Chambres Froides PDF

Chambre froide
Othman Jaber
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Othman Jaber. Chambre froide. Autre. 2013. <dumas-01222212>
HAL Id: dumas-01222212

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abroad, or from public or private research centers. publics ou privés.
Institut des Sciences
Appliquées et Economiques
Centre du Liban Associé au CNAM
Mémoire
Présenté en vue d’obtenir
Le Diplôme d’Ingénieur
SPÉCIALITÉ ÉNERGÉTIQUE
Chambre Froide
Présenté par: Othman JABER

Soutenu en juillet 2013
Membre de jury : Pr. Christophe MARVILLET
Dr. Tony JABBOUR
Dr. François KHOURY

Chambre Froide
DEDICACES
Mon père
Ma mère
Mes sœurs et mon frère
Ma famille entière
Mes amis
Et à tous qui aiment l’éducation et la connaissance
ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013
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Chambre Froide
REMERCIEMENT
J‟aimerais exprimer toute ma reconnaissance aux personnes qui ont contribué à la

réussite de ce travail. Plus particulièrement :
 Le Dr Tony JABBOUR, pour l‟intérêt qu‟il porte au sujet, son encadrement, son
soutien continu et la mise à notre disposition des documents de base.
 Le Dr Francois KHOURY, pour son soutien et la mise à notre disposition des

documents de base.
 Le Dr Basam ASSAF, pour sa mise à notre disposition des documents de base.
 Mr Michel HALLAK, Directeur de la NPPC, pour l‟intérêt qu‟il porte au sujet.
 Mr SALMAN, Service de l‟agriculture, pour sa mise à notre disposition des

informations sur l‟agriculture.
 Mr. Hasan ZEEITER pour l‟intérêt qu‟il porte au sujet.
 A tous ce qui m‟ont aider à accomplir ce travail.
3
Chambre Froide
Sommaire
Dans un contexte économique qui s‟annonce de plus en plus difficile à cause des
multiples crises économiques, financières et alimentaires d‟une part, des craintes
d‟épuisement des réserves mondiales de pétrole, de gaz et des ressources minières
d‟autre part, notre pays doit exploiter et mieux conserver ses ressources agricultures.
Ces ressources sont importantes, cependant le manque de moyens, le cout élevé des
méthodes de stockage font qu‟elles restent encore mal exploitées.
Ainsi nous sommes amenés à concevoir plusieurs chambres froides avec un système de
refroidissement par l‟eau froide et un système de dégivrage par l‟eau chaude ainsi
l‟utilisation la technique « Free Cooling » pour répondre aux besoins de conservation à
courte et longue durée des produits agricultures.
Ce projet vise à mettre en œuvre deux aspects importants d‟une politique d‟animation de
l‟agriculture artisanale et locale :
 Mise à la disposition des agriculteurs une chambre de conservation, pour qu‟en

période de captures abondantes, on puisse conserver une partie jusqu‟aux périodes
de raréfactions donnant lieu à de bon pris.
 Utilisation d‟une source de dégivrage par l‟eau chaude et la technique « Free
Cooling » en réduisant la consommation électrique dont l‟impact positive
incontestable et les couts d‟exploitation ne sont pas exorbitants.
Notre démarche de conception consistera à utiliser des chambres froides. Un

aménagement et une isolation thermique seront faits sur la structure. Une étude
thermique détaillée permettra de déterminer la puissance frigorifique qui sera la base de
dimensionnement du système frigorifique. Alors qu‟une étude mécanique permettra de
déterminer les dimensions des échangeurs d‟eau froide et d‟eau chaude avec le fluide
frigorigène froid et chaud respectivement. Ainsi le dimensionnent des tuyaux de
conduire d‟eau chaude et froide et ses auxiliaires et du système de pompage et du
système de conduits pour la technique « Free Cooling ». Une analyse économique et
environnementale permettra enfin de voir la rentabilité économique du projet et son
impact sur l‟environnement.
4
Chambre Froide
Tableau des matières

SOMMAIRE ............................................................................................................................................... 4
TABLEAU DES MATIERES .................................................................................................................... 5
LISTE DES FIGURES ............................................................................................................................. 10
LISTE DES TABLEAUX......................................................................................................................... 12
INTRODUCTION ................................................................................................................................. 13
PARTIE I .............................................................................................................................................. 14
GENERALITES SUR L’AGRICULTURE ET LES PROBLEMES LIES A
L'EXPLOITATION DE SES PRODUITS...................................................................................... 14
I.1 L‟AGRICULTURE AU LIBAN ................................................................................................... 15
I.1.1 Le secteur agricole du Liban ........................................................................................... 15
I.1.2 Les principaux terrains cultivables et leurs infrastructures ......................................... 15
I.2 TRAITEMENT DES PRODUITS AGRICOLE .......................................................................... 16
I.2.1 Séparation-Nettoyage ....................................................................................................... 16
I. 2.2 La réfrigération .................................................................................................................. 16
PARTIE II ............................................................................................................................................. 18
ETUDE DES CHARGES THERMIQUES AUTOUR D'UNE CHAMBRE FROIDE ......... 18
II.1 GENERALITES SUR LES CHAMBRES FROIDE .............................................................. 19
II.2 ETUDE DES CHAMBRES FROIDES ....................................................................................... 20
II.2.1 Les chambres froides positives ou chambre de réfrigération ......................................... 20
II.2.2 Les chambres froides négatives ........................................................................................ 20
II.2.2.1 La congélation .................................................................................................................. 20
II.2.2.2 La surgélation .................................................................................................................. 20
II.3 BILAN THERMIQUE D'UNE CHAMBRE FROIDE ............................................................ 21
 LES CHARGES EXTERNES : ......................................................................................................... 21
 LES CHARGES INTERNES : ............................................................................................................. 21
II.3.1 Détermination des charges externes ................................................................................ 22
II.3.1.1 Charges thermiques par transmission à travers les parois .................................... 22
 Coefficient global d'échange de chaleur (K)............................................................................... 22
 Surface de transmission de la paroi ............................................................................................ 22
 Ecart de température en K ..................................................................................................... 22
 Correction de l'écart virtuel de température pour les toits ..................................................... 23
 Correction de l'écart virtuel de température pour les murs..................................................... 24
II.3.1.2 Charges thermiques par renouvellement d'air ...................................................... 24
II.3.1.3 Charges thermiques par ouverture des portes .................................................... 25
 Détermination du temps d'ouverture des portes ......................................................................... 25
II.3.2 CHARGES THERMIQUES INTERNES .............................................................................. 26
II.3.2.1 Charges thermiques indépendantes des denrées entreposées .................................. 26
II.3.2.1.1 Charges thermiques dues à l'éclairage ................................................................... 26
II.3.2.1.2 Charges thermiques dues aux personnes ............................................................ 26
II.3.2.1.3 Charges thermiques dues à des machines diverses ........................................ 27
II.3.2.2 Charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées ............................ 27
II.3.2.2.1 Charges thermiques dues aux denrées entrant ................................................. 27
II.3.2.2.2 Charges thermiques dues à la dissociation chimique des produits .............. 28
II.3.2.2.3 Charges thermiques dues aux moteurs des ventilateurs ................................... 28
II.3.2.2.4 Charges thermiques dues aux résistances de dégivrage ................................ 29
5
Chambre Froide
II.3.4 Charge frigorifique effective .................................................................................. 29

PARTIE III ................................................................................................................................................ 30
ISOLATION DE LA CHAMBRE FROIDE ET CALCUL DES CHARGES THERMIQUES ........ 30
III.1.1 Les caractéristiques techniques (matériaux, dimensions,) .......................................... 32
III.1.2 Amélioration et Aménagement à faire ............................................................................ 33
III.2 ISOLATION DE LA CHAMBRE FROIDE ........................................................................ 33
III.2.1 Généralités sur l'isolation .................................................................................................. 33
III.2.2 La conductivité thermique ou coefficient de conductibilité des matériaux ............ 34
III.2.3 Les types d'isolants ........................................................................................................... 35
III.2.4 Les normes d’isolation .......................................................................................................... 36
III.2.5 Le choix de l'isolant pour la chambre froide ..................................................................... 36
III.3 LES DONNEES DE BASE POUR LA CONSERVATION ................................................ 37
III.3.1 Enveloppe .............................................................................................................................. 37
III.3.2 Lieux et Orientation de la chambre froide .......................................................................... 37
III.3.3 Construction de l'isolation de la chambre .......................................................................... 37
III.3.4 DONNEES D'EXPLOITATION ........................................................................................ 39
III.3.4.1 Types de produits et charge maximale ........................................................................ 39
 Charge maximale : ....................................................................................................................... 40
III.3.4.2 Conditions intérieures de conservation ....................................................................... 42
III.3.4.3 Données climatiques extérieures ................................................................................... 42
III.3.4.4 Atmosphère dans les chambres froides ...................................................................... 43
1. Brassage d'air ................................................................................................................................. 43
2. Renouvellement d'air...................................................................................................................... 43
III.4 CALCUL DES CHARGES .................................................................................................. 44
III.4.I Calcul des charges externes ........................................................................................... 44
III.4.I.I Charges thermiques par transmission à travers les parois ............................................ 44
 CHAMBRE DE CONGÉLATION ................................................................................................... 44
III.4.1.2 Complément d'apport par transmission à travers les parois exposées directement au
rayonnement solaire ...................................................................................................................... 45
III.4.1.3 Charges thermiques par renouvellement d'air .................................................... 46
III.4.1.4 Charges thermiques par ouverture des portes ( ) ................................................... 47
III.4.2 CHARGES INTERNES ................................................................................................. 47
III.4.2.1 Charges thermiques indépendantes des denrées entreposées .................................. 47
III.4.2.1.1 Charges thermiques dues à l'éclairage ................................................................. 47
III.4.2.1.2 Charges thermiques dues aux personnes .................................................................... 47
III.4.2.2 Charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées ...................... 47
III.4.2.2.1 Charges thermiques dues aux denrées entrant ............................................. 48
III.4.2.2.2 Charges thermiques dues à la respiration ............................................................ 48
III.4.2.2.3 Charges thermiques dues aux moteurs des ventilateurs .................................. 49
III.4.2.2.4 Charges thermiques dues aux résistances électriques du système de dégivrage ........ 49
III.4.3 PUISSANCE FRIGORIFIQUE .................................................................................. 49
 CALCULE DES DÉPERDITIONS PAR LE LOGICIEL DE LA CHAMBRE DE CONGÉLATION FIGURE 3:
CALCULE DE LA CHAMBRE DE CONGÉLATION PAR LE LOGICIEL ......................................................... 51
 CHAMBRE DE RÉFRIGÉRATION PAR SYSTÈME DE FRÉON DIRECT ....................................... 52
 Chambre de dimension 12 x 12 ........................................................................................ 53
 Chambre de dimension 18 x 12 ........................................................................................ 53
PARTIE IV ................................................................................................................................................ 55
DIMENSIONNEMENT DES SYSTEMES FRIGORIFIQUES .................................................... 55
1) LA CHALEUR ................................................................................................................................ 56
6
Chambre Froide
2) LE FROID ...................................................................................................................................... 56
IV.1 PRODUCTION DE FROID ................................................................................................. 56
IV.1.1 Généralités sur les moyens de production de froid .................................................... 56
IV.1.2 LA MACHINE DE PRODUCTION DE FROID ............................................................. 57
IV.1.3 LES FLUIDES FRIGORIFIQUES .......................................................................... 59
IV.1.3.1 Critère de choix d'un fluide frigorigène ................................................................. 60
IV.1.3.2 Les fluides frigorigènes les plus répandus [8] ....................................................... 61
IV.1.3.3 Caractéristiques thermodynamiques du fluide ....................................................... 63
IV.1.3.3.1 Température d'ébullition ...................................................................................... 63
IV.1.3.3.2 Température critique ............................................................................................. 63
IV.1.3.3.3 Pressions du cycle frigorifique .......................................................................................... 63
IV.1.3.3.4 Volume massique à l'aspiration du compresseur ........................................................... 63
IV.2 DIMENSIONNEMENT DES DIFFERENTS ELEMENTS DES DEUX SYSTEMES
FRIGORIFIQUES ............................................................................................................................... 63
IV.2.1 Schéma de l'installation frigorifique................................................................................ 64
IV.2.2 Le dimensionnement du système de production frigorifique de la chambre
positive en utilisant l’eau froide ................................................................................................... 65
IV.2.2.1 Conditions et hypothèses de fonctionnement de la machine utilisant l‟eau froide ...... 65
IV.2.2.2 Calcul et sélection des différentes parties de la machine ........................................ 65
IV.2.2.2.1 Détermination du compresseur .............................................................................................. 66
IV.2.2.2.2 Détermination de l'évaporateur ........................................................................................... 67
IV.2.2.2.3 Détermination du condenseur ....................................................................................... 68
IV.2.2.2.4 Détermination du détendeur ............................................................................................ 68
IV.2.2.3 Détermination du coefficient de performance ........................................................... 69
positive par fréon direct .................................................................................................................. 69
IV.2.2.1 Conditions et hypothèses de fonctionnement de la machine par fréon direct ............. 69
IV.2.2.2 Calcul et sélection des différentes parties de la machine ........................................ 69
négative ......................................................................................................................................... 73
IV.2.2.1 Conditions et hypothèses de fonctionnement de la machine de la chambre froide ... 73
IV.2.3 LES ORGANES ANNEXES ................................................................................................. 76
PARTIE V ................................................................................................................................................... 78
ETUDE ET DIMENSIONNEMENT DES ECHANGEURS FROIDES ET CHAUDES.............................. 78
V.1 NOTION DE L‟ÉCHANGEUR ........................................................................................................... 79
V.1 INTRODUCTION AUX ECHANGEURS DE CHALEUR ..................................... 79
V.1.1 Généralités. Définitions .................................................................................................. 79
V.1.1.1 Expression du flux échangé ......................................................................................... 79
V.1.1.2 Fonctionnement à co-courant ...................................................................................... 81
V.1.1.3 Efficacité d‟un échangeur ................................................................................................ 82
V.1.1.3.1 Définition et calcul ................................................................................................................... 82
7
Chambre Froide
V.1.1.3.2 Signification du rendement ....................................................................................................... 82

