présence d’une chape placée par-dessus l’isolation des chambres froides, même pour les chambres froides positives.

Évidemment, la présence d’une quantité importante de denrées stockées refroidies jouera le même rôle, mais au détriment de leur qualité, car c’est leur surface extérieure qui va d’abord se réchauffer. Et surtout s’ils sont les seuls à jouer le rôle de capacité thermique.

La fréquence des mises en régime de la chambre froide

Avec une chambre à grande inertie thermique dans la chape, il faut éviter de les laisser remonter trop souvent à la température ambiante extérieure. Sinon, une partie importante de la puissance de l’évaporateur va être « détournée » pendant un temps très long par la chaleur qui s’évacue de la dalle de sol, au détriment de la chaleur à évacuer des denrées, si ce travail est à faire en même temps.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les tuyauteries des installations frigorifiques [Concevoir – Cuisine collective ]

Choisir les tuyauteries des installations frigorifiques

L’isolation des tuyauteries froides d’aspiration et des appareils qui se trouvent sur cette ligne, est obligatoire dans un projet thermique qui se préoccupe d’économies d’énergie.

La qualité de la pose de l’isolation des tuyaux doit être soigneusement vérifiée.

Cet aspect est d’autant plus important que les conduites sont longues, car plus elle le sont, plus les apports par la canalisation d’aspiration seront importants, et cela nuit au rendement et à la puissance de l’installation.

D’autre part, la longueur, les déviations et les changements de niveaux des canalisations influencent les pertes de charge et les retours d’huile au compresseur.

Des pertes de charge excessives nuisent au bon fonctionnement rationnel de la machine et donc augmentent les consommations d’énergie pour le même résultat final.

Dans cette optique, une judicieuse implantation des moto-compresseurs et condenseurs, par rapport aux chambres froides, doit être étudiée avec soin.

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir l’implantation de la zone froide [Concevoir – Cuisine collective]

Une part de l’énergie frigorifique va servir à refroidir (et donc assécher) l’air extérieur jusqu’à la température de consigne de la chambre froide.

Cette part d’énergie peut être élevée dans l’ensemble du bilan frigorifique si cet air est chaud et humide.
Ainsi, les portes des chambres froides doivent, autant que possible, être tenues à l’écart des zones chaudes et humides :

  • zone surtout chaude et parfois humide : la zone de cuisson,
  • zones surtout humide et parfois chaude : la zone de la laverie.

Si cela ne gêne pas l’utilisation, une zone-tampon ou un sas avec des portes va-et-vient peut être créé devant les portes des frigos pour disposer d’un espace qui aurait une température moyenne et une humidité relative plus basses.

Exemple.

Soit une chambre froide négative de dimensions intérieures : L = 4 m, l = 4 m, h = 3 m.
L’air intérieur a les caractéristiques suivantes : t° = -18°C, HR = 50 %.
La chambre est « sollicitée » pendant 8 h/jours. Il y a 10 interventions par heure; pendant chacune d’elle la porte est laissée ouverte pendant 10 secondes.

L’air extérieur a les caractéristiques suivantes : t° = 35°C, HR = 90 %.

Avec cette utilisation, il y a un renouvellement de 15,7 volumes par jour. L’énergie nécessaire pour refroidir et assécher l’air par les ouvertures de portes est de 40,5 kWh par jour (pendant la période d’utilisation).

Avec une meilleure implantation, l’air extérieur a les caractéristiques suivantes : t° = 22°C, HR = 50 %.

Avec cette utilisation, il y a un renouvellement de 12 volumes par jour. L’énergie nécessaire pour refroidir et assécher l’air par les ouvertures de portes est de 13,4 kWh par jour (pendant la période d’utilisation).

Soit une économie de (40,5 – 13,4) = 27,1 kWh/jour.

Avec un COP global moyen de 2,5 et un prix moyen de 0,115 € du kWh, cela représente une économie de (27,1 [kWh] / 2,5) x 0,115 [€] x 260  [jours], soit 342 € par an pour une seule chambre froide.

À cela, il faut ajouter le gain d’énergie électrique pour les dégivrages (environ 6,3 kWh).
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir la cellule de refroidissement ou de congélation rapide [Concevoir – cuisine collective]

Quand doit-on choisir une cellule de refroidissement rapide ?

Dans toute cuisine où l’on a opté pour une liaison froide, il est recommandé d’abaisser la température au cœur des aliments de + 65 °C à + 10 °C en moins de 2 heures. La cellule de refroidissement rapide est l’équipement idéal pour atteindre ces performances. Il ne s’agit pas d’une obligation, mais d’une bonne pratique de fabrication qui est recommandée si l’on veut refroidir des aliments cuits en toute sécurité et si on veut prouver que des procédures de sécurité sont appliquées conformément a l’arrêté royal relatif à l’hygiène des denrées alimentaires.

Cette bonne pratique provient, en fait, d’une réglementation qui s’applique aux établissements de transformation de la viande : arrêté royal relatif aux conditions générales et spéciales d’exploitation des abattoirs et d’autres établissements.

Il convient de noter que le choix de la liaison froide peut se faire pour l’ensemble des menus ou pour une partie seulement. Il existe, par exemple, certaines cuisines collectives qui proposent chaque jour des plats végétariens en plus du menu du jour, mais pour ne pas avoir à fabriquer chaque jour deux plats, les plats végétariens sont préparés un jour par semaine, par exemple, en liaison froide.

