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1 Froid commercial et chambres froides Froid commercial - Programme de formatio

1 Froid commercial et chambres froides Froid commercial - Programme de formation • Introduction • Description d’une installation – Principe du cycle frigorifique – Machine frigorifique – Chambre froide – Exploitation d’une installation • Etat des connaissances – Impact sur l’environnement – aspects légaux – Substitution des fluides frigorifiques – Nouvelles technologies – solutions disponibles • Facteurs influençant les performances – Températures de fonctionnement – Taux de charge 2 Froid commercial - Programme de formation • Mesures d’optimisation – Températures de fonctionnement (condenseur et évaporateur) – Cycles de dégivrage – Gestion des auxiliaires (variation de fréquence) – Gestion des chambres froides – Sensibilisation des utilisateurs • Solutions dans le cas de renouvèlement – Choix de l’architecture – Choix du fluide frigorifique – Systèmes de dégivrage – Données requises pour appel d’offres • Production d’ECS – Récupération de chaleur – Installation solaire INTRODUCTION 3 Introduction - Définition • On parle de froid commercial pour la plupart des applications frigorifiques alimentaires : – stockage – exposition – distribution • Il recouvre une grande variété d’équipements : – présentoirs/ comptoirs frigorifiques – distributeurs de boissons – machines à glace – chambres froides et de congélation – etc. Froid commercial : Aspects énergétiques • Une méthode simple permet d’estimer le coût de l’électricité consommée par une machine de froid commercial, sur la base de la puissance électrique du compresseur : Eélectrique = 8760 heures * 60% * Pélec_compresseur * prixkWh_électrique • En effet, ce type de machine fonctionne en général avec une régulation ON/OFF et avec un taux de charge moyen d’environ 60%... • …mais une mesure directe de la consommation électrique (ou du nombre d’heures de fonctionnement) reste plus précise ! 4 Puissance frigorifique d’une chambre froide (froid positif) en fonction du volume Puissance frigorifique d’une chambre froide (froid négatif) en fonction du volume 5 DESCRIPTION D’UNE INSTALLATION Description - Cycle frigorifique - Principe • Les machines frigorifiques sont basées sur la propriété de certains fluides de s’évaporer et de se condenser à des températures différentes en fonction de la pression. • On représente ces propriétés dans différents digrammes : – Diagramme des frigoristes log(P) – h (pression / enthalpie) – Diagramme T – s (température / entropie) 6 Diagramme des frigoristes log(p) – h pour le R134a Diagramme T – s pour le R134a 7 Machine frigorifique – Principe • 4 composants principaux – évaporateur – compresseur – condenseur – détendeur Description - Machine frigorifique 8 Evaporateur - Principe • Echangeur de chaleur qui extrait de la chaleur du milieu à refroidir par évaporation du réfrigérant • 2 principes de fonctionnement – mode sec (le plus courant en froid commercial) – mode noyé (meilleure surface d’échange) Description d’une installation - Evaporateur 9 Compresseur - Principe • Augmente la pression et la température du réfrigérant • Représente le plus gros consommateur électrique de la machine frigorifique Types de compresseur • A pistons (alternatif) – Les plus répandus pour les petites puissances – Supportent mal la variation de fréquence – Modèles optmisés à culasses coniques • Scroll (rotatif) – Utilisés en froid commercial pour des puissances assez faibles – Adaptés pour la variation de fréquence – COP un peu moins bon que les pistons – Tolèrent la présence de liquide dans le gaz • A vis (rotatif) – Pour les puissances importantes – Peu d’application en froid commercial 10 Compresseur Condenseur - Principe • Echangeur de chaleur qui transmet l’énergie emmagasinée dans le réfrigérant vers un médium externe – air – eau 11 Description d’une installation - Condenseur condenseurs à air placés en toiture condenseurs à air intégrés avec machine froid climatique Détendeur - Principe • Organe qui ramène le réfrigérant à sa pression de départ • Vaporisation partielle avec diminution de température • 2 types principaux – thermostatique (simple ou multi-orifices) – électroniques 12 Description d’une installation - Les chambres froides • Les chambres froides assurent la conservation des matières premières nécessaires à la préparation des repas et des produits finis ou semi-finis qui doivent être stockés. • On peut les classer selon 2 critères : – La taille • Armoire froide (volume jusqu’à 1’500 litres) • Chambre froide compacte (moins de 10 m3) • Chambre froide modulable, démontable et chambre froide bâtie (volume jusqu’à 60 m3) – La température de fonctionnement • Positive (produits laitiers, viande, légumes, etc.) • Négative (congélation) Description d’une installation - Chambres froides armoire froide chambre froide bâtie 13 Description d’une installation - Chambres froides Exploitation d’une installation • Il y a deux aspects importants dans l’exploitation d’une installation de froid commercial ; deux points que peut facilement contrôler le service technique : – La température des chambres froides – Les cycles de dégivrage • Ces deux points représente donc une partie des clés de l’optimisation d’une installation de froid commercial. 