Une installation frigorifique consiste en la conception du circuit frigorifique. Cette installation a pour objectif le refroidissement d’un local, de denrées ou d’un process de fabrication par exemple. Nous traiterons ici du principe de conception.
Principe de conception d’une installation frigorifique
Pour concevoir une installation frigorifique, la première étape consiste au dimensionnement des besoins, c’est-à-dire faire le bilan de ce qui apporte de la chaleur. Selon le type d’installation, le poste principal est soit les denrées dans le cas d’un refroidissement de produits ou les apports de chaleur par les parois dans le cas de la conservation de produits ou pour la climatisation.
Apport par les parois
Ce calcul vise à connaître la quantité de chaleur passant au travers des parois, que ce soit les murs verticaux ou le sol et le plafond. Cette quantité de chaleur dépend du type de parois, de sa conception (nature de la paroi, type de matériaux et d’isolant) et de l’écart de température entre l’intérieur et l’extérieur.
Apport par les produits
Dans le cas d’un process, par exemple de fabrication d’aliments surgelés, cet apport correspond à la quantité de chaleur à extraire du produit pour le refroidir et le surgeler. Mis à part ce cas-là, en général l’apport par les produits est souvent égal à zéro.
L’apport par les produits dépend de la nature du produit et du type de refroidissement, abaissement de température seul ou changement d’état du produit, c’est-à-dire congélation du produit. Le temps alloué à ce refroidissement entrera aussi en compte pour le calcul de la puissance.
Apport par les personnes
Il s’agit maintenant de prendre en compte la chaleur dégagée par les occupants dans le cas de climatisation, que ce soit pour une habitation ou pour un magasin ou une salle de spectacle. Dans le cas d’un entrepôt frigorifique, il s’agira de la chaleur dégagée par les personnes travaillant dans le local.
Selon le nombre de personnes présentes, cet apport est loin d’être négligeable, comme dans le cas d’une salle de spectacle qu’il faut très souvent climatiser, même en hiver compte tenu de l’apport de chaleur par les personnes.
Selon le type d’activité, il faut compter environ 125 à 350 Watts par personne.
Apports divers
En fonction du type d’installation, d’autres types d’apports interviennent dans le calcul, comme l’apport par l’éclairage, les machines, ou encore les ouvertures de portes.
Dimensionnement
Une fois le total des apports fait, vous connaissez vos besoins frigorifiques afin de dimensionner les équipements nécessaires, que ce soit pour la climatisation ou pour de la réfrigération.
Pour la climatisation résidentielle, le dimensionnement est plus simple car choisissant les unités, le travail de conception est déjà réalisé par le fabricant.
Dans tous les cas, des choix importants sont réalisés dans le choix des composants. Il est important de ne pas sous-dimensionner l’installation au risque de ne pas réussir à subvenir aux besoins. Mais il ne faut pas non plus trop sur-dimensionner les équipements car vous dégraderiez les performances de la machine.
En plus des composants de base du circuit frigorifique que sont le compresseur, l’évaporateur, le condenseur et le détendeur, d’autres éléments doivent faire l’objet d’une vigilance particulière comme les tuyauteries.
En effet, les tuyauteries permettent la circulation du fluide frigorigène, mais en plus selon la taille des tubes, les vitesses du fluide vont changer. Ceci pourra générer du bruit si les tuyauteries sont trop petites, ou encore empêcher le retour de l’huile au compresseur si les vitesses sont trop faibles. Dans le premier cas le bruit créera de l’inconfort, dans le second la casse de l’appareil arrivera rapidement.
Pour cela, il existe des formules de calculs basées sur les règles de la mécanique des fluides, ou plus simplement des abaques de sélection de tuyauteries.
Le calcul doit tenir compte des pertes de charge (chute de pression) dues à la vitesse du fluide dans les tuyauteries et du retour d’huile lorsque le fluide est en phase vapeur. Il est donc important de trouver un compromis entre une vitesse suffisante afin de ramener l’huile au compresseur mais pas trop importante afin de limiter les pertes de charge qui diminueraient les performances de la machine.
Il est parfois nécessaire en réfrigération de créer des pièges à huile (siphon) afin de favoriser le retour d’huile. En climatisation individuelle, ce procédé est écarté par les constructeurs (voir les préconisations constructeur au cas par cas) qui ont dimensionné les tuyauteries afin de se passer de ce procédé ; notamment car la technologie Inverter à variation de puissance (très répandue actuellement) n’est pas appropriée aux siphons.
Une fois la conception réalisée vient l’étape de l’installation à proprement parler de l’appareillage.