Choix du procédé de production du froid

Il existe deux procédés de production du froid dans une cellule de refroidissement rapide :

Les coûts d’utilisation d’une cellule de froid mécanique sont nettement (10 x) plus faibles que ceux d’une cellule de froid cryogénique. Ils sont d’environ 0,1 €/repas pour la seconde. Par contre les coûts d’investissement pour une cellule cryogénique sont nettement plus faibles que pour une cellule mécanique.

Pour une utilisation régulière de la cellule, la cellule mécanique sera donc beaucoup plus intéressante. Dans le seul cas d’une utilisation occasionnelle, une cellule cryogénique peut être intéressante.

En milieu hospitalier, l’azote liquide est souvent utilisé en quantité importante (génétique, laboratoire classique, …). Dans ce cas, il est intéressant de considérer l’option de refroidissement rapide cryogénique sachant qu’en exploitation les prix seront réduits par rapport à un usage exclusif pour la cuisine.

Lorsque le refroidissement rapide est utilisé régulièrement, il paraît risqué de n’avoir qu’une seule cellule. En cas de panne, la préparation est bloquée. On peut alors songer à investir dans une cellule de refroidissement mécanique principale et une deuxième cellule cryogénique de dépannage.

Parmi les fluides utilisés pour le froid cryogénique, vu la très faible température d’ébullition de l’azote, celui-ci est utilisé lorsque les distances à parcourir entre le lieu de stockage du fluide et le lieu de production du froid sont grandes.
Il faut cependant veiller à bien calorifuger les conduites.

Le dioxyde de carbone (CO2) sera utilisé lorsque ces distances sont plus courtes.

Précautions d’utilisation

Pour obtenir un fonctionnement satisfaisant et économique, on place les préparations sur les clayettes ou les supports prévus à cet effet, afin de favoriser la circulation de l’air, et d’utiliser la cellule à sa capacité nominale.

Capacité et puissance frigorifique des cellules

La capacité (kg) doit correspondre à celle des appareils de cuisson, c’est-à-dire qu’elle doit permettre de refroidir le nombre de repas qui peuvent être préparés en une seule fois par les autres appareils de cuisson.

Remarquons que le nombre de repas à refroidir ne correspond pas nécessairement à la totalité des repas du service. La liaison froide peut n’être utilisée que pour une partie des repas (Exemple : plats végétariens).

L’ensemble des mets préparés pourra ainsi être refroidi dès la fin de la cuisson. En effet, selon la réglementation, « la durée de refroidissement entre la fin de la cuisson et une température à cœur de 10 °C doit être inférieure ou égale à deux heures. »

D’autre part, la cellule pourra ainsi être utilisée à sa pleine capacité. Ce qui permet de travailler au meilleur rendement possible.

La puissance frigorifique de l’appareil dépend de la durée que prend le refroidissement ou la congélation, de la capacité désirée et de la température à atteindre.

Le besoin en frigories est donné par la quantité de chaleur qu’il faut retirer des aliments pour les faire passer de 65 °C à 10 °C (ou – 18 °C).

Le calcul ci-dessous est statique et purement théorique. Il est donné à titre indicatif. En réalité, pour correspondre à la réalité, le calcul devrait être fait en dynamique. Statique, le bilan ci-dessous néglige les apports de chaleur par conduction au travers des parois, relativement négligeables par rapport à la chaleur à extraire des aliments.

En refroidissement rapide.

Q = m x Cs x δt

  • Q = besoin en frigories (en kWh),
  • m  = poids des aliments dans la cellule (kg),
  • Cs= chaleur spécifique des aliments (kWh/kg°C),
  • δt = différence entre la température à l’entrée et à la sortie des aliments (10°C) (K).

En congélation rapide.

Q = (m x Cs x δt) + (m x Cl) + (P1 x Cs‘ x δt’)

Où :

  • Q = besoin en frigories (en kWh),
  • m  = poids des aliments dans la cellule (kg),
  • Cs = chaleur spécifique au-dessus de 0°C des aliments (kWh/kg°C),
  • Cl = chaleur latente nécessaire au changement d’état du constituant liquide des aliments (passage à l’état solide) (kWh/kg),
  • Cs‘ = chaleur spécifique en-dessous de 0°C des aliments (kWh/kg°C),
  • δt = différence entre la température à l’entrée des aliments et 0°C (K),
  • δt’ = différence entre 0°C et la température de sortie des aliments (-18°C) (K),

La puissance frigorifique de l’évaporateur.

P(W) = Q (kWh) / t (h)

  • t = temps maximum légal – temps nécessaire au conditionnement des aliments.

Temps maximum légal = 2 h pour le refroidissement de 65°C à 10°C et 3 h pour le passage de 10 °C à – 18 °C (congélation).

Exemple.

1. Soit une cellule de congélation rapide, d’une capacité de 20 kg; la congélation doit se faire en 4 h.

Q = 20 x 1,04 x 65 + 20 x 80 + 20 x 0,53 x 18 = 3 143 (Wh) (soit 157 Wh par kg)
P =  3 143  /  4 = 785 W (soit 40 W/ kg.)

2. Soit une cellule de refroidissement rapide, d’une capacité 20 kg; le refroidissement doit se faire en 1h30.

Q = 20 x 1,04 x 55 = 1 144 Wh (soit 57 Wh/kg.)
P = 1 144/1h30 = 762 W/h (soit 38 Wh/kg).