14 Dégivrage – Notions de base • Origine du givre – L’air ambiant contient de l’eau – Cet eau gèle au contact de surfaces froides (température < 0°C) • Les conséquences du givre – Il diminue le transfert de chaleur entre l’évaporateur et le milieu ambiant (création d’une couche isolante sur l’évaporateur) – Il diminue l’efficacité du compresseur (moins bonne évaporation du réfrigérant, pression à l’entrée du compresseur plus basse, risque de ‘’coups de liquide’’) • La problématique du dégivrage – Trop de dégivrages entraîne une surconsommation du système de dégivrage – Trop peu de dégivrages diminue l’efficacité énergétique de l’installation – Il faut donc trouver un optimum entre ces deux contraintes Cycles de dégivrage - Principe • Les différentes phases d’un cycle de dégivrage (exemple pour une régulation dite ‘’intelligente’’) : – Arrêt du fluide frigorifique dans la batterie – Arrêt de la ventilation de l’évaporateur – Réchauffage de la batterie à une température > 0°C • Par résistance électrique (le plus répandu) • Par les gaz chauds du compresseur • Par aspersion d’eau • Par circulation d’air de la chambre (ventilation forcée) – Remise en circulation du fluide frigorigène – Remise en fonctionnement de la ventilation – Reprise du cycle normal de refroidissement 15 Cycles de dégivrage - Régulation • Les différents types de régulation : – Par horloge • Méthode la plus simple et la plus courante sur les anciennes installations • Réglage facile par le service technique (méthode itérative) – Régulation électronique ‘’intelligente’’ • Différents systèmes existent • Sonde de fin de dégivrage • Systèmes auto-adaptatifs suivant la présence effective de givre ETAT DES CONNAISSANCES 16 Catégories de réfrigérants • Les réfrigérants halogénés – CFC (Carbone – Fluor – Chlore) • Grande stabilité chimique = longue durée de vie dans l’atmosphère • Ininflammables • Effet nocif sur la couche d’ozone – HCFC (Hydrogène – Carbone – Fluor – Chlore) • Moins stables que les CFC • Pratiquement ininflammables • Un peu moins nocifs pour la couche d’ozone – HFC (Hydrogène – Fluor – Carbone) • Peu d’effet sur la couche d’ozone • Inflammabilité plus élevée que HCFC mais sans problèmes particuliers • Potentiel d’effet de serre important • Les réfrigérants naturels ou à bas effet de serre – Hydrocarbures (propane, butane et iso butane) • Bonnes propriétés thermodynamiques • Dangereux par leur inflammabilité • Coûts importants pour mise en sécurité – Ammoniac (NH3 ou R717) • Excellentes propriétés thermodynamiques pour évaporation entre –35 et +2°C • Toxique et inflammable • Utilisé surtout en froid industriel – Gaz carbonique (CO2 ou R744) • Non toxique, non inflammable • Peu performant au niveau thermodynamique • Pressions très élevées • Intéressant à très basses températures (-50 à –35°C) – Eau (H2O ou R740) • Pas utilisable pour froid négatif • Peu adapté aux cycles à compression, rares applications Catégories de réfrigérants – Note : la couleur indique la compatibilité «directe» des différents fluides lors d’un remplacement 17 Impact sur l’environnement • Il y a deux grandeurs pour caractériser l’impact environnemental d’un fluide frigorifique : – ODP ou Ozone Destruction Potential • Caractérise le potentiel de destruction de la couche d’ozone (référence R11 = 1) – GWP ou Global Warming Potential • Caractérise la contribution à l’effet de serre (référence CO2 = 1) Impact sur l’environnement • Il faut aussi tenir compte d’autres facteurs pour évaluer la contribution à l’effet de serre d’un fluide frigorifique : – Fuites de réfrigérant – Pertes de réfrigérant lors de son recyclage – Consommation d’énergie sur la durée d’exploitation • On parle alors du TEWI ou Total Equivalent Warming Impact. • Cette grandeur est exprimée en kg équivalents de CO2, elle permet par exemple de comparer différentes solutions en terme de leur impact sur l’environnement. 18 Substitution des réfrigérants • Pour les installations de froid commercial, les solutions de substitutions sont les suivantes : – Froid positif • Anciennes installations au R12 essentiellement • Fluide de substitution R134a ou R404a – Froid négatif • Anciennes installations au R502 essentiellement • Fluides de substitution R404a ou R507 Nouvelles technologies • Les nouvelles technologies disponibles aujourd’hui sont les suivantes : – Détendeurs électroniques – Compresseurs scroll ou à vis pour les plus grosses puissances – Réglage par variation de fréquence – Régulations de uploads/Geographie/ froid-commercial-et-chambres-froides.pdf