V.1.1.4 Nombre d‟unités de transfert .......................................................................................... 83
V.1.1.4.1 Définition ................................................................................................................................. 83
V.1.1.4.2 Relation entre NUT et efficacité .............................................................................................. 84
V.1.2 Calcul d’un échangeur ........................................................................................................... 84
V.1.2.1 Températures de sorties connues .................................................................................... 84
V.1.2.3 Echangeurs frigorifiques ................................................................................................. 85
V.1.2.3.1 Condenseurs ............................................................................................................................ 85
V.1.2.3.2 Evaporateurs ............................................................................................................................ 86
V.1.2 Procédure du dimensionnement ............................................................................................... 87
V.l.3 Dimensionnement des éléments du système ............................................................................... 88
 Echangeur Froid ........................................................................................................ 88
 Echangeur Chaud ...................................................................................................... 90
PARTIE VI.................................................................................................................................................. 92
ETUDE ET DIMENSIONNEMENT DES TUYAUX ET DU SYSTÈME DU POMPAGE ........................... 92
VI.1 DIMENSIONNEMENT DES TUYAUX ............................................................................................. 93
VI.2 DIMENSIONNEMENT DES AUXILIAIRES ...................................................................................... 93
FIGURE 31: REPRÉSENTATION SCHÉMATIQUE DES CONDUITS ENTRANT ET SORTANT DE
L'ÉVAPORATEUR AVEC LEURS AUXILIAIRES ......................................................................................... 95
1) Pompe du circuit froid ...................................................................................................... 98
 Pompe au travail full load : ........................................................................................ 98
 Pompe au travail 60% load ...................................................................................... 100
2) Pompe de recirculation de l’échangeur froid Figure 39: Point de Fonctionnement du
circuit froid 60% load ...................................................................................................................... 100
3) Pompe de recirculation pour l’évaporateur ................................................................... 101
4) Pompe de recirculation de l’échangeur chaud ............................................................... 102
5) Pompe du circuit chaud .................................................................................................. 103
PARTIE VII ......................................................................................................................................... 105
SYSTÈME DE CONTRÔLE DE L’HUMIDITÉ DANS LES CHAMBRES DE STOCKAGE DES
OIGNONS ............................................................................................................................................... 105
PARTIE VIII ....................................................................................................................................... 107
ETUDE ET DIMENSIONNEMENT DES DIFFERENTS ELEMENTS DE LA TECHNIQUE
« FREE COOLING » ............................................................................................................................. 107
VIII.1 LES TECHNIQUES DE FREE COOLING ............................................................................... 108
VIII.2 LE COEFFICIENT DE PERFORMANCE, COP ..................................................................... 109
VIII.3 DAMPER ECONOMISEUR .................................................................................................... 109
VII.3.1 Travail du damper (volet) .............................................................................................. 109
VIII.3.2 Actionneur du damper ................................................................................................. 111
VIII.4 ETUDE DE CAS ..................................................................................................................... 111
PARTIE VIII ........................................................................................................................................ 120
ETUDE ECONOMIQUE ET ENVIRONNEMENTALE .............................................................. 120
VIII.1 : ETUDE ECONOMIQUE ............................................................................................................. 121
VIII.1.1 : Rendement exérgétique avec dégivrage par l'eau chaude ................................................ 121
VIII.1.2 : Rendement exérgétique sans dégivrage par l'eau chaude et sans l’utilisation de la
méthode de Free Cooling ................................................................................................................. 122
VIII.1.3 : Rendement exérgétique avec l’utilisation de la méthode de Free Cooling ..................... 122
8
Chambre Froide
VIII.2 : ETUDE ENVIRONNEMENTALE ................................................................................................ 123

VIII.2.1 Classifications des émissions .............................................................................................. 123
VIII.2.1.1 Emission directes ........................................................................................................ 123
VIII.2.1.1 Emissions indirectes ................................................................................................... 123
VIII.2.1 GWP, TCEQ ET TEWI ......................................................................................................... 124
CONCLUSION GENERALE ............................................................................................................. 127
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ET SITOGRAPHIQUES .................................................. 128
ANNEXES ............................................................................................................................................... 130
9
Chambre Froide
Liste des figures
Figure 1 : Chambre froide aux anciens siècles. ........................................................................... 31

Figure 2: Représentation schématique du projet. ......................................................................... 32
Figure 3: Calcule de la chambre de congélation par le logiciel .................................................... 51
Figure 4: Calcule de la chambre de réfrigération par système de fréon direct par le logiciel. .... 52
Figure 5: Calcule de la chambre de réfrigération (12 x 12) utilisant l’eau froide par le logiciel. 53
Figure 6: Calcule de la chambre de réfrigération (18 x 12) utilisant l’eau froide par le logiciel. 53
Figure 7: Cycle frigorifique élémentaire ...................................................................................... 64
Figure 8: selectionnement du compresseur du system eau froide ............................................. 66
Figure 9: selectionnement de l’évaporateur du system eau froide............................................. 67
Figure 10: selectionnement du condenseur du system eau froide ............................................. 68
Figure 11: selectionnement du compresseur du système fréon direct ....................................... 70
Figure 12: selectionnement de l‟évaporateur du système fréon direct ......................................... 71
Figure 13: selectionnement du condenseur du système fréon direct............................................ 72
Figure 14: selectionnement du compresseur du système de la chambre froide ........................ 73
Figure 15: selectionnement du compresseur de l’évaporateur de la chambre froide ................ 74
Figure 16: selectionnement du condenseur du système de la chambre froide ............................. 75
Figure 17: Schéma d’un échangeur tubulaire simple .................................................................. 79
Figure 18 : schématisation des fonctionnements à co-courants et à contre-courant. ............... 79
Figure 19: Evolution des températures dans un échangeur tubulaire fonctionnant à contre-
courant........................................................................................................................ 81
Figure 20: Représentation simplifiée des bénéfices engendre par un récupérateur de chaleur.82
Figure 21: Evolution des températures dans un condenseur. ..................................................... 85
Figure 22: Evolution des températures dans un évaporateur noyé.............................................. 86
Figure 23: Evolution des températures dans un évaporateur a détente sèche .............................. 87
Figure 24: Calcule Echangeur Froid ............................................................................................ 88
Figure 25:Resultat Echangeur Froid ............................................................................................. 89
Figure 26: Dimensions Echangeur Froid ...................................................................................... 89
Figure 27: Calcule Echangeur Chaud............................................................................................ 90
Figure 28: Résultat Echangeur Chaud .......................................................................................... 91
Figure 29: Dimensions Echangeur Chaud .................................................................................... 91
Figure 30:Representation schématique du système d‟alimentation d'eau .................................... 94
Figure 31: Représentation schématique des conduits entrant et sortant de l'évaporateur avec leurs
auxiliaires ................................................................................................................... 95
Figure 32:Représentation schématique de l'échangeur d'eau froide ............................................ 95
Figure 33: Représentation schématique d'une pompe principale d'alimentation de l'eau froide .. 96
Figure 34: Représentation schématique du système de dégivrage par l'eau chaude ................... 96
Figure 35: Représentation schématique du circuit Fréon avec échangeur Froid et Chaud .......... 97
Figure 36: Calcule de la pompe du circuit froid (full load) ......................................................... 99
Figure 37: Résultats des pompes du circuit froid (full load) ........................................................ 99
Figure 38: Point de Fonctionnement de la pompe du circuit froid (full load) .......................... 100
10
Chambre Froide
Figure 39: Point de Fonctionnement du circuit froid 60% load ................................................. 100
Figure 40: Point de Fonctionnement pompe de recirculation de l‟échangeur froid .................. 101
Figure 41: Point de Fonctionnement pompe de recirculation pour l‟évaporateur ..................... 102
Figure 42: Point de Fonctionnement pompe de recirculation de l‟échangeur chaud ................. 103
Figure 43: Point de Fonctionnement de la pompe du circuit chaud ........................................... 104
Figure 44: Givre formant sur les ailettes de l‟évaporateur au cours de l‟humidification de l‟air ..... 106
Figure 45: Free Cooling (OFF/ON) .............................................................................................. 110
Figure 46: Régulateur de pression (OFF/ON) ............................................................................. 110
Figure 47: Cooling load en janvier avec et sans “Free Cooling” ............................................... 116
Figure 48: Cooling load en mars avec et sans “Free Cooling”.................................................... 116
Figure 49: Cooling load en août avec et sans “Free Cooling” .................................................... 117
Figure 50: Pourcentage du cout d’électricité des ventilateurs et des compresseurs du cout total
pour chaque mois de stockage de la pomme de terre ............................................ 118
11
Chambre Froide
Liste des tableaux

Tableau 1: Données de conservation des produits ...................................................................... 39
Tableau 2: Taux de renouvellement d'air R dans les chambres .................................................. 44
Tableau 3: Calcul des surfaces intérieures et extérieures ............................................................ 44
Tableau 4: Calcul de corrigée pour la chambre négative ................................................. 45
Tableau 5: Les différentes charges sur la chambre négative ........................................................ 49
Tableau 6: Les fluides frigorigènes les plus répandus et leurs propriétés ................................... 62
Tableau 7:ordre de grandeur de coefficient global de transfet h de divers types d'echangeurs ... 80
Tableau 8: Ordre de grandeur de coefficient globale d'echangepour divers types d'echangeurs
frigorifiques. ............................................................................................................. 87
Tableau 9: Conditions Echangeurs .............................................................................................. 87
Tableau 10: Caractéristiques du fluide utilisé .............................................................................. 87
Tableau 11: Caracteristiques des tuyaux ..................................................................................... 93
Tableau 12: Calcul des pertes de charges et dimensionnement de la pompe du circuit froid ..... 98
Tableau 13 : Calcul des pertes de charges et dimensionnement de la pompe de recirculation
pour l‟évaporateur ................................................................................................ 101
Tableau 14: Calcul des pertes de charges et dimensionnement de la pompe de recirculation de
l‟échangeur chaud ...................................................................................................................... 102
Tableau 15:Calcul des pertes de charges et dimensionnement de la pompe du circuit chaud ... 103
Tableau 16: Propriétés de Produits Stockées ............................................................................. 113
Tableau 17: L'argent économisé en chaque mois...................................................................... 117
Tableau 18: calcul de rendement exérgétique avec dégivrage par l'eau chaude ........................ 121
Tableau 19: calcul de rendement exégétique sans dégivrage par l'eau chaude .......................... 122
Tableau 20: Calcul du rendement exérgétique avec l‟utilisation de la méthode de Free Cooling ... 122
Tableau 21: GWP et ODP des différents Fluides Frigorigènes ................................................. 124
Tableau 22: Calcul de la masse totale de fluide frigorigène utilisé ........................................... 125
Tableau 23: Calcul de la puissance annuelle totale des différents équipements ........................ 126
Tableau 24: Valeur de différentes données pour calculer le TEWI ........................................... 126
Tableau 25: Calcul de TEWI et comparaison entre Liban et France ......................................... 126
12
Chambre Froide
INTRODUCTION
Une enquête menée auprès des agriculteurs de la Vallée de Bekaa nous a permis de
nous imprégner des problèmes majeurs auxquels ces derniers sont confrontés dans leurs
activités quotidiennes. Ces problèmes sont essentiellement liés au manque de moyens
de conservation du produits agricultures et le cout élevé de l'énergie classique. En
effet avec l‟élévation du couts de production du froid et le manque d'équipements, les
produits stockés sont souvent soumis à des contraintes qui accélèrent leur processus
de détérioration.
C'est pourquoi le souci d'améliorer la qualité du produit stocké en répondant aux

normes en vigueur, nous parait suffisamment motivant pour concevoir plusieurs
chambres froides avec un système de dégivrage par l‟eau chaude et un système de la
technique « Free Cooling ».
Par ailleurs, le stockage reste la méthode la plus fiable, son utilisation demande des
équipements de très bonne qualité avec une bonne isolation de la chambre,
car le cout énergétique et environnementale du froid est très cher.
Etant donné la variation de l‟augmentation de la facture d'électricité en fonction des

déperditions de frigories, nous aurons prescrit une meilleure isolation thermique. On
déterminera ses charges thermiques globales pour obtenir la puissance frigorifique
requise. Ensuite cette puissance frigorifique servira de base au dimensionnement des
composants de la machine frigorifique et du système de refroidissement par l‟eau froide
devant absorber cette puissance. Cette machine frigorifique doit amener en parallèle
un système de dégivrage par l‟eau chaude et un système de la technique « Free
Cooling » pour réduire la consommation électrique. Enfin, nous analyserons la
rentabilité économique et l'impact environnèrent du système étudié.
Pour bien mener cette étude, il nous faut faire l'état général des lieux de
l‟agriculture et de ses difficultés au Liban. D'ailleurs cette étude est l'objet de la
première partie du travail présenté.
13
Chambre Froide
PARTIE I
GENERALITES SUR L’AGRICULTURE ET LES

PROBLEMES LIES A L'EXPLOITATION DE SES
PRODUITS
14
Chambre Froide
I.1 L’AGRICULTURE AU LIBAN {1}
I.1.1 Le secteur agricole du Liban
La situation des Libanais demeure fragile puisqu‟au milieu des années 1990, environ
28 p. 100 de la population vivait en dessous du seuil de pauvreté. En 2005, le secteur
primaire occupait 7,3 p. 100 de la population active et constituait 6,5 p. 100 du PIB. Les
surfaces cultivées couvrent environ 30,6 p. 100 du pays et la balance agricole demeure
extrêmement déficitaire. La plaine côtière, cultivée de façon intensive, produit du tabac,
de la vigne et des fruits (oranges, raisin, figues et melons). Les céréales (blé, orge), les
légumes et les fruits (pommes de terre, cerises, prunes, pommes), sont cultivés sur les
portions irriguées de la vallée de la Bekaa. La production de fruits atteint 891 600 tonnes
et, celle de pommes de terre, 355 000 tonnes. Le pavot et la marijuana, cultivés dans la
plaine de la Bekaa, ont constitué une source de revenus importante pendant la guerre
civile.
I.1.2 Les principaux terrains cultivables et leurs infrastructures
Son originalité ne se borne pas là. Sous son étendue restreinte ; le Liban cache une très
grande diversité de paysages et de cultures. En quelques heures de voiture, on peut
traverser successivement les agru- meraies de la plaine côtière, les oliveraies du Chouf
ou du Koura, les vergers de pommiers de la montagne, les vignobles des coteaux de
Zahlé, les champs de légumes et de céréales de la Békaa centrale et les espaces nus et
stériles de la Békaa septentrionale. Grâce aux contrastes d'altitude et de climat, le Liban
peut cultiver à la fois la canne à sucre et la betterave, les cerisiers et les bananiers. Ces
contrastes spatiaux de paysages s'accompagnent aussi de profondes mutations dans le
temps. Volontiers spéculative, l'agriculture libanaise adopte facilement les nouvelles
cultures pourvu qu'elles paraissent rentables. Les célèbres mûriers sur lesquels reposa
longtemps la fortune du Liban ont cédé la place aux agrumes ou aux pommiers ; pour
être le plus visible et le plus connu cet exemple est loin d'être unique.
C'est cette variété de paysages que nous essaierons de décrire ici en étudiant les régions
agricoles du Liban. Nous resterons pour cela dans le cadre classique imposé par le relief
et le climat, cadre qui oppose brutalement les quatre grands ensembles méridiens :
15
Chambre Froide
plaine côtière, montagne libanaise, Bekaa et Anti-Liban. Mais la réalité est moins simple
: l'Anti-Liban est un véritable désert où l'agriculture est négligeable. Au contraire, le
versant occidental du Mont-Liban se divise longitudinale-1. 10.000 km-, dont 324.700
hectares de « terres agricoles » (chiffre établi par Gauthier dans Aspect général de
l'agriculture libanaise, 3 tomes, Rapport présenté au Ministère de l'Agriculture de la
République Libanaise, Beyrouth, 1960-1961 ; nous empruntons à cet excellent ouvrage
une grande partie des chiffres que nous citons)
I.2 TRAITEMENT DES PRODUITS AGRICOLE
I.2.1 Séparation-Nettoyage
L'invention concerne un procédé et un dispositif de séparation de produits agricoles et

d'impuretés, utilisant les différences des poids spécifiques des produits à séparer. La
séparation est réalisée à l'aide d'un liquide, en utilisant les portances différentes, lorsque les
produits à séparer ont des poids spécifiques nettement différents. Lorsque le poids
spécifique du liquide séparateur est insuffisant pour créer la portance nécessaire aux
produits agricoles, on crée un courant agissant contre l'action d'enfoncement due aux
impuretés, pour élever la force de portance sur les produits, de sorte que ceux-ci se
rassemblent en se dirigeant vers la surface du liquide séparateur. On utilise de préférence
l'eau comme liquide séparateur, et on crée le courant à l'aide d'une roue-pompe ou d'une
roue à godets. Le procédé est particulièrement efficace pour la séparation des pommes de
terre et des pommes.
I. 2.2 La réfrigération
La réfrigération dans les termes les plus simples est le refroidissement en évacuant la chaleur.
Il pourrait aussi dire que la réfrigération est le transfert de chaleur d'un endroit où elle n'est pas
demandée à un autre endroit moins répréhensible. La stratégie normale dans la mécanique de
réfrigération est de donner la chaleur au fluide frigorigène, qui transfert la chaleur à un endroit
où elle peut être retirée. La plupart du transfert de chaleur se produit parce que l'état du fluide
frigorigène change. Le réfrigérant liquide dans l'évaporateur absorbe la chaleur latente de
vaporisation, où il passe de l‟état liquide en état vapeur. Le gaz réfrigérant dans le condenseur
rejette la chaleur latente de vaporisation, et qui revient à l‟état liquide. Par ce changement d‟état
16
Chambre Froide
dans ce cycle la chaleur extraite se déplace d'un endroit à un autre.