En réalité la puissance calculée ci-dessus en statique est une moyenne. Or, la puissance nécessaire varie en fonction du temps, selon une courbe d’allure exponentielle, et la puissance maximale est demandée à l’évaporateur en début de processus (c’est alors que les Δt sont les plus importants). La puissance frigorifique des cellules correspond donc à cette puissance maximale.

Voici les puissances électriques que nous avons relevées dans la documentation d’un fournisseur :

Remarque : entre la puissance frigorifique et la puissance électrique, il y a le COP.

Cellule à clayette – surgélation et refroidissement rapide
Capacité par cycle (kg) Puissance électrique installée (W)
7 2 100
15 2 280/450*
25 4 000/580*
50 6 100/580*

* version équipée sans groupe frigorifique (à distance).

Cellule à chariots – surgélation et refroidissement rapide
Capacité par cycle (kg) Puissance électrique installée (W)
En surgélation En refroidissement
65 65 3 200/900*
80 110 5 400/4 300*
160 220 9 600/6 600*
240 330 11 500*
320 440 14 000*
480 660 20 000*

* version équipée sans groupe non comprise l’alimentation du groupe frigorifique (à distance).

Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir les appareils de conservation

Type d’enceinte de conservation

Photo chambre froide. Il existe différents types d’enceintes de conservation :

  • l’armoire froide,
  • la chambre froide compacte,
  • la chambre froide modulable, démontable, et la chambre froide bâtie.

Elles se différencient par des volumes différents.
La réglementation prévoit d’affecter une enceinte :

  • à chaque famille de matières premières (c’est-à-dire « à risque différent ») : produits laitiers, viandes, volailles et charcuterie non stables, produits stables et semi-conserves,
  • aux plats plats cuisinés à l’avance,
  • à l’ensemble des produits surgelés.

Le choix du type d’enceinte se fait donc en fonction des différents volumes à entreposer.

Il est cependant à noter que pour les petites exploitation, la réglementation autorise cependant l’entreposage de matières premières « à risques différents » dans une même enceinte à condition que la séparation se fasse par un autre moyen : le zonage, l’emballage.

Les armoires froides sont utilisables le plus souvent comme chambre de jour.

La chambre froide modulable, démontable est préférable à la chambre froide bâtie. En effet, elle présente un certain nombre d’avantages par rapport à cette dernière :

  • Elle n’immobilise pas de surface de façon définitive ce qui est particulièrement intéressant dans l’optique d’aménagements futurs ou de modifications de l’activité.
  • Elle est moins onéreuse du point de vue investissement (le montage est très rapide).

Il faudrait en principe construire les chambres en envisageant leur possible démontage sans devoir casser tout le bâtiment environnant ! Un fameux défi pour les concepteurs et les constructeurs qui ne s’en préoccupent guère. C’est pourquoi cela devrait être demandé par le maître de l’ouvrage qui y a intérêt pour une bonne gestion à long terme.

La chambre froide bâtie permet, en revanche, de réaliser des enceintes plus facilement intégrables : les angles ne sont pas nécessairement droits, les dimensions ne sont plus tributaires du module standard.

Volume et puissance

Le volume nécessaire dépend du nombre de repas, du choix de la gamme des produits, du rythme de livraison.
Le calcul exact du volume de l’enceinte se fait à partir d’une quantité moyenne d’un type d’aliments par repas, des dimensions standards du matériel de livraison de cet aliment, des dimensions standards du matériel de stockage et du nombre de jours pendant lesquels l’enceinte doit assurer l’approvisionnement. Il s’agit d’un calcul de bureau d’études; nous ne l’aborderons pas ici.

Cependant, on choisit de préférence, et si c’est possible, une chambre de forme rectangulaire et compacte : rapport entre la largeur et la longueur proche de 0,8 par exemple. Ce choix permet de diminuer les pertes par conduction à travers les parois de l’enceinte.

L’évaporateur

Photo évaporateur.

(1) carrosserie; (2) batterie; (3) ventilateur; (4) dégivrage.

La puissance de l’évaporateur se calcule à partir du bilan frigorifique.

Mais attention le bilan frigorifique doit parfois être adapté en fonction de conditions particulières.
Exemples.

  • Une chambre froide peut se trouver à proximité d’une source chaude telle qu’un four, par exemple. Dans ce cas, le four transmet de la chaleur par conduction du sol, par convection et par rayonnement.
    Dans ce cas, un évaporateur calculé « normalement » ne suffit pas à satisfaire la consigne de température intérieure.
    Bien sûr, cette situation est à éviter absolument pour des raisons énergétiques.
  • Dans certaines chambres froides négatives sur terre-plein, un chauffage sous le sol doit être prévu pour éviter le gel du sol s’il y a présence d’eau à faible profondeur.
    Dans ce cas, la puissance du chauffage doit être ajoutée aux apports par le sol.
    Ce chauffage se fait par câbles électriques ou tuyaux de circulation d’eau. Ces tuyaux peuvent être connectés par un échangeur au condenseur de la machine.

Le bilan frigorifique est un calcul itératif. En effet, certains paramètres à introduire dans le calcul du bilan dépendent des résultats de ce calcul.
Exemple, la puissance frigorifique due au dégivrage :

  • Elle dépend de la masse de l’évaporateur. Or celle-ci dépend du résultat du calcul du bilan frigorifique.
  • Elle dépend également du nombre de dégivrages. Or, celui-ci dépend de la masse de givre piégée sur les ailettes des évaporateurs, de l’écartement de ces ailettes, de la surface d’échange des évaporateurs (qui conditionne l’épaisseur moyenne de givre collé sur les ailettes) et de la configuration de la machine qui dépend elle-même du résultat du calcul du bilan.

