Bilan énergétique d’un meuble ouvert horizontal négatif

Définitions

Bilan thermiques

Les bilans thermiques instantanés de jour et de nuit sont différents. Ils s’expriment par la somme des déperditions tant internes qu’externes selon la période de la journée, à savoir :

Bilan énergétique

Le bilan énergétique journalier représente l’énergie nécessaire à l’évaporateur du meuble frigorifique pour vaincre les apports internes et externes. Il s’écrit de la manière suivant :

Calculs

Pour se rendre compte des énergies mises en jeu, les deux exemples ci-dessous prennent des cas concrets de meubles frigorifiques couramment rencontrés sur le marché.

Hypothèses générales

Pour déterminer le bilan énergétique, il est nécessaire comme pour le meuble positif vertical de poser des hypothèses semblables à celles qui sont utilisées dans les essais pour la certification  EUROVENT :

• Les conditions d’ambiance externes sont de la classe 3 (température T_ambiance = 25 °C, Humidité HR_a = 60 %).

• La température des parois de la zone de vente T_{paroi_vente} est de l’ordre de 30 °C.

• L’enthalpie h_ambiance = 58 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT (soit à une température ambiante de 25 °C et 60 % d’humidité relative).

• Le facteur d’émissivité entre les surfaces du plafond et du meuble frigorifique φ₁ = 0,8; ce qui correspond à des valeurs d’émissivité de corps noirs des parois de la surface de vente et des parois du meuble de respectivement ε_p et ε_i de l’ordre de 0.9 (1 correspond à un corps noir parfait).

• Le facteur d’angle sous lequel les deux parois se voient φ₂ = 1 pour un meuble horizontal.

Caractéristiques d’un meuble négatif

On retrouve souvent en application négative des meubles horizontaux à rideau d’air dont les caractéristiques sont les suivantes :

température de conservation = – 18°C. nombre de dégivrage journalier nbre_dégivr = 2. temps de dégivrage tdégivr = 0,5 heure. longueur =  7,5 m. largeur = 1,1 m. Surfacepénétrative = 24.6 m². Surfacerideau_d’air = 8,25 m². Débitrideau_d’air = 0,3 kg/s. taux d’induction X = 0.06. Kmoyen_paroi = 0,4 [W/m².K] pour un meuble horizontal avec de l’ordre de 10 cm d’isolant. Kmoyen_rideau_nuit = 2,5 [W/m².K] pour une toile classique de protection d’ouverture.

Calculs

Pour évaluer le coefficient de conductivité thermique d’une paroi

• Les conditions d’ambiance internes sont liées à la classe de température des paquets “test” soit L1 pour les meubles frigorifiques négatifs (température du paquet le plus chaud est de -15°C et celle du paquet le plus froid de -18°C).

• L’enthalpie h_interne = -15 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT.

• Le coefficient d’échange équivalent entre deux parois considérées comme corps noirs et orthogonales hro = 4,9 W/m²K.

• La puissance électrique des ventilateurs P_vent =  240  W.

• La puissance électrique de l’éclairage P_écl =  0 W.

• La puissance du cordon chauffant P_{cordon_chaud} = 200 W.

• La puissance de dégivrage P_dégivrage = 9 600 W.

Apports de jour

Les apports de jour sont principalement dus au rayonnement et à l’induction. On remarque que les pertes par radiation sont importantes du fait que l’écart des températures des parois qui se font vis-à-vis (parallèles) est plus grand (30 – (-18)) [°C] que pour un meuble frigorifique positif.

Pjour = Ppen + Pind_jour + Pray_jour + Pvent  + Pcord_chauf + PEclair [W]
Apports de chaleur	Calculs	Puissance absorbée par le meuble frigorifique [W]
Pénétration	Ppen  = K moyen_paroi x Sparoi x (Tambiance – Tinterne) = 0,4 x 24,6 x (25 – (-18))	423
Induction	Pind_jour  = Xrideau_air x mrideau_air x (hambiance – hinterne) x 1000 = 0,06 x 0,3 x (58 – (-15)) x 1 000	1 314
Rayonnement	Pray_jour = hro x Souverture (Tparoi_vente – Tinterne) x φ1 x φ2 = 4,9 x  8,25  x (30 – (-18) x 0,8 x 1	1 552
Ventilation	Pvent  = Pvent + Pcordon_chaud	440
Éclairage	PEclair  = PEclair	0
Pjour= Σ Papports_jour		3 729

Apports de nuit

Les apports de nuit continuent par les parois principalement, y compris par le couvercle ou le rideau de nuit placé au dessus de l’ouverture du meuble. Globalement le coefficient de pénétration est plus faible que pour le meuble vertical positif sachant que pour une configuration d’une paroi horizontale, à l’extérieur le chaud monte et à l’intérieur le froid descend; l’échange y est donc réduit. Tout comme pour la cas du meuble vertical, les apports par rayonnement, dans ce cas-ci aussi sont inclus dans le poste induction.

Pnuit = Ppen + Pind_nuit + Pray_nuit + Pvent  [W]
Apports de chaleur	Calculs	Puissance absorbée par le meuble frigorifique [W]
Pénétration	Ppen  = K moyen_paroi x Sparoi x (Tambiance – Tinterne) = 0,4 x 24,6 x (25 – (-18))	423
Ouverture	Pouv_nuit  = K moyen_rideau_nuit x Srideau_nuit x (Tambiance – Tinterne) = 2,5 x 8.25 x (25 – (-18))	887
Rayonnement	Pray_nuit = hro x Souverture (Tparoi_vente – Tinterne) x φ1 x φ2	0 (intégré dans les apports par induction)
Ventilation	Pvent  = Pvent + Pcordon_chauffant	440
Eclairage	QEclair  = PEclair	0
Pnuit= Σ Papports_nuit		1 750

Bilan énergétique

L’énergie frigorifique journalière est l’énergie de froid consommée par l’évaporateur du meuble ouvert.

Pour ce cas de figure le bilan énergétique est repris ci-dessous :

Meuble frigorifique horizontal ouvert négatif : bilan énergétique journalier.

Puissance frigorifique de l’évaporateur

Vu la présence d’un système de dégivrage électrique (en négatif, le dégivrage naturel ne suffit pas), la détermination de la puissance frigorifique du meuble doit s’effectuer en partant de l’énergie journalière. Soit :

Puissance frigorifique spécifique

La puissance frigorifique spécifique ou couramment connue sous le nom de puissance par mètre linéaire de meuble frigorifique est de :