La réfrigération est l'une des techniques les plus utilisées pour la conservation des
produits agricultures sur place et en transport pour de longues distances. Le
refroidissement doit intervenir le plus tôt possible, c'est-à-dire dès la capture de ses produits,
car la multiplication des bactéries et l'action des enzymes est proportionnelle à
l'augmentation de la température.
CONCLUSION
Pour une conservation des produits agricultures à grande échelle, la méthode de

traitement et de conservation par réfrigération reste la plus utilisée au Liban. Les produits
peuvent rester durant des semaines dans des conditions acceptables. Cependant cette
réfrigération est freinée par deux facteurs majeurs: le cout élevé et la qualité des moyens
d'entreposage et de transport notamment les chambres froides. Sur ces derniers seront axés
la seconde partie de notre étude.
17
Chambre Froide
PARTIE II
ETUDE DES CHARGES THERMIQUES AUTOUR

D'UNE CHAMBRE FROIDE
18
Chambre Froide
II.1 GENERALITES SUR LES CHAMBRES FROIDE [1]
Les chambres froides sont utilisées pour conserver les produits alimentaires dans un bon
état de qualité en vue d'une consommation ultérieure.
Les chambres froides évitent :
 Les pertes de couleurs du produit.

 Les pertes de qualité du produit.
 Les pertes de valeur.
 Les pertes de poids des produits entreposés.
La fabrication et l'installation des chambres froides répondent à des normes de

sécurité et d'hygiène. Les normes en vigueur sont NF E 35-400 pour
l'installation frigorifique et NF C 15-100 pour l'installation électrique.
Le respect de cette norme a une influence primordiale sur la qualité des produits
distribues et la protection du consommateur.
Les calculs d'une chambre froide doivent satisfaire à trois conditions suivant le produit
à traiter
 La température
 L'hygrométrie
 La ventilation
La grandeur physique fondamentale est La température. Ainsi existe-t-il deux types de
chambres froides selon La température à l'intérieur du milieu à refroidir : les chambres
froides positives et les chambres froides négatives.
19
Chambre Froide
II.2 ETUDE DES CHAMBRES FROIDES
II.2.1 Les chambres froides positives ou chambre de réfrigération [2]
Les chambres froides positives permettent le maintien artificiel des produits en dessous de
la température ambiante, à la température optimale pour sa conservation ; et ce au-
dessus de son point de congélation.
La durée de conservation est toujours limitée .Elle est fonction de la nature du produit
et de la température à laquelle il est conserve dans la chambre froide.
Les calculs de température sont établis pour une chambre froide
positive de :
 en local de préparation froide, 10 a12 °C

 en local de réserve sèche, 16 à 20 °C
 en chambre de réfrigération, 0 à 8°C
 en chambre de fruits et légumes, 7 à 15°C
 en local poubelle, 9 à 11°C
La conservation en chambre froide positive freine les phénomènes vitaux des tissus
vivants, tels que ceux des fruits et légumes et des tissus morts en ralentissant les
métabolismes biochimiques. Elle ralentit considérablement l'évolution microbienne et les
conséquences de celles-ci (putréfaction, toxines, etc....).
II.2.2 Les chambres froides négatives
II.2.2.1 La congélation
Dans les chambres froides négatives la température d'une denrée est abaissée à un niveau
tel que la majeure partie de son eau de constitution est transformée en cristaux de glace
plus ou moins gros ; on parle alors de congélation.
II.2.2.2 La surgélation
La congélation peut être suivie d'une surgélation ou congélation rapide. La

surgélation des denrées consiste à soumettre à celles-ci à l'action du froid à basse
température, de façon à provoquer rapidement la cristallisation de I 'eau de la denrée
et abaisser sa température a une valeur suffisamment basse pour que la proportion
d'eau non congelée soit très faible. Les conditions qui motivent la surgélation sont:
20
Chambre Froide
 Produits dans un très bon état de fraicheur et d'hygiène.

 Délai avant congélation réduite
 Congélation rapide jusqu'à -18 °C
 Stockage et distribution à une température supérieure a - l8°C
 Vente de denrées au consommateur à l‟état congelé
II.3 BILAN THERMIQUE D'UNE CHAMBRE FROIDE
Les charges thermiques autour d'un container se résument en deux composantes:

les charges externes et les charges internes.
 Les charges externes :
Elles sont constituées essentiellement de :
 les charges dues aux apports de chaleur par transmission à travers l'enveloppe
de La chambre froide (parois verticales, planchez bas, planchez haut).
 les charges thermiques dues au renouvellement d'air
 les charges thermiques dues à l'ouverture des portes
 Les charges internes :

On les subdivise en deux catégories:
 charges thermiques indépendantes des denrées entreposées
 charges thermiques dues à l'éclairage
 charges thermiques dues aux personnes
 charges thermiques dues à des machines diverses
 charges thermiques indépendantes des denrées entreposées

 charges thermiques dues aux denrées entrant
 charges thermiques dues à l a respiration des produits
 charges thermiques dues aux moteurs des ventilateurs
 charges thermiques dues aux résistances de dégivrage
21
Chambre Froide
II.3.1 Détermination des charges externes
II.3.1.1 Charges thermiques par transmission à travers les parois
Les charges thermiques par transmission sont données par La relation suivante:
(2.1)
: Coefficient global d'échange de chaleur en W / .K
: Aire de La paroi à travers laquelle se fait l'apport d'énergie en
: Ecart de température (en K) propre à chaque paroi entre (température

ambiante de l'air externe) et (température dans la chambre froide).
24 : durée d'une journée en heures
 Coefficient global d'échange de chaleur (K)
Le coefficient global d'échange de chaleur est donne par La formule

suivante
: Coefficient de convection intérieur en W / .K

: Coefficient de convection extérieur en W / .K
: Epaisseur de La paroi j (n parois composées en série) en m
: Conductivité thermique de La paroi j en W/m.K
Les parois des chambres froides étant souvent bien isolées thermiquement, par
souci de simplification, on ne tient compte dans les calculs, que de la résistance
thermique de l‟isolant ⁄ .
K = ⁄ (2.3)
 Surface de transmission de la paroi
La surface de transmission est la moyenne géométrique des surfaces intérieure

et extérieure .
√ (2.4)
 Ecart de température en K
L'écart de température représente La différence des températures entre l'extérieur et

l'intérieur de la chambre froide.
Pour tenir compte des facteurs suivants :
22
Chambre Froide
 les variations de la température extérieure au cours de la journée.

 La durée de l‟insolation des parois en fonction de leur orientation.
 L‟inertie des parois en fonction de leur structure.
 un décalage horaire entre le moment ou La chaleur transmise au local
par les parois est maximale.
 un amortissement par les parois de l'intensité du flux d'énergie à travers les
parois opaques.
On majore les charges par transmission en introduisant un complément d'apport à

travers les parois directement exposées au rayonnement solaire.
(2.5)
=
: Température intérieure de La chambre en °C
: Température extérieure virtuelle en une instante donnée, c'est-à-dire la température

qui produirait en régime permanent, un apport calorifique identique à celui que produit par
les parois extérieures, le régime variable au même instant.
Dans La pratique, on utilise , les annexes AII.l et AII.2 ,donnent les valeurs
de l'écart virtuel de température pour les toits sans plafond et pour les murs , pour une
température de 25°C à l'intérieur des locaux, une température extérieure maximale
de 35°C , une température moyenne de 29°C avec une variation journalière de 12°C et
une radiation solaire correspondant à celle du 21 juillet à La latitude de 40°N .
Pour d'autres conditions, il faut corriger les valeurs dans ces tables et on obtient:
 Correction de l'écart virtuel de température pour les toits [2]
= (( ̅̅̅̅̅ (2.6)
: choisi sur l'annexes A.II.1
LM : le facteur correctif latitude-mois donne par l'annexe A.ll.3

: Un facteur correctif lie à la couleur :
: Si la coloration est sombre
: Si elle est claire.
: La correction de la température interne du local
̅̅̅̅̅ : La correction de la température moyenne extérieure
: Un facteur correctif lie à la présence de ventilateurs ou de conduits en
dessous du plafond.
: S‟il n'y a pas de ventilation et de conduits.
: Si le plafond est isole et une ventilation installée entre le plafond et le
toit
23
Chambre Froide
 Correction de l'écart virtuel de température pour les murs [2]
= (( ̅̅̅̅̅ (2.6)
: est choisi sur l'annexe A.ll.2
LM : Le facteur correctif latitude-mois donne par l'annexe A.ll.3
: Un facteur correctif lie à la couleur
: Pour une coloration sombre
: Pour une couleur médiane (vert, jaune, bleu)
: Pour une couleur claire
II.3.1.2 Charges thermiques par renouvellement d'air
Dans les chambres froides, il est prévu de renouveler plus ou moins l'air
amblant. Ce renouvellement a pour objectif:
 de conserver les denrées dans un bon état de fraicheur
 éliminer les odeurs
 éviter une modification de la composition de l'air due à la respiration des
produits et des personnes.
Il s'agit de la chaleur provenant des entrées d'air par infiltration et par ouverture de la porte.
La quantité d'air admise doit être refroidie de la température extérieure à la température
de la chambre froide, donc constitue une charge thermique donnée par la formule suivante
Où :
 = Quantité de chaleur journalière par renouvellement d'air (kWh).

 V = volume de la chambre froide (en m3).
 = différence d'enthalpie entre l'ambiance dans la chambre froide et l'ambiance
extérieure (Wh/kg). (AII.3)
 = densité de l'air = 1,2 kg/m³.
 n = nombre de renouvellements de l'air sur 24 h.
Pour les chambres froides munies d'un sas, on tient compte d'une température ambiante
extérieure intermédiaire. Exemple : 10 °C.
24
Chambre Froide
est déterminée par le diagramme de Mollier. L'humidité relative de la chambre froide peut
être considérée égale à 90 %. L'humidité relative de l'air extérieur dépend du projet (ex. : 50 %).
Dans le cas où on a différents types de denrées, on peut calculer, tant pour les
denrées avant congélation que pour les denrées après congélation, une capacité
thermique massique moyenne telle que:
∑
∑
II.3.1.3 Charges thermiques par ouverture des portes
Dans le cas d'une chambre froide comportant une seule porte on calcule
simplement la charge thermique par renouvellement d'air. Cependant si la chambre
comporte plusieurs portes il faut calculer la charge thermique due à l'ouverture des
portes. Pour une porte cette charge s'écrit [4]:
[ ( )] [( )]
: Temps d'ouverture des portes exprimés en min /h

: Masse volumique de l'air amblant dans La chambre froide en kg/m3
: Masse volumique de l'air extérieur en kg/m3
: Largeur de La porte en m
: Hauteur de La porte en m
: Enthalpie de l'air extérieur calculée ou lue sur le diagramme de l'air humide
: Enthalpie spécifique de l'air intérieur de La chambre froide, calculée ou
lue sur le diagramme de l'air humide,
: Coefficient de minoration dû à la présence éventuelle d'un rideau d'air,
dans le cas d'une porte sans rideau tandis que dans le cas
d'une porte avec rideau .
 Détermination du temps d'ouverture des portes [4]
(2.10)
: Durée moyenne d'ouverture des portes (aller et retour) pour permettre le

passage des marchandises en minute par tonne (min/tonne).
: Flux journalier des marchandises en tonne/jour. Le flux journalier de
25
Chambre Froide
marchandises se détermine par expérience sur La base de la contenance

totale de La chambre froide en kg.
II.3.2 CHARGES THERMIQUES INTERNES

On les classe en deux catégories : les charges thermiques indépendantes des denrées
entreposées et les charges thermiques dépendantes des denrées entreposées.
II.3.2.1 Charges thermiques indépendantes des denrées entreposées
II.3.2.1.1 Charges thermiques dues à l'éclairage
La charge thermique apportée par les lampes est données par [2] :
 Pour les lampes à incandescence
W : Puissance unitaire des lampes en kW

n : Nombre de lampes
t : Temps d'éclairage en heures par jour.
 Pour les lampes fluorescentes
W : Puissance unitaire des lampes en kW

n : Nombre de lampes
t : Temps d'éclairage en heures par jour.
1,25 : (0,25 tient compte de la puissance absorbée par le ballast des lampes fluo)
 En utilisant l‟éclairage de LED, il est suffi d‟installer 2 projecteurs de 35 watt

chacun pour éclairer une surface de 72 .
II.3.2.1.2 Charges thermiques dues aux personnes
La charge thermique due aux personnes se calcule par la formule:

( ) (2.13)
N : Nombre de personnes
: Puissance totale émise par individu en kW (sensible+ latente)
t : Temps de séjour en heures.
26
Chambre Froide
II.3.2.1.3 Charges thermiques dues à des machines diverses

Ces machines peuvent être très diversifiées : matériel roulant, étuves, cutters,
hachoirs etc.
On a:
i : Nombre de matériels roulants d'un type donne;

P : Puissance totale de chaque type de matériel roulant en kW.
t : Durée de fonctionnement du matériel roulant pris en compte en heures.
II.3.2.2 Charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées
II.3.2.2.1 Charges thermiques dues aux denrées entrant
Cette charge résulte du fait que les produits introduits dans La chambre froide sont
toujours à une température supérieure à celle de la chambre et ils dégagent une
certaine quantité de chaleur. Dans le cas d'une congélation et un refroidissement
après congélation, la charge thermique se répartit comme suit:
 refroidissement de à
: Température des denrées avant introduction dans la chambre froide
: Température de congélation des denrées
 : congélation de l'eau physiologique
 refroidissement de la denrée de à
En plus de ces charges il faut ajouter la charge due aux emballages si les produits sont
emballés
Donc on a:
(2.20)
27
Chambre Froide
m : masse des denrées

: Chaleur massique de la denrée avant congélation donnée par La formule
suivante.
a : Teneur en eau de la denrée (en%)

b : Teneur en matière solide (en%)
: Chaleur massique de la denrée après congélation
: Chaleur latente de congélation de la denrée en J/kg donnée par :
(a précédemment défini)
: Masse des emballages en kg

: Chaleur massique du matériau d'emballage
II.3.2.2.2 Charges thermiques dues à la dissociation chimique des produits
La modification physicochimique des tissus après la mort sous l'action des liquides
biologiques est un processus qui dégage de la chaleur. Cette quantité de chaleur
est donnée:
m : Masse des denrées en kg

: Chaleur de fermentation ou de dissociation chimique (kJ /kg)
II.3.2.2.3 Charges thermiques dues aux moteurs des ventilateurs
Dans les chambres froides les moteurs des ventilateurs utilisés pour assurer un
brassage et une circulation efficace de l‟air au niveau des évaporateurs, dégagent
une puissance thermique donnée par La relation suivante [2]:
On tient compte d'une puissance de 30 W/m² de chambre froide.
= (2.23)
Où :
= quantité de chaleur journalière dégagée par les ventilateurs de l'évaporateur (kWh).
S = surface intérieure de la chambre froide (m²).
28
Chambre Froide
II.3.2.2.4 Charges thermiques dues aux résistances de dégivrage
Dans les chambres froides négatives, il faut prévoir un système de dégivrage

pour les évaporateurs pour conserver La bonne puissance frigorifique. Le dégivrage induit
des charges thermiques données par:
en Wh (2.24)
E : Puissance calorifique de chaque résistance de dégivrage en W

n : Nombre de résistances électriques,
t : Temps de fonctionnement du système de dégivrage
II.3.4 Charge frigorifique effective
La charge frigorifique effective est La somme de toutes ces charges

précédemment déterminées.
Pour tenir compte des pertes éventuelles non calculables, on majore de 3% à 5%
.05] (2.25)
CONCLUSION
L'étude thermique a permis de mettre en exergue l 'ensemble des charges

thermiques susceptibles d'être prises en compte dans les calculs thermiques du
container. Ces charges étant très difficiles à déterminer proprement, il s'avérera
nécessaire dans La phase de conception, de faire des hypothèses afin de simplifier les
calculs. Ainsi La partie suivante est dédiée aux calculs propres de ces charges.
29
Chambre Froide
PARTIE III
ISOLATION DE LA CHAMBRE FROIDE ET