Il faut aussi se rappeler que le rendement d’un évaporateur baisse au fur et à mesure que du givre vient se placer dans les interstices entre les ailettes.

Cela veut dire que si on diminue artificiellement le nombre de dégivrages, on diminue évidemment l’énergie nécessaire pour les dégivrages parce qu’il faut moins souvent chauffer les masses métalliques, mais on diminue aussi le rendement des évaporateurs (et donc de la machine entière) avec le grand danger d’avoir des évaporateurs bourrés de glace, ce qui provoquera finalement l’arrêt de la machine.

Remarque : un isolant perd ses propriétés au cours du temps. Après 10 ans, le coefficient de conductivité thermique des isolants thermiques actuels augmente, selon certaines sources, de 20 à 25 %. Le bilan frigorifique doit en tenir compte. Il devrait, selon cette source, considérer une épaisseur d’isolant plus faible que celle qui est mise réellement en œuvre de manière à ce que l’évaporateur soit suffisant en fin de vie.

Il est fondamental de dimensionner largement l’évaporateur pour diminuer la consommation énergétique. Le sous-dimensionnement de l’évaporateur va réduire les coûts… mais l’évaporateur va, dans ce cas, travailler à très basse température pour donner le froid attendu. Non seulement le compresseur aura du mal mais en plus il va givrer fortement.. Et le coût d’exploitation en sera très pénalisant !

Le dimensionnement doit particulièrement être vérifié lorsqu’on achète une chambre préfabriquée avec groupe frigorifique incorporé où le risque d’avoir un évaporateur sous-dimensionné est réellement présent.

La chambre froide est munie d’un ventilateur au niveau de l’évaporateur. Celui-ci permet un meilleur échange (température constante et uniforme dans l’ensemble de l’enceinte) et donc une meilleure efficacité énergétique.

Régulation

Lorsqu’on n’a pas de régulation de puissance, la machine fait du ON-OFF, entre l’arrêt (en théorie la puissance zéro) et la marche (en théorie la puissance maximale, qui est la puissance moyenne multipliée par le coefficient 16/24, par exemple). L’ordre de la mise en marche-arrêt de la machine est donné par la régulation, dont le principal acteur est le thermostat d’ambiance dans la chambre. Tant que la température de consigne n’est pas atteinte, le thermostat commande la marche de la machine, qui travaille alors à plein régime (à pleine puissance). Lorsqu’on a une régulation de puissance, la puissance de la machine monte et descend par paliers. Cela permet de tenir compte des demandes réduites en dehors des périodes d’utilisation intensive, pour ne pas faire marcher la machine à pleine puissance avec des cycles ON courts et des cycles OFF longs.

Climatisation 

 Pour plus de détails concernant le choix de la machine frigorifique (évaporateur, compresseur, condenseur,…) et sa régulation, cliquez ici  !

Précautions à prendre au niveau de l’utilisation de l’enceinte

Une organisation rationnelle des interventions dans les chambres froides peut être source d’économies d’énergie. On peut regrouper les interventions et laisser les portes ouvertes pendant un temps qui sera le plus court possible.

Il y aura ainsi moins d’air humide qui entrera à l’intérieur de l’enceinte. Au niveau économies d’énergie, on gagne ainsi sur trois plans :

  • au niveau de l’énergie nécessaire pour dégivrer,
  • au niveau de l’énergie nécessaire au refroidissement et au séchage de l’air humide qui entre dans l’enceinte,
  • au niveau de l’énergie nécessaire pour éliminer les quantités de chaleur accumulées dans les évaporateurs au moment des dégivrages, dont le nombre et la durée peuvent diminuer.

Vous pouvez examiner un exemple qui quantifie ces gains en cliquant ici !

Caractéristiques techniques générales

L’enceinte de conservation pour les plats cuisinés à l’avance doit comporter un enregistrement permanent de la température (0 à 3°C). Les graphiques de température doivent être conservés durant un mois. Les plats y sont placés sur des chariots, paniers ou clayettes.

Les enceintes de congélation supérieure à 10 m³, doivent également comporter un système d’enregistrement automatique de la température. Les enregistrements doivent être datés et conservés pendant 1 an (A.M. belge du 28 01 1993). Les produits de même nature y sont regroupés par zone.

Les portes des chambres négatives doivent être équipées d’un cordon chauffant pour éviter qu’elles ne soient bloquées par la glace.

Les fluides frigorigènes CFC (Chlorofluorocarbone) sont interdits pour des raisons écologiques. Les HCFC (hydro chlorofluorocarbone) sont à éviter pour les mêmes raisons. Ils sont d’ailleurs en voie d’interdiction (interdiction prévue pour 2015).

Pour des raisons de coûts, de disponibilité, de compatibilité avec les installations et de respect de la réglementation, les fluides les plus utilisés sont le R134a (qui remplace le R12) pour les chambres positives (de 0 à 4 °C ) et le R507 (qui remplacent le R502) ou le R404a pour les chambres négatives (-10°C-> ~ -25°C). Ces fluides sont des HFC (hydrofluorocarbone).

Climatisation 

 Pour plus de détails concernant le choix du fluide frigorigène, cliquez ici  !

