Bilan énergétique d’un meuble ouvert vertical positif

Définitions

Bilan thermique

Les bilans thermiques instantanés de jour et de nuit sont différents. Ils s’expriment par la somme des déperditions tant internes que 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 suivante :

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 de poser des hypothèses de départ 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 = 0,65 pour un meuble vertical.

Caractéristiques d’un meuble vertical positif

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

température de conservation = 2°C. nombre de dégivrage journalier nbre_dégivr = 2. temps de dégivrage tdégivr = 0.67 heure. longueur =  2,5 m. hauteur = 2 m. Surfacepénétrative = 10 m². Surfacerideau_d’air = 4,25 m². Débitrideau_d’air = 0,3 kg/s. taux d’induction X = 0.15. Kmoyen_paroi = 0,6 [W/m².K] pour un meuble vertical avec de l’ordre de 6 cm d’isolant. Kmoyen_rideau_nuit = 6 [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 H2 pour les meubles frigorifiques positifs (température du paquet le plus chaud = 10°C et température du paquet le plus froid =-1°C.

• L’enthalpie h_interne = 12 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT.

• Le coefficient d’échange équivalent entre deux parois considérées comme corps noirs et orthogonales hro = 5,2 W/m²K.

• La puissance électrique des ventilateurs P_vent =  150  W et la puissance du cordon chauffant est de l’ordre de 60 W.

• La puissance électrique de l’éclairage P_écl =  288  W (soit 2 x 4 tubes de 36 W).

Apports de jour

Les apports de jour, en principe, interviennent tout au long du fonctionnement du meuble frigorifique pendant la période d’ouverture du magasin. Les apports par induction conditionnent énormément le bilan frigorifique sachant qu’une grande partie de la puissance frigorifique part dans l’ambiance au niveau du rideau d’air.

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) = 0,6 x 10 x (25 – 2)	138
Induction	Pind_jour  = Xrideau_air x mrideau_air x (hambiance – hinterne) x 1000 = 0,15 x 0,3 x (58 – 12) x 1 000	2070
Rayonnement	Pray_jour = hro x Souverture (Tparoi_vente – Tinterne) x φ1 x φ2 = 5,2 x  4,25 x (30 – 2) x 0,8 x 0,65	321
Ventilation	Pvent  = Pvent + Pcordon_chauffant	210
Éclairage	PEclair  = PEclair	288
Pjour= Σ P apports_jour		3 027

Apports de nuit

En général, si le commerce est bien géré, en dehors des heures d’ouverture, l’éclairage est éteint et le rideau de nuit (s’il est présent) est baissé. Le bilan thermique se résume à des apports par pénétration et par les déperditions du ventilateur et du cordon chauffant. Les pertes par l’ouverture du meuble sont réduites par la présence du rideau de nuit. En simplifiant, ces pertes se font par pénétration au travers d’une toile (paroi verticale) avec une convection normale sur sa face externe et une convection forcée sur sa face interne. À noter aussi que les pertes par rayonnement sont comprises dans le poste induction de nuit.

Pnuit = Ppen + Pouv_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) = 0,6 x 10 x (25 – 2)	138
Ouverture	Pind_nuit  = Kmoyen_rideau_nuit x Srideau_nuit x (Tambiance – Tinterne) = 6 x 4.25 x (25 – 2)	586
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	210
Eclairage	PEclair  = PEclair	0
Pnuit= Σ Papports_nuit		874

Puissance frigorifique de l’évaporateur

Dans ce cas, la puissance frigorifique nécessaire pour que l’évaporateur puisse contrecarrer les apports tant interne qu’externe est de :

Puissance frigorifique spécifique

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

Bilan énergétique

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

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

Meuble frigorifique vertical : bilan énergétique journalier.