CALCUL
DES CHARGES THERMIQUES
30
&KDPEUH)URLGH
,,, &+2,;'(/$&+$0%5()52,'(
)LJXUH&KDPEUHIURLGHDX[DQFLHQVVLqFOHV

7\SHG
HQFHLQWHGHFRQVHUYDWLRQ
6XLYDQWODFDSDFLWpGHFRQVHUYDWLRQQpFHVVDLUHGHVSURGXLWVFXOWLYpVTXLGRLYHQWVHVWRFNHUSDU
FKDTXHVDLVRQHWODWHPSpUDWXUHHWOெKXPLGLWpFRQYHQDEOH
'DQVQRWUHSURMHWOெpWXGHHVWGHFRQVWUXLUHXQJURXSHGHFKDPEUHVIURLGHVSRXUDVVXUHUOHV
EHVRLQVGHVWRFNDJHGHVSURGXLWVDJULFXOWXUHVGDQVQRWUHUpJLRQ
3UpFDXWLRQVjSUHQGUHDXQLYHDXGHO
XWLOLVDWLRQGHO
HQFHLQWH
5pGXLUHODIUpTXHQFHHWOHVWHPSVG
RXYHUWXUHGHVSRUWHVGHVHQFHLQWHVSHUPHWGHUpGXLUHOHV
FRQVRPPDWLRQVpQHUJpWLTXHVDXQLYHDXGHO
pYDSRUDWHXUHWGHVRQGpJLYUDJH
,6$(OH&1$0 -$%(52WKPDQ

Chambre Froide
III.1.1 Les caractéristiques techniques (matériaux, dimensions,) [3,4]
Matériaux et caractéristiques
Dans le bilan thermique l'isolation des parois prennent une importance relative élevée. (Cas des
chambres de conservation de longue durée).
Des ordres de grandeur à atteindre pour les coefficients de transmission thermique sont :
 0,350 à 0,263 W/m²K en stockage réfrigéré,

 0,263 à 0,162 W/m²K en stockage surgelé.
Pour des raisons hygiéniques, on évitera la formation de condensation; c'est pour cela qu'il est
nécessaire de prévoir une isolation suffisante et placée correctement. Enfin, l'optimum des gains
annuels suite à une meilleure isolation interviendra en tenant compte à la fois des coûts liés à la
consommation (diminution), à l'investissement dans l'isolation (augmentation) et la machine
frigorifique (diminution).
Dimensions
Le dimensionnement de notre groupe de chambre froide est suivant ce modèle.
Figure 2: Représentation schématique du projet.
32
Chambre Froide
III.1.2 Amélioration et Aménagement à faire
 L'intérieur de la chambre:
Notre étude sera faite sur un groupe de chambres froides comme on a montrait au-dessus.
Dans les chambres froides positives, de congélation, ou de réfrigérations
directes des produits qui comporte ; on mit en place :
 le caisson avec l'évaporateur et le système de dégivrage

 la porte principale pour chaque chambre froide. (Voir Annexe AIII.l).
 Un éclairage intérieur, réalise par des projecteurs de LED.
 Un dispositif de sécurité permettant d'ouvrir La porte et un
interrupteur d'alarme de sécurité doivent être installes à l'intérieur des
chambres froides
L'extérieur de la chambre
 une espace pour équipements frigorifiques et électriques
 les compresseurs
 les condenseurs
 les échangeurs froids et chauds
 le système de pompage
 les organes annexes
 les armoires électriques de puissance et de commande.
III.2 ISOLATION DE LA CHAMBRE FROIDE
III.2.1 Généralités sur l'isolation
L'isolation permet de diminuer le cout des frigories produites. Les isolants limitent les
échanges thermiques entre le milieu extérieur et le milieu intérieur. Une bonne
isolation s'impose donc pour le container afin de réduire les apports thermiques.
Un bon isolant doit :
 avoir une faible densité
 avoir une très faible conductivité thermique
 avoir une bonne résistance à la diffusion de La vapeur
 être non hygroscopique
 être imputrescible
33
Chambre Froide
 être résistant, et stable entre certaines limites de température

 être ininflammable
 être sans action sur le fer ou les matériaux en contact
 être d'un prix raisonnable
 conserver constante dans le temps, ses qualités d'isolation
La performance de l'isolation augmente si l'isolant contient une certaine quantité

d'air car l'air est le meilleur isolant s'il est sec et au repos
La grandeur qui permet de mesurer la qualité d'un isolant est la conductivité
thermique (A.) en ou en
III.2.2 La conductivité thermique ou coefficient de conductibilité des matériaux
La conductivité thermique ( intervient dans la formulation de la loi de

Fourier pour la conduction de la chaleur. Pour un système unidimensionnel, on
a la relation:
(3.1)
: Flux de chaleur en Watt

A: Surface perpendiculaire à la direction en
: Gradient de température suivant x (k/m)
: Conductivité thermique du corps en
Elle est la grandeur introduite pour quantifier l'aptitude d'un corps à conduire de
la chaleur. Elle représente la quantité de chaleur transférée par unité de temps et
par unité de surface sous l'action d'un gradient de température entre les deux
extrémités d'une paroi quelconque.
Elle dépend essentiellement de la nature du matériau. La valeur de varie avec
la température, ma1s en pratique on la considère souvent comme constante. La
conductivité thermique détermine le choix de l'isolant, plus est faible plus
on a une bonne isolation. Pour les isolants varie de 0.025 à 0.093 .
34
Chambre Froide
III.2.3 Les types d'isolants [5]
Les matériaux les plus utilisés comme isolant sont :

 Le liège
 Prix élevé
 Bonne résistance mécanique et stable dans le temps
 Masse volumique : 110 à 130 kg/m3
 Conductivité thermique : 0.044
 La fibre de verre
 Bonne résistance à l'effritement
 Masses volumiques les plus utilisées en isolation frigorifique :
22 kg/m3 (Panneaux semi rigide PI 156), et 29 kg/m 3 (panneaux
rigides PSF).
 Conductivité thermique: 0.035
 Le polystyrène expansé
 Prix moyen
 Résistance mécanique moyenne
 Stable dans le temps
 Isolation et pare-vapeur très bon mais inflammable et léger
 Masse volumique : 20 à 30 kg /m3
 Les mousses de polyuréthanne

 Masse volumique: 30 à 40 Kg/m3
 Conductivité thermique : 0. 027
 Prix moyen
 Leger
 Résistance mécanique moyenne
 Stable dans le temps
 Les caoutchoucs mousses

 Isolation des circuits frigorifiques et gaine d 'air
35
Chambre Froide
 Masse volumique: 90 Kg/m3 (tube) et 113 kg/m3 (plaque)

 La Laine de verre
 Très bon isolant thermique et acoustique
 Un des matériaux d'isolation les moins chers du marche
 Incombustible et résistante au feu
 Durée de vie élevée
 Non utilisée pour le sol
 La Laine de roche
 Très bon isolant
 Cout acceptable
 Masse volumique : 21 à 250 kg/m3
III.2.4 Les normes d’isolation
L'isolation d'une chambre froide a une importance capitale sur le fonctionnement

général de l'installation. Trop faible, elle facilite l'entrée de chaleur par conduction à
travers les parois et l'augmentation du temps démarche du compresseur.
L'isolation doit limiter le coefficient global de transmission thermique à 0.36
à travers toutes les parois du container.
III.2.5 Le choix de l'isolant pour la chambre froide
A cause de ses qualités intéressantes et son cout abordable on prend comme isolant la
mousse de polyuréthane dont les caractéristiques sont :
 Conductivité thermique : 0.027
 épaisseur à mettre : compatible avec les normes d'isolation (déterminée
au niveau de la section III.2.4)
 mode de construction : panneaux en sandwich à âme isolante en mousse
de polyuréthane (Annexe AIII.2)
36
Chambre Froide
III.3 LES DONNEES DE BASE POUR LA CONSERVATION
Les données de base sont indispensables pour la détermination de La puissance

frigorifique de l'installation et par suite le dimensionnement des différents
composants de l'installation.
III.3.1 Enveloppe
La production de froid est fortement influencée par l'enveloppe de la chambre. Car

ce dernier procure si elle est bien réalisée, moins de pertes thermiques. C'est
pourquoi le dimensionnement de cette enveloppe doit préoccuper tout concepteur de
chambre froide surtout dans nos régions doit les échanges par transmission à travers
les parois constituent l'essentiel des pertes.
III.3.2 Lieux et Orientation de la chambre froide
Il sera installé dans les zones à fortes activités de l‟agriculture ou les produits cultivés
sont directement exploités après cueillir. Par exemple on peut considérer le cas de la
vallée de Bekaa
III.3.3 Construction de l'isolation de la chambre
Apres avoir effectué le choix de l'isolant, son épaisseur doit être calculée pour
chaque paroi de façon à limiter le coefficient d'échange global a 0.36 .
 Isolation des parois verticales et du plafond (Voir annexe AIII.2)

La construction de l 'isolation des parois verticales et du plafond sera réalisé à l'aide
des parois en sandwich constitue de :
 L'ossature de la chambre en béton

 Face extérieure et intérieure en béton, dont les caractéristiques sont :
 Epaisseur : épaisseur calculé de Mousse de Polyuréthane (sandwich panel)
 Conductivité thermique équivalente : .
(3.2)
∑
Pour une paroi de chambre froide on adopte :
37
Chambre Froide
0.12
Donc l'épaisseur de l'isolant à mettre est:
 Pour diminuer les échanges d'humidité entre l'intérieur et l'extérieur, on

installe du côté de la paroi un écran pare-vapeur dont la perméabilité doit être
inferieure a :
 1 g/m2 pour les chambres positives
 0.002 g/m2 pour les chambres négatives
Ces écrans pare-vapeur doivent être imperméables, sans action sur les matériaux en
contact et ininflammables. Les matériaux les plus utilisés sont l'aluminium, le
plastique et le feutre bitumeux et les résines polymérisables. Dans notre projet, on utilise
les résines polymérisables.
 Les panneaux du sol

Les panneaux du sol doivent :
 avoir une résistance mécanique capable de supporter des charges de stockage et
de roulement
 avoir une épaisseur de 50 cm de béton plein.
 avoir une légère pente d‟écoulement pour permettre le nettoiement
 Isolation des portes

Les portes seront des panneaux en sandwich avec les caractéristiques suivantes :
 Dimensions : 2000x2000 mn
 Faces inferieures et extérieure en tôle en acier galvanisée laquée de 0.63
mm, de couleur blanche identique à RAL 9002.
 Une âme isolante en mousse de polyuréthane, injectée entre les deux rôles de part
et d'autre de la paroi de la chambre et possédant une densité de 40 kg/m3 et une
38
Chambre Froide
conductivité thermique de 0,027 W/m2 .C. L'épaisseur calculée vaut 187.34 mm
Les portes doivent comporter les accessoires suivants :

 des joints d'étanchéité
 un rideau d'air, commande par un contact de porte, qui évite que lors de
l'ouverture des portes, de l'air froid et sec ne s'échappe par le bas et que l'air
chaud et humide ne pénètre par le haut. Il sert aussi de barrière anti-insectes car il
maintient une pression supérieure à l'air du local refroidi.
III.3.4 DONNEES D'EXPLOITATION

Elles comprennent :
1. les Types de produits et la charge maximale
2. la température intérieure de conservation
3. le degré hygrométrique de conservation
4. la durée journalière de marche des machines
III.3.4.1 Types de produits et charge maximale [6]
• Type de produis:
Pomme, Pomme de terre, oignon, raisin
Denrées Pomme Pomme de Oignon Raisin viande

terre
Température Entreposage ( ) 0 0 0 0 -18
Humidité relative (%) 85-90 90-95 70-75 90-95 85-90
Durée Entreposage 3-8 mois 4-8 mois 3-6 mois 1-6 mois 6-12 mois
Point de congélation ( ) -2 -1.7 -1.1 -3 -2.2
Chaleur massique avant la 3.59824 3.43088 3.89112 3.59824 3.34
solidification (kJ/kg.K)
Chaleur Massique après la 1.8828 1.79912 1.96648 1.84096 1.74
solidification (kJ/kg.K)
Chaleur congélation (kJ/kg) 1.6736 7.5312 0.8386 0.6276 245
Tableau 1: Données de conservation des produits
39
Chambre Froide
 Charge maximale :
La contenance maximale totale d'une chambre froide est donnée par la formule suivante [4]:
= A. h. . en kg (3.4)
A : Surface de la chambre froide en m2
h : Hauteur maximale de gerbage en m
: Densité d'entreposage en (annexe AIII.3)
: Coefficient d'occupation au sol des marchandises (tenant compte des passages, des
espacements à respecter entre les caisses palettes), en% (annexe AIII.4)
1. Chambre de réfrigération
2. Chambre de réfrigération utilisant l‟eau froide
3. Chambre de réfrigération par système de fréon direct
1. Chambre de congélation
A = 5 m x 3 m = 15
h = 2.5 m, en tenant compte des revêtements au sol et au plafond.
D'après l'annexe A.III.3, on adopte pour le poisson et la viande

D'après l'annexe A.III.4, pour un entreposage de marchandises congelées palettisées a
rotation rapide, on prend : = 0,5
Donc la charge maximale de la chambre froide négative est :
= 15*2.5*350*0.5 = 6562.5 kg
2. Chambres de réfrigération utilisant l‟eau froide
= 12 m x 12 m = 144
h = 6 m, en tenant compte des revêtements au sol et au plafond. D'après
l'annexe A.III.3, on adopte comme valeur maximale de densité tel que
D'après l'Annexe A.III.4, pour un entreposage de marchandises réfrigérées palettisées

a rotation rapide, on prend :
40
Chambre Froide
Donne la charge maximale est:
155520 kg
= 18 m x 12 m = 216
h = 6 m, en tenant compte des revêtements au sol et au plafond. D'après

l'annexe A.III.3, on adopte comme valeur maximale de densité tel que

233280 kg
3. Chambre de réfrigération par système de fréon direct
A= 12 m x 12 m = 144
D'après l'annexe A.III.3, on adopte pour l‟oignon tel que

144*6*0.45* = 110808 kg
Charge journalière :
Cette charge représente la masse de denrées introduites chaque jour
régulièrement, dans la chambre froide (tolérance 20%).
41
Chambre Froide
a) Si La charge a lieu un jour par semaine seulement, on divise cette charge totale par
2.
b) Si 1‟on introduit des denrées deux jours par semaine seulement, on divise la
charge totale par 3.
c) Si l'on introduit des denrées 3 a 4 jours par semaine et que la masse
totale de deux introductions successives dépasse la moitié de la charge
hebdomadaire on divise cette charge hebdomadaire par 4
d) Si l'introduction a lieu 4 jours par semaine et que la masse totale de deux
introduction successives est inferieure a la moitié de la charge hebdomadaire on
divise celle-ci par 6.
III.3.4.2 Conditions intérieures de conservation
Chambre de congélation
Température intérieure de conservation : -18
Degré hygrométrique maximale : 90 %
Durée journalière de marche des machines : 16 heures par 24 heures
Chambre de réfrigération utilisant l’eau froide

Température intérieure de conservation :
Chambre de réfrigération par système de fréon direct