Lorsque l’humidité est préjudiciable (stockage de cartons, par exemple) on peut ajouter un circuit de traitement de l’air.

Pour limiter les pertes lors de l’ouverture des portes, on peut prévoir des languettes en plastic à l’entrée de la chambre froide.

Pour faciliter la maintenance, les compresseurs des différentes chambres froides sont regroupés dans un même local. Un local situé en façade facilite sa ventilation. D’après certaines sources, au-delà de 15 compresseurs, il est plus rentable de prévoir une centrale de froid.

Refroidissement du condenseur

Pour améliorer l’échange thermique au niveau du condenseur entre le fluide frigorigène et l’ambiance extérieure, on peut prévoir un ventilateur, ou mieux, on fait circuler de l’eau courante sur le condenseur. Le rendement du groupe est ainsi amélioré.

La puissance frigorifique pour une même quantité de frigories est de 10 à 15 % plus faible pour un groupe à eau.

Dans les coûts d’utilisation d’un groupe à eau, il faudra tenir compte de la consommation en eau.

La chaleur des condenseurs des installation frigorifiques peut être récupérée pour chauffer l’eau sanitaire.

L’échangeur du récupérateur est placé en série sur celui de la machine frigorifique.

D’après les fabricants, ce système peut être intéressant à partir d’une installation frigorifique dont la puissance installée des compresseur est de 3 500 W.

Climatisation 

 Pour plus de détails concernant la récupération de chaleur sur condenseur, cliquez ici  !
Author Image Posted By : 25 Sep, 2007

Choisir le dégivrage

Précautions à prendre au niveau du choix de l’enceinte et du groupe

Au niveau de la configuration de l’enceinte et pour éviter au mieux la formation de givre sur l’évaporateur, il est préférable que celui-ci soit situé loin de l’entrée par laquelle est amené l’air chaud et humide.

Exemple.

La chambre froide est installée chez un grossiste en fruits et légumes. L’évaporateur de la chambre froide se situe comme sur le dessin ci-après :

La porte est ouverte toute la journée pour permettre aux clients (des petites supérettes) de venir faire leurs achats, des bandes en plastique sont installées pour limiter les pertes frigorifiques.

La température d’évaporation étant de -8° un dégivrage est nécessaire. La proximité de la porte favorise les entrées d’air à température moyenne de 20°. Cet air chaud est aspiré par l’évaporateur et du givre apparaît très vite sur la batterie.
Un dégivrage est nécessaire toutes les deux heures alors que dans d’autres conditions seul 3 à 4 dégivrages par 24 heures seraient suffisants.

Pour éviter des consommations importantes d’électricité et une régulation qui apporterait toujours des soucis, il a été prévu d’arrêter la production frigorifique toutes les deux heures tout en laissant tourner les ventilateurs de l’évaporateur. On dégivre 10 minutes uniquement grâce à la température ambiante de l’air.

En ce qui concerne l’installation, pour faciliter et optimiser les opérations de dégivrage, on choisit, de préférence, une installation avec :

  • Une vanne magnétique sur le circuit frigorifique (juste avant l’évaporateur).
    Cette vanne va permettre d’arrêter le cycle du fluide frigorigène lors d’un dégivrage : lors d’un dégivrage, l’alimentation électrique de la vanne magnétique est coupée. La vanne se ferme. La Basse Pression au compresseur descend et le compresseur s’arrête dès que le niveau réglé sur le pressostat Basse Pression est atteint.Quand il n’y a pas de vanne magnétique, le compresseur est directement arrêté électriquement (contacteur). Mais dans ce cas, une migration de réfrigérant peut se produire et encore continuer à s’évaporer, ce qui peut poser problème.
  • Des manchons souples placés à la sortie du ventilateur de l’évaporateur si la technique de dégivrage produit de la chaleur sur l’évaporateur. Lors d’un dégivrage, lorsque la ventilation est à l’arrêt, ce manchon retombe et se rabat sur la surface de pulsion du ventilateur. Une barrière physique est ainsi créée autour de la chaleur produite dans l’évaporateur pour dégivrer l’évaporateur.
    Ces manchons souples en fibre polyester sont encore appelés « shut up ».

Précautions à prendre au niveau de l’utilisation de l’enceinte

Une organisation rationnelle des interventions dans les chambres froides peut être source d’économies d’énergie. On peut regrouper les interventions et laisser les portes ouvertes pendant un temps le plus court possible.
Il y aura ainsi moins d’air humide qui entrera à l’intérieur de l’enceinte. Au niveau économies d’énergie, on gagne ainsi sur trois plans :

  • au niveau de l’énergie nécessaire pour dégivrer,
  • au niveau de l’énergie nécessaire au refroidissement et au séchage de l’air humide qui entre dans l’enceinte,
  • au niveau de l’énergie nécessaire pour éliminer les quantités de chaleur accumulées dans les évaporateurs au moment des dégivrages, dont le nombre et la durée peuvent diminuer.
Exemple.

Soit une chambre froide négative de dimensions intérieures : L = 4 m, l = 4 m, h = 3 m.
L’air à l’extérieur de la chambre a les caractéristiques suivantes : t° = 28°C, HR = 80 %.
L’air intérieur a les caractéristiques suivantes : t° = -18°C, HR = 50 %.
La chambre est « sollicitée » pendant 12h/jours.

Il y a 10 interventions par heure, pendant chacune d’elle la porte est laissée ouverte pendant 30 secondes.
Avec cette utilisation, l’énergie électrique nécessaire pour le dégivrage est de 15,6 kWh/jour.

Avec une meilleure organisation, le personnel n’ouvre plus la porte que 5 fois par heure et ne la laisse plus ouverte que 6 secondes par intervention.
L’énergie électrique nécessaire pour le dégivrage n’est plus que de 3,9 kWh/jour soit une économie de 11,7 kWh/jour.
Avec un prix moyen de 0,115 € du kWh, cela représente une économie de 11,7 [kWh] x 0,115 [€] 260 [jours], soit 350 € par an pour une seule chambre froide.

Il faut ajouter à cette économie, l’énergie gagnée sur le refroidissement et le séchage de l’air entrant dans la chambre froide, ainsi que sur le givrage de la vapeur qu’il contient.
En effet, dans le premier cas, le renouvellement d’air de la chambre est de 61 volumes par 24 h; l’énergie frigorifique nécessaire pour traiter cet air est de 109,6 kWh pour le refroidissement et le séchage dont 46,9 kWh pour le givrage.
Dans le second cas, le renouvellement n’est plus que de 6,2 volumes par 24h et l’énergie nécessaire n’est plus que de 11 kWh (refroidissement et séchage), dont 4,7 kWh pour le givrage.

Avec un COP global moyen de 2,5 et un coût moyen de 0,115 € du kWh électrique, cela représente une économie supplémentaire de ((109,6-11) [kWh] / 2,5) x 0,115 [€] x 260 [jours], soit 1179,25 € par an.

Dans cet exemple, on n’a pas diminué le nombre de dégivrages dans le cas où il y a moins de vapeur qui rentre dans la chambre. Cela représente, en fait, une économie supplémentaire car il faut moins d’énergie pour refroidir les masses métalliques des évaporateurs, chauffées lors des dégivrages.

Remarque : vu la remarque

ci-dessous, cet exemple sert plus à montrer qu’il y a de grosse possibilité d’économies par une utilisation rationnelle de la chambre froide qu’à donner des chiffres exacts. En effet, la masse de l’évaporateur ainsi que le nombre de dégivrage ont été encodés de manière arbitraire.

Calculs

 Si vous voulez estimer vous même les possibilités d’économiser de l’énergie grâce à une utilisation rationnelle de votre chambre froide, cliquez ici !

Mais ATTENTION : ce tableau doit être utilisé avec beaucoup de précautions !

En effet, les résultats dépendent de paramètres introduits par l’utilisateur. Or ces paramètres ne sont pas toujours connus et dépendent eux-même du résultat des calculs.

Par exemple :

  • La masse des évaporateurs est une donnée arbitrairement introduite par l’utilisateur. Or elle dépend d’une série de paramètres qui ne sont pas dans le tableau (et notamment la puissance frigorifique totale). Il est donc a priori très difficile d’introduire une valeur correcte pour la masse des évaporateurs.
  • Le nombre de dégivrage est aussi une donnée arbitrairement introduite par l’utilisateur.
    Or, il dépend de la masse de givre piégée sur les ailettes des évaporateurs, de l’écartement de ces ailettes, de la surface d’échange des évaporateurs (c’est-à-dire de leurs dimensions) qui conditionne l’épaisseur moyenne de givre collé sur les ailettes.

Il faut aussi se rappeler que le rendement d’un évaporateur baisse au fur et à mesure que du givre vient se placer dans les interstices entre les ailettes.
Cela veut dire que si on diminue artificiellement le nombre de dégivrages, on diminue évidemment l’énergie nécessaire pour les dégivrages parce qu’il faut moins souvent chauffer les masses métalliques, mais on diminue aussi le rendement des évaporateurs (et donc de la machine entière) avec le grand danger d’avoir des évaporateurs bourrés de glace, ce qui provoquera finalement l’arrêt de la machine.

En fait, cela revient à dire que le calcul des machines frigorifiques doit être un calcul intégré où les éléments du bilan frigorifique ne peuvent pas toujours être envisagés séparément, comme c’est le cas ici avec ce tableau…; il s’agit d’un calcul itératif !

Choix de la technique de dégivrage

Le réchauffage de la batterie pour assurer la fusion du givre peut se faire de diverses façons :

  • par résistance chauffante,
  • par introduction de vapeurs refoulées par le compresseur,
  • par aspersion d’eau sur la surface externe, givrée, de la batterie,
  • par circulation d’air.

Les deux premières méthodes citées ci-dessus sont les plus courantes :

Par résistance chauffante

Des résistances chauffantes sont imbriquées dans les tubes en cuivre qui composent la batterie de l’évaporateur. Leur position et leur puissance sont étudiées par le fabricant de manière à répartir uniformément la chaleur produite à l’ensemble de la batterie.

Avantages, inconvénients et choix

C’est une méthode simple, très répandue pour les unités de puissance moyenne.
Elle n’est pas dénuée de divers inconvénients : la consommation se fait en électricité directe, et donc à un prix élevé en journée, surtout si la période de dégivrage a lieu durant la pointe quart-horaire du mois.