Température intérieure de conservation :
III.3.4.3 Données climatiques extérieures
Les données climatiques extérieures sont difficiles à déterminer pour La raison

suivante : La complexité de la variation au cours d'une journée, d'une saison,
d'une année et même de la situation géographique d'une localité. Cependant les
données météorologiques nous permettent d'obtenir des températures maximales
annuelles de différentes localités au Liban en 2010 (Annexe AIII.3).
Ainsi notre démarche consistera à identifier d'abord La latitude du site, le mois le
plus chaud, puis les conditions extérieures de base : température et humidité relative
42
Chambre Froide
correspondantes.
Latitude : 51 °N
Température extérieure maximale : 38°C (au mois de juin)
Humidité relative maximale : 68.5 %
III.3.4.4 Atmosphère dans les chambres froides
1. Brassage d'air
Le brassage d'air joue un rôle important pour une chambre froide. On estime
l 'importance des mouvements d'air d'une chambre froide par un coefficient Cb de
brassage (rapport entre le volume d'air brasse par les ventilateurs en une heure et le
volume intérieur de la chambre vide). Dans une chambre de conservation ce coefficient
varie entre 20 et 30.
Il permet de déterminer le débit volumique d'air brasse par les ventilateurs. On adopte
en moyenne pour les chambres de même volume:
;
;
;
Comme
Donc :
551.25
24192
38880
2. Renouvellement d'air
Le renouvellement d'air est indispensable pour une chambre froide. En effet les
produits entreposes dégagent des substances qui altèrent la composition chimique de
l 'atmosphère. Un renouvellement d'air insuffisant peut entrainer une détérioration
prématurée des denrées.
Ce renouvellement consiste à introduire dans la chambre froide de l'air prélevé à
l'extérieur et à rejeter simultanément un volume égal d'air vicie ( l ‟ air neuf doit avoir
des caractéristiques de température et d'hygrométrie sensiblement égales à celles de l 'air
rejeté).
43
Chambre Froide
Dans la pratique, On utilise le taux de renouvellement d'air R. II est donne dans
l'annexe AIII.5 en fonction du volume de la chambre froide en m3 et du type de

conservation (congélation ou réfrigération).
Par interpolation dans le l'annexe A III.5, on obtient le Tableau 2 :
Local Volume (m3) R (m3/h)

Chambre négative de
37.5 25
dimensions (5*3*2.5)
Chambre positive de
864 2.7
dimensions (12*12*6)
Chambre positive de
1296 2.2
dimensions (18*12*6)
Tableau 2: Taux de renouvellement d'air R dans les chambres
III.4 CALCUL DES CHARGES

III.4.I Calcul des charges externes
III.4.I.I Charges thermiques par transmission à travers les parois
Le calcul manuel est fait pour la chambre de congélation, puis le même calcul est fait
par le logiciel de calcule des déperditions des chambres froides. Après, on fait une
comparaison par les 2 calcules.
 Chambre de congélation
Ces charges concernent :

Le plafond,
Le planchez ou sol (mais par hypothèse, on considère qu'il n'y a
pas d'apport), Les deux parois verticales orientées Nord et SUD,
Les deux parois verticales orientées Ouest et Est.
Soient et les surfaces intérieure et extérieure de ces différentes parois.
Les calculs de surfaces d'échange sont donnes dans le Tableau 3.
Plafond (5*3)= 9 (5.2*3.2)=16.64

Chambre de Paroi Nord (5*2.5)= (5.2*2.7)=
réfrigération Paroi SUD (5*2.5)= (5.2*2.7)=
négative Paroi Ouest (3*2.5)= (3.2*2.7)=
Paroi Est (3*2.5)= (3.2*2.7)=
62
Tableau 3: Calcul des surfaces intérieures et extérieures
44
Chambre Froide
D'après l‟équation (2.1), on a:
S=√
S= √
S =
III.4.1.2 Complément d'apport par transmission à travers les parois exposées

directement au rayonnement solaire (Annexe III.6 ; Annexe III.7)
Il s'agit:
Le plafond
La paroi SUD
La paroi OUEST
La paroi NORD
Surface (5.2*3.2)=16.64
33
Plafond {(+LM). ̅̅̅̅
= (((33+ (-0.275)) x 0.5) + (25.5-(-18)) + (38-29.4) x1)
=68.4625
Surface (5.2*2.7)=
Parois 18
{( +LM). ̅̅̅̅
SUD
= {(18 + (-3.8)) x 0.65 + (25.5-(-18)) + (38-29.4) x 1
= 61.33
Surface (3.2x2.7)=
Parois 26
{(+LM). ̅̅̅̅
OUEST
= {(26 + (-0.65) x .65 + (25.5-(-18)) + (38-29.4) x 1)
= 77.6775
Surface (5.2*2.7)=
Parois 16
{(
+LM). ̅̅̅̅
NORD
= ((16 + (-3.725) x 0.65 + (25.5-(-18)) + (38-29.4) x 1)
= 65.67875
Tableau 4: Calcul de corrigée pour la chambre négative
45
Chambre Froide
Soit la charge totale correspondante pour une journée de 24h dans la

chambre positive utilisant l‟eau froide, d‟après l'équation (2.5) on a :
= 24.K.S. en Wh
= 24 x 0.36 x ( (16.64 x 68.4625 )+( 61.33 ( x
77.6775 )
28778.435568 Wh = 103602.3680448KJ/j
III.4.1.3 Charges thermiques par renouvellement d'air
= Quantité de chaleur journalière par renouvellement d'air (kWh).

V = volume de la chambre froide (en m3).
= différence d'enthalpie entre l'ambiance dans la chambre froide et l'ambiance
extérieure (Wh/kg).
= densité de l'air = 1,2 kg/m³.
n = nombre de renouvellements de l'air sur 24 h.
Le nombre de renouvellements de l'air sur 24 h est difficile à déterminer. Il dépend de

l'appareil et de la fréquence d'ouverture des portes. Des fabricants ont établi des tableaux
qui résultent d'analyses statistiques.
On peut également utiliser la formule suivante :
n= , pour les chambres positives
n= , pour les chambres négatives
Remarque importante.
La manière de calculer (la quantité de chaleur journalière par renouvellement d'air) ci-
dessus est indicative. Elle est basée sur des analyses statistiques pour le nombre de
renouvellements de l'air sur 24 h et sur des valeurs forfaitaires d'humidité relative de l'air
extérieur (selon la température).
46
Chambre Froide
III.4.1.4 Charges thermiques par ouverture des portes ( )
Dans le cas d'une chambre froide comportant une seule porte on calcule simplement la
charge thermique par renouvellement d'air. Cependant si la chambre comporte plusieurs
portes il faut calculer la charge thermique due à l'ouverture des portes. Dans notre cas
on a une seule porte dans chaque chambre donc :
III.4.2 CHARGES INTERNES

III.4.2.1 Charges thermiques indépendantes des denrées entreposées
III.4.2.1.1 Charges thermiques dues à l'éclairage
Le niveau d'éclairement moyen à atteindre dans les lieux de stockage est de 125 à 250 lux.
Les fabricants prévoient, en général, une puissance de 10 W/m².
Où :
Quantité de chaleur journalière dégagée par l'éclairage (kWh).
t = durée de la présence humaine dans la chambre froide (h).
 On prend pour la chaque chambre positive utilisant l‟eau froide de surface de15 .
On installe un projecteur de LED de puissance 35W
III.4.2.1.2 Charges thermiques dues aux personnes

La charge thermique due aux personnes se calcule par la formule (2.12):

Chambre négative
Occupants : 2 personnes (travail actif)
t = 4 h par jour
= 4 x 407 x 2 en Wh
= 3.256 KWh
III.4.2.2 Charges thermiques internes dépendantes des denrées entreposées
47
Chambre Froide
III.4.2.2.1 Charges thermiques dues aux denrées entrant
= mc (
mc'(
Donc on a:
mc( mc'(
m = charge journalière
m = 2180 kg
c = 3.34kJ /kg. K
c' = 1.74 kJ/kg. K
= 245 kJ/kg
= 20° c
= -2.2° c
= -18°C
= m x c x (0- (-2.2)) = 2180 x 3.34 x2.2 = 16018.64 KJ /jour
=mx = 2180 x 245= 534100 KJ/jour
= m x c' x ((-2.2) - (-18)) = 59932.56 KJ /jour
: sera pris forfaitairement égal à 8% de
= x 0.08 KJ/jour
= 1281.4912 KJ /jour
= 611332.6912 KJ /jour
= 7.07561 KWh
III.4.2.2.2 Charges thermiques dues à la respiration
Les fruits et légumes sont des organismes vivants qui respirent. Ils dégagent donc de la chaleur.
On considère une chaleur dégagée moyenne de 1,4 Wh/kg/24 heures.
=
Où :
= quantité de chaleur journalière produite par la respiration des fruits et légumes (kWh).
P = poids des denrées de la chambre froide (kg).
48
Chambre Froide
Pour la chambre de congélation pas de chaleur de respiration pour les produits.
III.4.2.2.3 Charges thermiques dues aux moteurs des ventilateurs
On tient compte d'une puissance de 30 W/m² de chambre froide.
= (2.22)
Où :
= quantité de chaleur journalière dégagée par les ventilateurs de l'évaporateur (kWh).
Dans les chambres négative, on installe 3 ventilateurs de 0.5 KW chacun démarrant 16 heures
par jour
=
III.4.2.2.4 Charges thermiques dues aux résistances électriques du système de

dégivrage
III.4.3 PUISSANCE FRIGORIFIQUE
1 Denrées à refroidir et contenant 7.07561KWh

2 Conduction sans apports solaires
3 Compléments apports solaires 14.43264KWh
4 Dégivrage 0.75 KWh
5 Renouvellement d'air 26.58KWh
6 Personnel 3.256 KWh
7 Eclairage 0.035 KWh
8 Moteur ventilateur de brassage d'air 1.5KWh
9 Facteur de sécurité (10%) 25.718925 KWh
10 Charge quotidienne 282.908175 KWh
Tableau 5: Les différentes charges sur la chambre négative
Durée de fonctionnement du compresseur : 18 heures par 24 heures

Puissance frigorifique : ̇
49
Chambre Froide
50
Chambre Froide
 Calcule des déperditions par le logiciel de la chambre de congélation
Figure 3: Calcule de la chambre de congélation par le logiciel
51
Chambre Froide
Ce calcule a été fait manuellement ; on introduise un autre calcul par un logiciel des chambres
froides.
Les résultats obtenus donnent une erreur de 6.6%, c‟est dû aux calculs qu‟on ne peut pas trouver
par le calcul manuel.
Pour les autres chambres, on trouve les puissances frigorifiques à installer par le logiciel.
 Chambre de réfrigération par système de fréon direct
Figure 4: Calcule de la chambre de réfrigération par système de fréon direct par le logiciel.
Dans chaque chambre, on installe de systèmes égaux de puissance frigorifique égale à la moitié
de la puissance frigorifique totale.
52
Chambre Froide
 Chambre de réfrigération utilisant l’eau froide

Chambre de dimension 12 x 12
Figure 5: Calcule de la chambre de réfrigération (12 x 12) utilisant l’eau froide par le logiciel.
Dans les chambres de dimensions 12 x 12, on installe deux évaporateurs donnant une puissance
frigorifique égale à la puissance frigorifique totale.
Chambre de dimension 18 x 12
Figure 6: Calcule de la chambre de réfrigération (18 x 12) utilisant l’eau froide par le logiciel.
53
Chambre Froide
Dans les chambres de dimensions 18 x 12, on installe trois évaporateurs donnant une
puissance frigorifique égale à la puissance frigorifique totale.
 On a 6 chambres froides et un couloir dont la puissance totale est de :
Les puissances frigorifiques étant connues il faut maintenant, dimensionner les

installations frigorifiques destinées à absorber cette puissance dans les conditions
climatiques les plus défavorables. Ainsi l'étude de ces systèmes frigorifiques est l'objet
de la partie IV qui suit.
54
Chambre Froide
PARTIE IV
DIMENSIONNEMENT DES SYSTEMES

FRIGORIFIQUES
55
Chambre Froide
L'étude thermique nous a permis de détenir la puissance frigorifique de

l'installation. Il devient donné possible d'étudier le système de production de
froid à mettre en place. Mais auparavant nous allons élucider les notions de chaleur
et de froid.
1) La chaleur
La chaleur est une forme d'énergie. C'est la sensation perçue par nos organes de
sens lorsque nous sommes placés devant le feu ou un corps incandescent. La
chaleur se manifeste également lors du passage du courant électrique dans une
résistance, lors de la compression brusque d'un gaz, lors de certaines réactions
chimiques, etc.
2) Le froid
C'est la sensation que fait éprouver l'absence, la perte ou la diminution de la
chaleur. Le froid est à la chaleur ce que l'obscurité est à la lumière. Le froid
est un terme négatif. Il indique simplement l'absence ou la diminution de la
chaleur.
IV.1 PRODUCTION DE FROID
IV.1.1 Généralités sur les moyens de production de froid

Il existe trois modes principaux de production de froid.
 Mélange réfrigérant,
 Détente d‟un gaz comprime,
 Evaporation d'un liquide pur.
 Mélanges réfrigérants
La dissolution de certains sels dans certains liquides nécessitant une absorption
de chaleur, cette dissolution sera productrice de froid.
 Détente d'un gaz comprimé
La compression d'un gaz élevant sa température, réciproquement la détente
d'un gaz comprimé abaissera la température du gaz détendu; c'est sur ce
principe que sont basées les machines permettant la liquéfaction des
composant de l'air (azote, oxygène, néon, etc.).
 Evaporation d'un liquide pur
L'évaporation d'un liquide se fait par apport de chaleur, refroidissant ainsi le
milieu dans lequel il se trouve. C'est le seul moyen utilisé pour les besoins
industriels en réfrigération, congélation et conditionnement d'air.
56
Chambre Froide
IV.1.2 LA MACHINE DE PRODUCTION DE FROID
Notre choix porte sur une machine à évaporation et compression d'un gaz
liquéfiable. Cette machine est la plus utilisée dans les processus industriels
de production de froid. Son principe de fonctionnement est décline ci-dessous.
L'évaporation d'un liquide appelé fluide frigorigène produit le froid.
Pratiquement on récupère les vapeurs évaporées et par compression et
refroidissement, on le fait revenir à l'état liquide pour qu'il puisse s'évaporer à
nouveau.
Les parties essentielles d'une telle machine sont: L'évaporateur, le compresseur,
le condenseur, le détendeur et les organes annexes
Voir annexe A IV.1.
 L'évaporation
La chambre froide est 1'espace isolé dans lequel la basse température est
maintenue. La chaleur entre dans cette chambre froide :
 par rayonnement
 par conduction, à travers l'isolation
 par convection
Cet apport de chaleur est fait sous forme de chaleur sensible et provoque
l'ébullition du liquide réfrigérant dans l'évaporateur; elle est absorbée par le fluide
frigorigène sous forme de chaleur latente de vaporisation.
L'évaporateur est donc la partie la plus importante de l'installation frigorifique car
c'est là que se passe le refroidissement.
Le passage du flux thermique du milieu à refroidir vers le fluide frigorigène dépend:
 du coefficient global de transmission de chaleur de l‟évaporateur
 de la surface de l‟évaporateur
 de la différence de température entre l'évaporateur et le milieu à refroidir.
L'évaporateur consiste généralement en une tuyauterie plongée dans la chambre
froide que l'on cherche à refroidir. Les évaporateurs peuvent être classés en deux
groupes :
 évaporateur « noyé »
 évaporateur a régime interne ou détente directe
Selon le critère de la fonction dévolue, on peut classer l'évaporateur en quatre
classes :
 évaporateur refroidisseur d 'air
 évaporateur refroidisseur de liquide
57
Chambre Froide
 évaporateur de contact
 évaporateur spéciaux : étagères réfrigérantes, plaques et eutectiques.
 Le compresseur
Les vapeurs formées pendant l‟évaporation sont aspirées par le compresseur, qui
les refoule au condenseur. La quantité de chaleur contenue dans cette vapeur
augmente ainsi que sa température du fait même de cette compression. La pression
augmente en même temps que la température. En évacuant la vapeur du fluide
frigorigène à mesure de sa formation, le compresseur maintient dans l'évaporateur
la pression requise.
D'autre part, il augmente la pression de la vapeur de fluide frigorigène à un
niveau suffisamment élevé pour permettre au condenseur de remplir sa fonction
de condensation. Les compresseurs sont classés en deux catégories en fonction
de la façon dont le fluide frigorigènes est comprime.
 Les compresseurs volumétriques, dans lesquels le fluide est comprimé par
la variation de volume d'une capacité dans laquelle il a été préalablement
aspiré. On distingue :
 les compresseurs alternatifs à piston
 les compresseurs rotatifs à palettes ou lobes
 les compresseurs à vis
 les compresseurs à spirale
 les compresseurs à membrane
 Les compresseur roto dynamiques, parmi lesquels on a :