Précautions

Dans les équipements frigorifiques des grandes cuisines, la place disponible fait souvent défaut et la tendance des architectes est de sélectionner du matériel très compact. D’autre part, les budgets sont de plus en plus étroits, ce qui ne facilite pas la sélection de matériel de qualité.
Cependant pour assurer un bon fonctionnement du dégivrage à long terme, certaines précautions sont à prendre :

  • Les résistances n’ont pas une durée de vie éternelle. Elles doivent être remplacées en cas de défaillance. Lors de l’installation de l’évaporateur, il ne faudra donc pas oublier de tenir compte de leur longueur (généralement la longueur de l’évaporateur) et laisser l’espace nécessaire pour permettre de les extraire de leur  » doigt de gant « .
  • Toutes les résistances sont fixées à l’aide de fixation ad hoc dans la batterie. Il importe de fixer également les nouvelles qui seraient introduites après un remplacement.En effet, si les résistances ne sont pas bien fixées, les dilatations produites lors du chauffage et du refroidissement peuvent faire bouger les résistances et les faire sortir de leur position avec comme conséquence de ne plus chauffer uniformément la batterie sans compter les inconvénients matériels que cela suppose.

Par introduction de vapeurs refoulées par le compresseur

Cette technique, encore appelée dégivrage par « vapeurs chaudes » ou par « gaz chauds », consiste à inverser le cycle et à faire fonctionner l’évaporateur, le temps du dégivrage, en condenseur.

Avantages, inconvénients et choix

L’inversion de cycle est très économique, notamment car les vapeurs chaudes sont directement introduites dans les tubes avec des températures très élevées. Les temps de dégivrage sont donc très courts : parfois quelques secondes suffisent.
Néanmoins, cette méthode complique le réseau des conduites frigorifiques : des éléments supplémentaires tels que la vanne à 4 voies (qui sert à l’inversion de cycle), vannes magnétiques pour couper les circuits, etc. viennent s’ajouter à l’installation.
Ainsi, elle est surtout utilisée dans les installations industrielles.
Dans les équipements frigorifiques des grandes cuisines, il n’y a que les machines à glaçons, quand il en existe, qui sont parfois munies d’un système d’inversion de cycle pour démouler les glaçons.

Par aspersion d’eau sur la surface externe, givrée, de la batterie

Avantages, inconvénients et choix

Cette technique est parfois utilisée pour des enceintes froides à des températures voisines de 0°C et pour des enceintes réclamant une humidité élevée (chambres de conservation de fruits). La consommation d’eau, fluide de plus en plus coûteux, est un inconvénient.

Par circulation d’air de la chambre

De l’air provenant soit de l’intérieur de la chambre même, soit de l’extérieur, est envoyé sur l’échangeur. Dans le premier cas, le dégivrage est très lent. Dans le second, il faut isoler l’évaporateur de la chambre, ce qui n’est pas pratique.

Avantages, inconvénients et choix

L’inertie des produits stockés doit être suffisante à maintenir l’ambiance dans une fourchette de température acceptable. C’est donc une technique qui n’est pas à utiliser pour des chambres froides qui sont quasi vides juste avant le réapprovisionnement.
La première de ces méthodes a l’avantage de récupérer totalement l’énergie frigorifique stockée dans la glace. De plus seule une horloge est nécessaire pour interrompre la production frigorifique. Elle ne tombe donc jamais en panne.
En général, cette méthode est utilisée avec une température de chambre supérieure à 0°C et lorsque les enceintes ne sont pas trop sollicitées par des ouvertures de portes. Mais la pratique montre que certains régulateurs « intelligents » utilisent également ce système lorsque la température est fortement négative, grâce au fait qu’en dessous de -5°C la structure de la glace est très différente (beaucoup plus poudreuse et donc moins collante : une sublimation est alors possible).
Remarque : cette technique est celle utilisée par un fabricant qui propose une régulation intelligente des dégivrages.

Choix de la régulation du dégivrage

Le dégivrage est une source de consommation d’énergie :

  • Par l’apport de chaleur nécessaire à la fusion du givre (effet utile).
  • Suite à l’échauffement, suivi du refroidissement, de la masse métallique de la batterie (effet nuisible).
  • Par le réchauffement partiel, suivi de la remise en température de la chambre froide, une partie de la chaleur que nécessite le dégivrage ayant été perdu dans cette enceinte (effet nuisible).

Il existe donc une fréquence optimale de dégivrage pour minimiser l’énergie dépensée par cette opération :

  • Trop fréquente, ils sont effectués alors qu’une faible quantité de givre s’est déposée sur la surface froide, l’effet utile est insuffisant devant les effets nuisibles qui l’accompagnent.
  • Trop peu fréquente, la masse excessive de givre présente sur la batterie diminue l’efficacité énergétique de la machine frigorifique.

Choix du type de régulation

Pour les petites enceintes, une régulation par horloge peut suffire. Mais mal utilisée, cette régulation peut conduire à des aberrations énergétiques : qu’il y ait présence ou non de glace, le dégivrage est enclenché à l’heure programmée, la durée du dégivrage est fixe, quelle que soit la présence effective de glace.
Ainsi, en fonction des conditions d’exploitation des enceintes froides (peu ou beaucoup d’ouvertures de portes), les agents d’exploitation devront modifier la fréquence des dégivrages par le réglage des horloges, et une sonde de fin de dégivrage doit permettre à l’installation de redémarrer plus rapidement que la période fixée.
Cependant ils ne doivent, en aucun cas, intervenir sur la séquence interne des opérations de dégivrage. Certaines d’entre elles, si elles sont mal conduites, peuvent créer des écarts de pression intolérables entre l’intérieur et l’extérieur des chambres froides.
Pour les plus grandes enceintes, il est indispensable, au niveau énergétique, que la séquence des dégivrages réels se rapproche au mieux de la séquence utile. On utilise pour cela une régulation électronique intelligente de dégivrage. De tels systèmes permettent des économies substantielles.
Il en existe au moins deux sur le marché :