 les compresseurs centrifuges dans lesquels la compression est due à
l'effet de la force centrifuge.
 les compresseurs à éjecteurs
 La condensation
Pour que la condensation puisse avoir lieu, le compresseur doit permettre à la

vapeur de fluide frigorigène d'atteindre une pression suffisante pour que la
température de saturation soit supérieure à celle du milieu matériel à refroidir.
La vapeur comprimée abandonne sa chaleur (qui va toujours du corps le plus
chaud vers le corps le plus froid) et elle se condense dans le condenseur.
58
Chambre Froide
Lors de la condensation du fluide frigorigène, le milieu de condensation (de

refroidissement) doit absorber (sous forme sensible) la chaleur latente de
condensation correspondante à la température de condensation du fluide
frigorigène.
Le condenseur est un échangeur de chaleur comportant trois zones :

 une zone de désurchauffe : évacuation de la chaleur de surchauffe du
compresseur et l'équivalent thermique du travail de compression.
 une zone de condensation ou liquéfaction du fluide frigorifique: le fluide
passe de l'état gazeux à l'état liquide par évacuation de chaleur latente.
 une zone de sous- refroidissement: L a température du fluide tombe
jusqu‟à une valeur inférieure à la température de condensation, la
pression reste constante dans toutes les trois zones.
Les types de condenseur les plus utilises sont :
 condenseurs refroidis par air à convection forcée
 condensateurs évaporais : à convection forcée ou convection naturelle
 condenseur refroidis par eau: à calandre et serpentin, a double tube,
multitubulaire à calandre.
 La détente
Le détendeur a pour fonction de régler le débit de circulation du fluide
frigorigène dans le circuit: La quantité de fluide admise à l'évaporateur en un temps
donné doit être exactement égale à la quantité qui peut se vaporiser et qui correspond
à la chaleur absorbée. S'il en est ainsi, le détendeur assure le maintien dans
l'évaporateur et dans le condenseur des pressions et températures les plus
avantageuses pour l'installation considérée et pour les conditions extérieures
données.
IV.1.3 LES FLUIDES FRIGORIFIQUES
Un système de réfrigération constitue par l'évaporateur, le compresseur, le

condenseur, le détendeur, etc., est seulement une unité mécanique dont le rôle est de
faciliter le changement d'état du fluide frigorigène, ce qui a pour effet d'absorber de
la chaleur à l'évaporateur et d'en rejeter au condenseur. C'est le fluide frigorigène qui
permet ce transfert.
59
Chambre Froide
IV.1.3.1 Critère de choix d'un fluide frigorigène
Le choix d'un fluide frigorigène est basé sur différents critères:
 critères thermodynamiques,
 critère de sécurité (sécurité des personnes et des biens en cas de dégagement
intempestif du fluide dans l'atmosphère),
 critère technique (influent sur la faisabilité et la fiabilité du système
frigorifique et sur l'interaction entre le fluide et les composants du système.),
 critère d'action sur l 'environnement,
 critère économique (toujours présent au cœur des problèmes techniques).
Un fluide frigorigène idéal doit présenter les caractéristiques suivantes :

 chaleur de vaporisation élevée,
 point d'ébullition, sous la pression atmosphérique, suffisamment bas,
 faible rapport de compression (c'est-à-dire faible rapport entre la pression de
refoulement et celle d'aspiration),
 température critique très élevée,
 être sans action sur les lubrifiants,
 composition chimique stable dans les conditions de fonctionnement de
la machine frigorifique,
 sans action sur les métaux et sur les joints,
 non inflammable, non explosif en mélange avec l'air,
 sans action sur la santé du personnel,
 sans action sur les denrées à conserver,
 sans odeur,
 fuite facile à détecter,
 pas d'affinité pour les constituants de l'atmosphère,
 être d'un cout abordable et d'un approvisionnement facile.
60
Chambre Froide
IV.1.3.2 Les fluides frigorigènes les plus répandus [8]
Le Tableau 6 donne les fluides frigorigènes les plus répandus et leurs propriétés.
61
Chambre Froide
Tableau 6: Les fluides frigorigènes les plus répandus et leurs propriétés
62
Chambre Froide
IV.1.3.3 Caractéristiques thermodynamiques du fluide
IV.1.3.3.1 Température d'ébullition
On s'arrangera pour que, dans la mesure du possible, la température d'évaporation

soit supérieure à la température d'ébullition normale . De cette façon si le critère
est respecté, la totalité du circuit est en surpression vis-à-vis de l'extérieur et l'on ne
risque pas l'introduction d'air et d'eau.
IV.1.3.3.2 Température critique

La température de condensation doit toujours être inférieure à la température
critique
. Le rendement du cycle de la machine se dégrade lorsque l'on se
rapproche de la température critique. Plus la température critique est basse, plus

l'efficacité du système frigorifique décroit.
IV.1.3.3.3 Pressions du cycle frigorifique
La pression de condensation ne doit pas excéder 20 à 25 bars .Inversement, la

pression d'évaporation ne doit pas être trop basse.
Pour garder une bonne efficacité au compresseur, le taux de compression
doit rester limite. Les taux de compression importants entrainent l'échauffement

du fluide, donne un mauvais rendement et la consommation énergétique
augmente. Le taux de compression varie avec le fluide frigorigène pour les
mêmes températures de condensation et d‟évaporation.
IV.1.3.3.4 Volume massique à l'aspiration du compresseur

S'il est élevé, il conduit à des débits volumes aspirés importants, d'où la
nécessite de recourir à des compresseurs plus importants, donc plus chers.
IV.2 DIMENSIONNEMENT DES DIFFERENTS ELEMENTS DES DEUX

SYSTEMES FRIGORIFIQUES
Toute machine frigorifique à compression de vapeur avec changement de phase
est constituée d'un compresseur, d'un condenseur, d'un détendeur, d'un évaporateur,
d'un réseau de tuyauteries et enfin des organes de commande et de régulation.
Cet ensemble est appelé installation frigorifique (Annexe AIV.1). Le bon
fonctionnement de cette installation dépend entièrement du dimensionnement de ces
éléments.
63
Chambre Froide
Le fluide frigorigène subit au cours de son évolution dans les différentes parties de
la machine, un cycle qui peut être représenté dans un diagramme enthalpie.
IV.2.1 Schéma de l'installation frigorifique
Figure 7: Cycle frigorifique élémentaire
 Définition des différents points du cycle
1- Aspiration des vapeurs dans le compresseur

2- Refoulement des vapeurs
3- Début condensation- fin désurchauffe
4- Fin condensation- début sous-refroidissement
5- Fin sous refroidissement-entrée dans le détendeur
6- Début évaporation
7- Fin évaporation
1'- Sortie évaporateur (point non maternalise sur la Figure 7)
64
Chambre Froide
 Les transformations thermodynamiques subies par le fluide au cours du

cycle sont :
: Compression
: Désurchauffe
: Condensation
: Sous refroidissement
: Détente
: Vaporisation
: Surchauffe dans l'évaporateur
: Surchauffe dans la tuyauterie d'aspiration
IV.2.2 Le dimensionnement du système de production frigorifique de la

chambre positive en utilisant l’eau froide
On utilise un système forme de 4 compresseurs en divisant la puissance
frigorifique par 4.
Alors ; ̇
IV.2.2.1 Conditions et hypothèses de fonctionnement de la machine utilisant

l’eau froide
 Conditions de fonctionnement :
Fluide frigorigène : R404 a
Production frigorifique nette : ̇
Température d'évaporation :
Température de condensation :
IV.2.2.2 Calcul et sélection des différentes parties de la machine
Apres donner les Conditions de fonctionnement, on utilise le programme de Bitzer

qui nous permis de dimensionner la puissance de compresseur, et le programme
de FRIGA-BOHN pour déterminer les puissances de l‟évaporateur et du
condenseur ainsi de quelques paramètres.
65
Chambre Froide
 Chambre positive en utilisant l’eau froide
IV.2.2.2.1 Détermination du compresseur
Figure 8: selectionnement du compresseur du system eau froide
66
Chambre Froide
IV.2.2.2.2 Détermination de l'évaporateur
Figure 9: selectionnement de l’évaporateur du system eau froide
67
Chambre Froide
IV.2.2.2.3 Détermination du condenseur

Pour chaque compresseur on installe 2 condenseurs de puissance totale 127.2 KW.
Figure 10: selectionnement du condenseur du system eau froide
IV.2.2.2.4 Détermination du détendeur
La sélection du détendeur s'effectue chez le fabricant en fonction:

 de la puissance frigorifique ̇
 du débit volumique liquide ̇ ̇

v est donne par le programme de « COOL PACK »
̇
̇ ̇
La chute de pression que doit créer le détendeur est donnée par :
(4.19)
68
Chambre Froide
IV.2.2.3 Détermination du coefficient de performance
Comme il a donné par « Bitzer » COP = 2.75

chambre positive par fréon direct
On utilise un système forme de 4 compresseurs en divisant la puissance frigorifique
par 4.
Alors ; ̇
IV.2.2.1 Conditions et hypothèses de fonctionnement de la machine par fréon

direct
Fluide frigorigène : R404a
IV.2.2.2 Calcul et sélection des différentes parties de la machine
Apres donner les Conditions de fonctionnement, on utilise le programme de Bitzer qui

nous permis de dimensionner la puissance de compresseur, et le programme de
FRIGA-BOHN pour déterminer les puissances de l‟évaporateur et du condenseur ainsi
de quelques paramètres.
69
Chambre Froide
Figure 11: selectionnement du compresseur du système fréon direct
70
Chambre Froide
Figure 12: selectionnement de l‟évaporateur du système fréon direct
71
Chambre Froide
Figure 13: selectionnement du condenseur du système fréon direct


̇
̇ ̇
La chute de pression que doit créer le détendeur est donnée par
(4.19)
72
Chambre Froide

chambre négative
On utilise un système frigorifique de ̇
IV.2.2.1 Conditions et hypothèses de fonctionnement de la machine de la chambre

froide
Fluide frigorigène : R22
Figure 14: selectionnement du compresseur du système de la chambre froide
73
Chambre Froide
Figure 15: selectionnement du compresseur de l’évaporateur de la chambre froide
74
Chambre Froide
Figure 16: selectionnement du condenseur du système de la chambre froide


̇
̇ ̇
La chute de pression que doit créer le détendeur est donnée par :
(4.19)
75
Chambre Froide
IV.2.3 LES ORGANES ANNEXES (voir le document U.S.RECO :Annexe

AIV.l) [7]
Qu'il soit pour la chambre positive ou la chambre négative, toute installation

frigorifique a besoin de ces organes pour s'assurer un bon fonctionnement.
Ces organes sont choisis en fonction de la puissance frigorifique de
1'installation et du fluide frigorigène utilise. On distingue:
1) le séparateur d'huile
L'huile de lubrification du compresseur étant néfaste sur le condenseur et
l'évaporateur, il convient de séparer cette huile des fluides frigorigènes dès la sortie
des vapeurs comprimées par un séparateur d'huile Ses dimensions dépendent de
la puissance frigorifique et de La nature du fluide frigorifique.
2) le réservoir de liquide
Pour les grandes installations, on a besoin d'un réservoir de liquide pour
contenir le liquide sortant du condenseur.
3) bouteille d'aspiration ou bouteille anti-coups de liquide
Elle est placée à la tuyauterie d'aspiration du compresseur pour empêcher
l‟aspiration accidentelle de liquide dans le compresseur.
4) les filtres
Leur fonction générale est de retenir la limaille, des parcelles de métal ou de petites
quantités d'impuretés; Ils sont montés sur les tuyauteries d'aspiration ou de liquide
- Filtre d'aspiration (filtrage de l'ordre de 10 microns)
- Filtre à huile (filtrage 12 microns)
5) voyant de Liquide
Il indique l‟état physique du fluide frigorigène en circulation dans une
installation.
76
Chambre Froide
6) échangeur de chaleur
II permet d'améliorer le rendement de la machine en sous refroidissant le liquide
admis au détendeur .En contrepartie la surchauffe des vapeurs admises au compresseur
est importante.
7) déshydrater
Il permet de maintenir la quantité d'eau dans le fluide frigorigène en dessous d'une
valeur maximale qui dépend de la nature du fluide frigorigène, pour le R22 a 60 ppm,
quantité d'eau exprimée en« parties par million».
8) éliminateurs de vibration :
En tuyauterie métallique flexible onduleux en cuivre, recouvert de tresses de fil en acier
inox, ils réduisent les vibrations des conduites du circuit frigorifique.
77
Chambre Froide
PARTIE V
ETUDE ET DIMENSIONNEMENT DES

ECHANGEURS FROIDES ET CHAUDES
78
Chambre Froide
V.1 Notion de l’échangeur
V.1 INTRODUCTION AUX ECHANGEURS DE CHALEUR
V.1.1 Généralités. Définitions
Un échangeur de chaleur est un système qui permet de transférer un flux de chaleur d‟un fluide
chaud à un fluide froid à travers une paroi sans contact direct entre les deux fluides.
Exemples : radiateur d‟automobile, évaporateur de climatiseur ...
Un échangeur tubulaire simple est constitué de deux tubes cylindriques coaxiaux. Un fluide
(généralement le chaud) circule dans le tube intérieur, l‟autre dans l‟espace compris entre les
deux tubes. Le transfert de chaleur du fluide chaud au fluide froid s‟effectue à travers la paroi
que constitue le tube intérieur :
Figure 17: Schéma d’un échangeur tubulaire simple
Conventions
Le fluide chaud entre dans l‟échangeur à la température T1e et en sort à T1s, le fluide froid
entre à Τ2e et sort à Τ2s.
Deux modes de fonctionnement sont réalisables :
Figure 18 : schématisation des fonctionnements à co-courants et à contre-courant.
V.1.1.1 Expression du flux échangé
Coefficient global de transfert

Une première expression du flux de chaleur transféré dans un échangeur peut être déterminée
en écrivant qu‟il est égal au flux de chaleur perdu par le fluide chaud et au flux de chaleur
gagné par le fluide froid pendant leur traversée de l‟échangeur :
79
Chambre Froide
Par ailleurs, le flux de chaleur ϕ transmis d‟un fluide 1 à un fluide 2 à travers la paroi d‟un tube
cylindrique s‟écrit :
Dans les échangeurs de chaleur, on choisit de rapporter le flux de chaleur échangé à la surface
S2 = 2π r2 L, Soit d‟écrire : ϕ = h S2 ∆θ. Le coefficient global de transfert h d‟un échangeur de
chaleur s‟écrit donc :
Ren est une résistance thermique due à l‟encrassement des surfaces d‟échange dont il faut tenir
compte après quelques mois de fonctionnement (entartrage, dépôts, corrosion…).
Tableau 7:ordre de grandeur de coefficient global de transfet h de divers types

d'echangeurs
On trouvera dans le tableau ci-dessous les ordres de grandeur de h pour des échangeurs
tubulaires en verre et métallique.
80
Chambre Froide
V.1.1.2 Fonctionnement à co-courant

On montre que la relation (6.3) s‟applique aussi bien à un échange à contre-courant qu‟à un
échange à Co- courant, mais les expressions de ∆Ts et de ∆Te ne sont pas identiques dans les
deux cas :
Figure 19: Evolution des températures dans un échangeur tubulaire fonctionnant à

contre-courant
qc1 < qc2 : On dit que le fluide chaud commande le transfert. Si L → ∞ alors Τ1s → Τ2e et
Τ2s ≠ Τ1e
qc1 > qc2 : On dit que le fluide froid commande le transfert. Si L → ∞ alors T2s → Τ1e et Τ1s
≠ Τ2e
Remarque :
- Dans un fonctionnement à contre-courant il est possible d‟obtenir Τ2s > Τ1s
- Il est par contre impossible d‟obtenir Τ2s > Τ1e ou Τ1e < Τ2s.
Comparaison des deux modes de fonctionnement
Dans un échangeur tubulaire simple, le flux de chaleur transféré est toujours plus élevé avec
un fonctionnement à contre-courant car ∆Τm est plus élevé.
81
Chambre Froide
V.1.1.3 Efficacité d’un échangeur
V.1.1.3.1 Définition et calcul
On définit l‟efficacité d‟un échangeur comme le rapport du flux de chaleur effectivement

transféré dans l‟échangeur au flux de chaleur maximal qui serait transféré dans les mêmes
conditions de températures d‟entrée des deux fluides dans un échangeur tubulaire de longueur
infinie fonctionnant à contre-courant :
V.1.1.3.2 Signification du rendement
Lorsque le but recherché par l‟installation d‟un échangeur est de récupérer de la chaleur, la
notion de rendement prend toute sa justification du point de vue économique. Considérons
l‟exemple le plus simple d‟un échangeur fonctionnant à co-courant destiné à récupérer de la
chaleur sur des fumées. Appelons P le prix en F du mètre carré d‟échangeur (supposé constant)
et C le gain en F par W récupéré sur le fluide chaud.
Le gain total engendré par l‟échangeur est : G = C. ϕ = C qc1 (θ1e - θ1s)

Le coût de l‟échangeur est supposé proportionnel à sa surface : D = S. P où S est la surface
d‟échange en . Le bénéfice généré par l‟installation de l‟échangeur s‟écrit : B = G – D. Ces
différentes grandeurs sont représentées schématiquement sur la figure 6.6.
Figure 20: Représentation simplifiée des bénéfices engendre par un récupérateur de

chaleur.
On constate que le bénéfice atteint un maximum pour une certaine valeur Se de la surface
d‟échange.
82
Chambre Froide
L‟augmentation de la surface d‟échange au-delà de Se permet d‟augmenter le rendement mais a

un effet inverse sur le bénéfice. Il existe donc une limite économique Se pour la surface
d‟échange de ce type d‟échangeur de chaleur.
V.1.1.4 Nombre d’unités de transfert
V.1.1.4.1 Définition
Le NUT est représentatif du pouvoir d‟échange de l‟échangeur. Nous allons montrer dans ce
qui suit qu‟il est lié à l‟efficacité de l‟échangeur et que son utilisation permet de simplifier les
calculs de dimensionnement des échangeurs.
83
Chambre Froide
V.1.1.4.2 Relation entre NUT et efficacité
V.1.2 Calcul d’un échangeur
V.1.2.1 Températures de sorties connues
V.1.2.2 Températures de sorties inconnues
Remarque : La méthode du NUT qui s‟applique directement sans avoir recours à des méthodes
numériques complexes est à préférer dans ce cas de figure.
84
Chambre Froide
V.1.2.3 Echangeurs frigorifiques
Une installation frigorifique comporte au moins deux échangeurs de chaleur :

- Un condenseur dont le but est d‟assurer le transfert de chaleur du fluide frigorigène au
milieu extérieur
- Un évaporateur dont le rôle est d‟assurer le transfert de chaleur du milieu à refroidir au
fluide frigorigène.
Ces deux échangeurs se caractérisent par un écoulement diphasique du fluide frigorigène.
V.1.2.3.1 Condenseurs
Dans un condenseur, la phase liquide du fluide frigorigène apparaît dès que la température de la
surface de refroidissement devient inférieure à la température de saturation du fluide
frigorigène sous la pression de condensation. Ceci se produit à une distance très faible de
l‟entrée du condenseur, pratiquement dès le début s‟il s‟agit d‟un condenseur à eau. On peut
ainsi observer, quasiment dès l‟entrée de l‟échangeur, la présence contre la paroi froide d‟une
mince couche de liquide sur la surface de laquelle un film de vapeur saturée se condense.
Figure 21: Evolution des températures dans un condenseur.
On peut dès lors considérer que la température du fluide frigorigène est constante et égale à la
température de condensation. Si l‟on admet que le coefficient global de transfert h est constant,
le profil des températures à l‟allure suivante
85
Chambre Froide
V.1.2.3.2 Evaporateurs
Noyés
Dans ce type d‟échangeur, l‟évaporation se produit à l‟extérieur des tubes complètement «
noyés » dans la phase liquide. Si la perte de charge due à la circulation du fluide frigorigène est
négligeable, la température de ce fluide est constante tout au long de l‟évaporateur et égale à la
température d‟évaporation :
Figure 22: Evolution des températures dans un évaporateur noyé.
Comme dans ces échangeurs le titre de vapeur reste en deçà de 75%, le coefficient d‟échange
est relativement élevé et peut être considéré comme constant. La surface d‟échange nécessaire
se calcule de la même manière que pour un autre type d‟échangeur.
A détente sèche
Dans ce type d‟échangeur, l‟évaporation se produit à l‟intérieur des tubes dans lesquels le fluide
frigorigène circule. Du point de vue des transferts thermiques, deux points différencient ces
évaporateurs des précédents :
-Pour éviter tout risque que du fluide liquide pénètre dans le compresseur, les vapeurs sont
légèrement surchauffées ce qui entraîne une variation de la température du fluide frigorigène
dans la partie terminale de l‟échangeur.
-Pour les titres de vapeur supérieurs à 75%, le coefficient de transfert côté fluide frigorigène
chute brutalement ce qui ne permet plus de considérer le coefficient global de transfert h
comme constant.
Pour dimensionner ces échangeurs, il faut les scinder en plusieurs parties telles que le
86
Chambre Froide
coefficient global de transfert h soit constant ou varie linéairement sur chacune d‟elles.
Figure 23: Evolution des températures dans un évaporateur a détente sèche
Tableau 8: Ordre de grandeur de coefficient globale d'echangepour divers types d'echangeurs

frigorifiques.
V.1.2 Procédure du dimensionnement

Pour dimensionner un échangeur frigorifique qui est de forme « shell and tube » dans
notre cas, il faut calculer et donner les valeurs des données suivantes en introduisant les
caractéristiques de fluide caloporteur choisi [9].
Echangeur Fluid Freezium
froid chaud X [mass %] 25.00
genre du fluide genre du fluide T [°C] -10.00
Density [kg/m^3] 1159.88
T entrée T entrée
Specific heat [kJ/(kg K)] 3.298
T sortie T sortie
Conductivity [W/(m K)] 0.498
débit débit Dynamic viscocity [10^-5 308.145
Pression Pression Pa·s]
Puissance à absorber Puissance à absorber Kinematic viscocity [cSt] 2.657
Freeze point [°C] -15.59
Tableau 9: Conditions Echangeurs. Tableau 10: Caractéristiques du fluide utilisé
87
Chambre Froide
V.l.3 Dimensionnement des éléments du système

On a utilisé le programme de dimensionnement de la société « ALFA LAVAL » pour
obtenir le dimensionnement froid et chaud.
En insérant les données dans le programme, on obtenir les résultats suivants :
Echangeur Froid
Figure 24: Calcule Echangeur Froid
88
Chambre Froide
Figure 25:Resultat Echangeur Froid
Figure 26: Dimensions Echangeur Froid
89
Chambre Froide
Echangeur Chaud
Figure 27: Calcule Echangeur Chaud
90
Chambre Froide
Figure 28: Résultat Echangeur Chaud
Figure 29: Dimensions Echangeur Chaud
91
Chambre Froide
PARTIE VI

TUYAUX ET DU SYSTÈME DU POMPAGE
92
Chambre Froide
VI.1 Dimensionnement des tuyaux

D‟après les dimensions données par la société « FRIGA BOHN » on introduit les
dimensions des tuyaux entrant et sortant des évaporateurs, ainsi on calcule le « header ».
Les longueurs et les sections des tuyaux sont données et mesurer par les plans dessinés.
Ce tableau donne les différents résultats qu‟on a besoins dans le système de tuyauterie.
Tableau 11: Caracteristiques des tuyaux
VI.2 Dimensionnement des auxiliaires

Dans notre projet on a besoins d‟utiliser plusieurs auxiliaires comme les coudes, les tees,
les valves, les valves de même sens, les 3 way valves, et les strainers.
93
&KDPEUH)URLGH
9,5HSUpVHQWDWLRQVFKpPDWLTXHGHVF\FOHVGH3URMHW
2QSUpVHQWHOHVGLIIpUHQWVF\FOHVGHQRWUH3URMHFWSDUOHVILJXUHVVXLYDQWHV
)LJXUH5HSUHVHQWDWLRQVFKpPDWLTXHGXV\VWqPHG¶DOLPHQWDWLRQG
HDX
,6$(OH&1$0 -$%(52WKPDQ

Chambre Froide
Figure 31: Représentation schématique des conduits entrant et sortant de l'évaporateur

avec leurs auxiliaires
Figure 32:Représentation schématique de l'échangeur d'eau froide
95
Chambre Froide
Figure 33: Représentation schématique d'une pompe principale d'alimentation de l'eau

froide
Figure 34: Représentation schématique du système de dégivrage par l'eau chaude
96
Chambre Froide
Figure 35: Représentation schématique du circuit Fréon avec échangeur Froid et Chaud
97
Chambre Froide
VI.4 Dimensionnement des pompes pour les circuits d’eau

froide et chaude
Pour chaque circuit, on calcule les pertes de charges des tuyaux et des auxiliaires, et en
prenant le débit données par la société « FRIGA BOHN » pour sélectionner les pompes
de la société « WILO »
1) Pompe du circuit froid

On sélectionne 3 pompes, une pour le travail « full load » et deux pour le travail « 60%
load »
Pompe au travail full load :
1"
genre n unité Pertes de charges produit unité bar
pipe 108.09 mètre 0.1metre/mètre 10.809 mce 1.060006203
coude 30 mètre 0.5 15 mce 1.471005
3 way valve 15 bar 0.218586608 3.278799 bar 3.3
check valve 15 feet 0.5 2.286 mce 0.224181162
gate valve 30 feet 1 9.144 mce 0.896724648
6.951917013
4"
pipe 80 mètre 0.023 mètre/mètre 1.84 mce 0.18044328
coude 8 mètre 6.7 53.6 mce 5.2563912
strainer 3 psi 0.05 0.15 bar 0.010335
check valve 3 feet 1.2 1.09728 mce 0.107606958
gate valve 6 feet 4.5 8.2296 mce 0.807052183
6.361828621
pump 1
13.31374563 bar
P
135.7617306 mce
Débit 55 m3/h 201 gpm
Vitesse 5 feet/seconde
Tableau 12: Calcul des pertes de charges et dimensionnement de la pompe du circuit froid
98
Chambre Froide
En sélectionner cette pompe, on obtient ces résultat :
Figure 36: Calcule de la pompe du circuit froid (full load)
Figure 37: Résultats des pompes du circuit froid (full load)
99
Chambre Froide
Figure 38: Point de Fonctionnement de la pompe du circuit froid (full load)
Pompe au travail 60% load

Pour les autres pompes on introduit les conditions données et les résultats obtenus par le
programme de sélectionnement de la société « WILO »
2) Pompe de recirculation de l’échangeur froid
Figure 39: Point de Fonctionnement du circuit froid 60% load
100
Chambre Froide
Figure 40: Point de Fonctionnement pompe de recirculation de l‟échangeur froid
3) Pompe de recirculation pour l’évaporateur

1"
pipe 5 mètre 0.1metre/mètre 10.809 mce 1.060006203
coude 2 mètre 0.5 1 mce 0.098067
1.158073203
1.158073203 bar
P
11.809 mce
Débit 3.6 m3/h 13.2 gpm
Tableau 13 : Calcul des pertes de charges et dimensionnement de la pompe de recirculation
pour l‟évaporateur
101
Chambre Froide
Figure 41: Point de Fonctionnement pompe de recirculation pour l‟évaporateur
4) Pompe de recirculation de l’échangeur chaud

1"
pipe 5 mètre 0.1metre/mètre 10.809 mce 1.060006203
coude 3 mètre 0.5 1.5 mce 0.1471005
gate valve 2 feet 4.5 2.7432 mce 0.269017394
1.476124097
1.476124097 bar
P
15.0522 mce
Débit 1.8 m3/h 6.6 gpm
Tableau 14: Calcul des pertes de charges et dimensionnement de la pompe de recirculation
de l’échangeur chaud
102
&KDPEUH)URLGH
)LJXUH3RLQWGH)RQFWLRQQHPHQWSRPSHGHUHFLUFXODWLRQGHOெpFKDQJHXUFKDXG
3RPSHGXFLUFXLWFKDXG
1"; 2"
Pertes de
genre n unité produit unité bar
charges
pipe 1" 108.09 mètre 0.1 10.809 mce 1.060006203
Tee 1" 30 feet 2 18.288 mce 1.793449296
coude 1" 30 mètre 0.5 15 mce 1.471005
check valve 1" 30 feet 0.5 4.572 mce 0.448362324
coude 2" 7 mètre 3.3 23.1 mce 2.2653477
Tee 2" 2 feet 4 8 mce 0.784536
pipe 2" 7 mètre 0.1 0.7 mce 0.0686469
gate valve 2" 4 feet 2.3 2.80416 mce 0.274995559
8.166348982
8.166348982 bar
P
83.27316 mce
Débit 16 m3/h 58.56 gpm
7DEOHDX&DOFXOGHVSHUWHVGHFKDUJHVHWGLPHQVLRQQHPHQWGHODSRPSHGXFLUFXLWFKDXG
,6$(OH&1$0 -$%(52WKPDQ