  • Le premier système de régulation électronique intelligent permet d’espacer la séquence de dégivrages initialement programmés s’il n’a pas détecté de phase de fusion suffisamment longue durant les 10 dernières opérations de dégivrage programmés.
  • Le second système de régulation électronique intelligent détecte la présence de glace à partir de deux sondes de température (l’une mesure la température ambiante de la chambre, l’autre est placée dans les ailettes de l’évaporateur). L’explication de ce principe ne nous a pas été détaillée.Chez ce fabricant, le critère d’arrêt du dégivrage classique est une température d’évaporateur de 10°C. Cela semble élevé mais c’est, semble-t-il, une sécurité par rapport à l’absence totale de glace.En plus de cette détection de givre, ce système choisit un dégivrage par circulation d’air de la chambre chaque fois que la température intérieure le permet. Ce qui est très intéressant au niveau énergétique puisque non seulement il ne faut pas produire de la chaleur pour le dégivrage, mais qu’en plus, toute l’énergie latente contenue dans la glace sera restituée à l’ambiance.Un dégivrage classique par résistance chauffante n’aura lieu que lorsqu’il n’est pas possible d’attendre la fusion de la glace par l’air ambiant.

Quel que soit le système de régulation intelligente, la souplesse de ces appareils par rapport aux thermostats mécaniques permet d’affiner les réglages et de proposer des fonctions complémentaires :

  • alarmes,
  • possibilité de faire fonctionner le congélateur avec une consigne abaissée de 5°C la nuit (pour bénéficier du courant de nuit),
  • possibilité de délester durant la pointe 1/4 horaire,
  • …

D’après le fabricant du second système système ci-dessus, l’investissement (+/- 1 625 €) est amorti en moins d’un an.

Exemple.

Une chaîne de supermarchés belge a adopté ce système pour l’ensemble de ses chambres froides depuis 2 ans. Un des responsables techniques nous a confirmé que l’investissement a largement été amorti sur cette période en regard des économies d’énergie apportées (plus de 20 % de la consommation de la chambre). Une généralisation de ce système à l’ensemble des points de vente est programmée.

De plus, ces systèmes peuvent tout à fait s’adapter sur des installations existantes.
Lors de la pose d’un système de régulation de dégivrage, il est important de l’adapter au mieux à la chambre froide et à son utilisation. Il appartient au frigoriste de bien poser au client les questions pour comprendre son mode de travail et de câbler la régulation la plus appropriée.

Autres précautions…

Pour optimiser le dégivrage, le frigoriste ne doit pas oublier de prévoir deux temporisations dans les étapes de dégivrage :

  • Après l’opération de dégivrage proprement-dite, il faut prévoir une temporisation avant l’ouverture de la vanne magnétique (permettant à la production frigorifique de reprendre). Cette précaution permet d’assurer l’égouttage.
  • Ensuite, il faut prévoir une deuxième temporisation avant la remise en fonctionnement des ventilateurs de l’évaporateur. Cette temporisation permet à la batterie d’atteindre une température moyenne inférieure ou égale à celle de l’enceinte. À défaut, la remise en route prématurée des ventilateurs peut envoyer de la chaleur dans la chambre froide et/ou des gouttelettes d’eau encore présentes.

Il veillera aussi à prévoir un système de sécurité qui arrête le dégivrage dès qu’une température ambiante excessive est atteinte. Cette sécurité doit, par exemple, être accompagnée d’une alarme qui prévient le personnel du problème.
Cette précaution est d’autant plus importante que les produits stockés sont coûteux.

Exemple.

Il est déjà arrivé qu’un contacteur qui commandait les résistances électriques de dégivrage d’une enceinte stockant des crustacés, du caviar, etc. reste bloqué et que du chauffage soit diffusé toute la nuit dans la chambre avant que le personnel ne s’en aperçoive le lendemain matin.

Évacuation des condensas

Il faut prévoir un raccordement de décharge pour l’évacuation des condensas ou des eaux de dégivrage.
Dans les chambres froides négatives, pour éviter le gel, les tuyaux qui évacuent les condensas doivent être calorifugés, voir chauffés. L’évacuation par le haut à l’aide d’une pompe de relevage offre l’avantage d’éviter les passages de tuyaux à l’intérieur de l’enceinte (en général, l’évaporateur est suspendu au plafond). De façon générale, il faut chercher à sortir les condensas par le chemin le plus court de la chambre froide vers l’extérieur de manière à éviter tout souci.
L’exploitation devra toujours veiller à la bonne évacuation des eaux de dégivrage, et donc maintenir toujours libre de givre non fondu le bac de collecte de ces eaux. Elle doit également veiller au bon état de la conduite d’évacuation et de son système de chauffage (pour les chambres à températures négatives).
L’écoulement des condensas est primordial pour assurer de parfait dégivrage. Un bac de condensas qui ne se vide pas va provoquer très rapidement la prise en glace de la batterie par simple conduction entre l’eau et les ailettes.

La cellule de refroidissement ou de congélation rapide

Les temps maximum autorisés pour refroidir ou surgeler dans une cellule est relativement court (respectivement 2 h ou 4 h 30); le dégivrage se fait en fin de cycle.

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