Chambre Froide
Figure 43: Point de Fonctionnement de la pompe du circuit chaud
104
Chambre Froide
PARTIE VII
Système de contrôle de l’humidité dans les

chambres de stockage des oignons
105
Chambre Froide
L‟humidité maximale permis dans les chambres de stockage des oignons est 70-80%.
En générale, l‟humidité passe le 90%, cela permet la fermentation des oignons et de les
détruire.
Pour diminuer cette humidité, on va installer un second détendeur qui nous donne une
température entrant dans l‟évaporateur de -20 C qui fonctionne en parallèle avec le détendeur
initial qui nous donne une température entrant dans l‟évaporateur de -10 C.
La température de stockage de l‟oignon est de 0C.
Alors que quand la température de la chambre atteint 2C, le premier détendeur Turn Off et le
second se Turn ON. Le cycle frigorifique continue son travail pour attendre la température
demandée
Au cours du temps de fonctionnement de deuxième détendeur, les particules de l‟air recycle

dans la chambre se groupe sur les ailettes de l‟évaporateur pour former du givre.
Apres que la température sera égale a la température demandée, le givre se condense et se

transforme en eau qui circule dans le drainage au hors de la chambre.
Pour obtenir une grande efficacité, le deuxième ventilateur de l‟évaporateur (qui est forme de 3
ventilateurs) est Turn OFF, ce processus aide à former plus de givre sur la partie des ailettes au-
delà du ventilateur.
Figure 44: Givre formant sur les ailettes de l’évaporateur au cours de

l’humidification de l’air
106
Chambre Froide
PARTIE VIII

DIFFERENTS ELEMENTS DE LA
TECHNIQUE « FREE COOLING »
107
Chambre Froide
VIII.1 Les techniques de Free cooling
Les techniques de Free cooling sont utilisées considérablement pour réduire les coûts
d'énergie. Ce système permet effectivement à peu près d‟un refroidissement naturel en utilisant
l'air refroidi par temps froid sans qu'il soit nécessaire d'exécuter un compresseur. Le
compresseur est essentiellement éteint durant cette période, en économisant l'énergie et en
permettant également du prévu d'entretien préventif d‟avoir lieu. La basse température de
l'alimentation en air ambiant froid permet un refroidissement naturel de chambres froides pour
les fruits et les légumes.
Le refroidissement et les systèmes de réfrigération d'air sont conçus pour refroidir les chambres
froides pour conserver les fruits et légumes pour longtemps sans dommage. Ils sont conçus
pour une installation interne ou externe. Leur utilisation permet d'éliminer les problèmes causés
par des températures élevées, de la saleté et de l'humidité, qui sont présents dans
l'environnement. L'unité, qui est essentiellement constitué d'un circuit fermé de refroidissement
où circule l‟air froid, est divisé en deux sections, hermétiquement séparées l'une de l'autre, où
l'air dans l'environnement et l'air dans la chambre sont traités sans entrer en contact avec l'autre.
Le système de réfrigération de l'air qui utilise les techniques de free cooling possède un damper
motorisé qui conduit les deux flux d'air interne et externe. Lorsque le damper est ouvert, il
prend l'air nécessaire pour refroidir directement à partir de l'extérieur, à l'exclusion de
fonctionnement du compresseur. Si la température extérieure est inférieure à la température
interne, le damper sera ouvert et le ventilateur de l'évaporateur commence à prendre de l'air
extérieur. Si la température extérieure est plus élevée que la température interne, le damper
reste fermé et l'air est recyclé.
On a mentionné que la free cooling a lieu lorsque l'enthalpie de l'air ambiant extérieur est
inférieure à l'enthalpie de l'air intérieur. Ils ont montré que la free cooling peut être utilisé avec
un mélange de l'air extérieur et les systèmes de recirculation par l'utilisation du damper de
modulation. Les dampers sont prévus sur les conduits d'admission d'air extérieur, les conduits
d'exhaust de l'air et les conduits de recirculation. Dans le cas de l'air froid à l'extérieur, la
quantité d'air extérieur est augmentée et la quantité de l'air recalculé est réduite pour fournir la
température de l'air d'alimentation nécessaire. De cette façon, le refroidissement à l'aide
d'équipement de réfrigération est complètement évité à certaines périodes de l'année et souvent
à des heures de nuit. Ce système de free cooling utilise des thermostats pour déterminer si la
température extérieure est inférieure à la température ambiante et la proportion de l'ouverture
du damper d'air extérieur.
Plus précisément, la proportion d'air extérieur doit être augmentée lorsque la température de
l'air extérieur est inférieure à la température ambiante de la chambre froide. Lorsque la
108
Chambre Froide
température de l'air extérieur est supérieure à la température ambiante, le damper d'air

extérieur se module au minimum position afin de maintenir la charge sur le matériel de
réfrigération à un minimum.
VIII.2 Le coefficient de performance, COP
Le coefficient de performance, COP, est tout simplement un rapport de l'effet que nous
voulons (un transfert de chaleur) à la quantité que l'on doit acheter (travail) afin de provoquer
l'effet désiré. Dans le système de réfrigération, le COP est le rapport entre la chaleur retirée du
réservoir à basse température, dans le cas de la réfrigération le travail est égale au travail du
compresseur et au travail du ventilateur.
Toutefois, si la free cooling est utilisé, le compresseur est arrêté et le travail est égal seulement
au travail du ventilateur.
VIII.3 Damper Economiseur
VII.3.1 Travail du damper (volet)
Il y a deux dampers sur un économiseur typique qui module lorsque les conditions extérieures
sont correctes. Un damper externe s'ouvre pour conduire l'air dans la chambre et un damper
d'air repris se ferme, coupant le flux d'air de retour de la salle. Lorsque ce damper extérieur
s'ouvre, l'air supplémentaire ajouté sera sous pression à l'intérieur de la salle, juste comme faire
souffler un ballon. Cela peut causer l‟ouverture des portes extérieures ou les portes qui
s'ouvrent vers l'intérieur pour tenir fermée. Une petite quantité de pression peut avoir un grand
effet. Un damper de décharge de pression est utilisée en amont d‟un damper d'air de retour
pour décharger cette pression dans la chambre. Ce peut-être un carré très simple de métal ou le
balancer sera ouvert dans une petite quantité de pression ou un des grands systèmes mécaniques
allons utiliser un damper mécanique qui s'ouvre avec le damper externe et le ventilateur pour
expulser l'air supplémentaire. La technique de free cooling a un damper motorisé qui conduit
les deux flux d'air interne et externe. Lorsque le damper est ouvert, il prend l'air nécessaire
pour refroidir directement à partir de l'extérieur, à l'exclusion de fonctionnement du
compresseur, comme indiqué sur les figures (38-39).
109
Chambre Froide
Figure 45: Free Cooling (OFF/ON)
Figure 46: Régulateur de pression (OFF/ON)
110
Chambre Froide
VIII.3.2 Actionneur du damper
Les dampers sont actionnés par un actionneur électrique, qui est commandé à partir
d‟un contrôleur de la température extérieure. La commande commute le système de
refroidissement mécanique de l'économiseur de refroidissement lorsque les conditions
extérieures sont à droite.
VIII.4 Etude de cas
L'objectif principal du système de réfrigération de l'air est de maintenir l'environnement

dans les espaces clos dans des conditions qui ont atteint la température de stockage du
produit dans les espaces. L'étude de cas dans le travail présenté comprend un design pour
une chambre froide pour stocker tous les types de fruits et légumes. Les calculs de la charge
de refroidissement pour les produits ont été menées par heure et par conséquent d'un
logiciel d'auto-développé pour les calculs a été préparé.
Après le calcul de la charge de refroidissement totale pour toutes les heures dans l'année
(8760 heures) pour les pommes de terre, puis la charge de refroidissement maximale est
sélectionnée à des fins de conception. Les composants du circuit de réfrigération tel que
l'unité de condensation et l'évaporateur doit être choisi en fonction de la charge de
refroidissement maximale. En outre, la facture totale d'électricité résultant du
fonctionnement le compresseur et des ventilateurs dans le système de réfrigération de l'air a
été calculée pour chaque heure de l'année. Ensuite, une étude économique a été réalisée
basée sur la payback period du coût des nouveaux composants de la technique de free
cooling comme le damper motorisé, système de commande et de capteurs qui résulte de la
réduction du coût de l'électricité.
La sélection des composantes du cycle de réfrigération et les éléments nouveaux ajoutés

à des techniques de free cooling sont basés sur la charge de refroidissement calculée.
Ensuite, la charge de refroidissement qui a besoin de travail ventilateur seulement après
l'utilisation de techniques de free cooling a été calculée et la réduction des coûts en utilisant
cette technique a été estimée. Enfin, la payback period au cours de laquelle le nouveau
système couvre le coût des nouveaux composants est trouvée.
111
Chambre Froide
Le coût de l'électricité par heure pour le ventilateur et le travail du compresseur peut être
calculé à partir de ce qui suit:
 Si la charge de refroidissement totale est inférieure ou égale à zéro, alors
Il n'est pas nécessaire d'utiliser le compresseur et des ventilateurs et donc le coût de
l'électricité est nul.
 Si le compresseur est éteint et la charge de refroidissement est entraîné par le free
cooling, alors que le ventilateur est actionné et que le coût de l'électricité est égale à:
= *FP* par kWh (13)

Où est le travail de ventilateurs et FP est le facteur du produit.
  Si le système de réfrigération d'air fonctionne, alors la charge de refroidissement est
entraîné par le ventilateur et le travail du compresseur et le coût de l'électricité est égale
à:
= *FP* par
kWh (14)
Où est le travail du compresseur et FP est le facteur le produit.

Le coefficient de performance (COP) peut être atteint une valeur très élevée dans le cas de free
cooling. Comme on le sait, la COP est défini comme le rapport entre la charge de
refroidissement de sortie et la puissance électrique d'entrée. La charge de refroidissement de
sortie est la même dans les deux cas qui sont la présence d‟unité d'air de refroidissement et de
réfrigération sans ou avec la présence de free cooling. Mais, la puissance électrique d'entrée est
réduite dans le cas de free cooling et la puissance d'entrée est uniquement la puissance
nécessaire pour ventilateurs de l'évaporateur. La valeur du coefficient de performance (COP)
est la suivante:
(15)
Comme on peut le voir d'après l'équation (15), la charge de refroidissement de l'évaporateur qui
est nécessaire pour maintenir le produit de stockage à une certaine température reste la même
avant et après l'utilisation de la technique de free cooling. Cependant, le COP dépend du travail
total. Pour l'étude de cas dans la recherche présenté, la puissance du ventilateur dans le système
de réfrigération de l'air est de 17.5 kW et la puissance du compresseur est de 101.7 kW. La
charge de refroidissement requise a été calculée après application des équations ci-dessus et elle
112
Chambre Froide
est trouvée égale à 255 kW. Par conséquent, le COP avant d'utiliser des techniques de free
cooling est:
D'autre part, la COP après l'utilisation de techniques de free cooling devient:
Ces résultats montrent que le COP augmente jusqu'à une valeur très élevée après l‟utilisation
des techniques de free cooling. Le rapport entre le COP avant et après l'utilisation de la
technique de free cooling peut être calculé comme suit:
Enfin, le payback period du coût total du nouveau composant tel que le système de contrôle et
damper de technique de free cooling peut être calculée comme le rapport entre le coût du
nouveau composant et le total des qui est résulté de l'économie d'énergie
après la technique de free cooling est appliquée.
Payback Period = (16)
Dans l'étude de cas de la recherche présenté, il a été constaté que la payback period pour
chaque type de produit stocké est d'environ un an.
Pomme de terre
Température de stockage ( ) 10
Max. période de stockage (6-8) Mois
Facteur de refroidissement 1
Temps de refroidissement 20
Cp (avant congélation) (kJ/kg ) 3.6
Point de congélation ( ) -1.8
La chaleur de la réaction (kJ/kg.hr) 0.162
Tableau 16: Propriétés de Produits Stockées
VIII.5 RÉSULTATS
Les logiciels auto-développé ont été conçu et construit pour calculer la charge totale de
refroidissement pour chaque heure de l'année à l'aide de différents types de produits de
stockage avec et sans free cooling. L‟utilisation des techniques de free cooling dépend de
l'utilisation du débit massique de l'évaporateur avec la charge de refroidissement totale
nécessaire. Les résultats de la charge de refroidissement qui ont besoin du travail de
compresseur avant et après l'utilisation de free cooling sont tracés. Ensuite, une comparaison
113
Chambre Froide
entre le coût de l'électricité mensuel avant et après l'utilisation de free cooling est réalisée ainsi
que le pourcentage du coût de l'électricité pour le ventilateur et le compresseur au coût total de
chaque mois. Les résultats sont tirés de la pomme de terre pour montrer les performances de la
technique de free cooling.
La technique de free cooling est utilisée lorsque la température extérieure est inférieure à la
température de stockage à l'intérieur et dans ce cas le ventilateur de l'évaporateur fonctionne
sans le démarrage du compresseur pour réduire le coût de l'électricité. La figure (46) montre la
température ambiante des mois de janvier et Juillet en fonction les jours de mois pour la vallée
de Bekaa, où les entrepôts frigorifiques dans l‟étude présentée sont trouvés. Comme on le voit
sur cette figure, il y a beaucoup de jours dans l'année où la température ambiante est inférieure
à la température intérieure souhaitée et la technique de free cooling donc peut être utilisée à
côté du dispositif de réfrigération de l'air pour garder les entrepôts frigorifiques à une
température constante. Comme nous le savons, les entrepôts frigorifiques contiennent des
légumes ou des fruits qui ont une chaleur de respiration et donc il doit être refroidi tout le temps
autour de l'an. En utilisant la technique de free cooling, le nombre d'heures de fonctionnement
du compresseur du système de réfrigération de l'air peut être réduit et donc le coût de
l'électricité peut être réduit au minimum.
La charge de refroidissement à différents mois qui a besoin de travail du compresseur avant

et après l'utilisation technique de free cooling pour les pommes de terre sont présentés dans les
figures (46-47), qui montrent que le meilleur mois pour utiliser la technique de free cooling est
Janvier, car la température extérieure est très basse. La figure (46) montre qu'il n'y a pas besoin
de fonctionner le compresseur pendant le mois de Janvier et donc le travail du compresseur est
égal à zéro. En outre, au cours du mois Janvier, le ventilateur est éteint dans beaucoup d'heures
parce que la perte de chaleur par les murs, le plafond et les portes est plus que la charge de
refroidissement qui a besoin le produit. En outre, il a été constaté que le coût total de
l'électricité est diminué de 83% pour la pomme de terre ce mois-ci par rapport à la valeur avant
d'utiliser la technique de free cooling.
En mois Mars, il n'est pas nécessaire d'allumer le compresseur dans quelques jours pour
sauvegarder le produit de pomme de terre dans la chambre froide comme le montre la figure
(47). En outre, le ventilateur de l'évaporateur est arrêté pour une courte durée, ce qui est dû à la
perte de chaleur à partir des parois, du plafond et des portes est supérieur à la charge de
refroidissement qui est nécessaire à partir du produit. Si un nouveau produit est inséré dans les
entrepôts frigorifiques, puis l'unité de réfrigération de l'air doit être utilisée pour un court temps
pour diminuer la température du produit à la valeur souhaitée. En ce mois-ci, il a été constaté
114
Chambre Froide
que le pourcentage de réduction du coût total de l'électricité est d'environ 66,5% par rapport à la
valeur avant d'utiliser le free cooling. À la fin du mois Avril, l‟utilisation de free cooling est
très faible par rapport au travail du compresseur et ceci est dû au fait que le nouveau produit a
été inséré dans les entrepôts frigorifiques et sa charge de refroidissement est élevée.
Les mois d'été tels que Juillet et Août peuvent être considérés comme les pires mois pour
l'utilisation de techniques de free cooling. Le pourcentage d'économie d'énergie dans ces mois
est très faible et négligeable. Par exemple, au cours du mois Août le pourcentage d'économie
d'énergie ne peut pas atteindre plus de 5% pour toutes les périodes du mois, comme indiqué
dans la figure (48).
Une comparaison de l'argent économisé avant et après l'utilisation de la technique de free
cooling a été effectuée et la somme totale d‟argent réservée pour les trois études du produit
stocké en chaque mois est présentée dans le tableau . Le coût total de l'unité de réfrigération
dans l'air fonctionnant en chaque mois qui fonctionne 24 heures par jour est la somme du coût
de l'électricité pour le compresseur et les ventilateurs de l'évaporateur et le coût de l'électricité
pour les ventilateurs de l'évaporateur en présence d'une technique de free cooling. Lorsque le
compresseur est éteint, le ventilateur de l'évaporateur de l'unité de réfrigération de l'air est
constamment exploité et le coût de fonctionnement du ventilateur de l'évaporateur a été calculé.
Habituellement, la payback period peut être prise comme guide pour justifier l'aspect
économique de l'utilisation de la technique de free cooling dans les systèmes de réfrigération de
l'air. En supposant que le coût de 1,0 kWh d'électricité en Liban est d'environ 130 l.l. / kWh,
alors on peut calculer le coût de fonctionnement de l'unité de réfrigération de l'air qui a 21.2
kW d'une puissance électrique d'entrée pour le compresseur et 101.7 kW d'une puissance
électrique d'entrée pour les deux ventilateurs de l'évaporateur. Le coût de la consommation
d'énergie électrique est calculé par multiplier la puissance du compresseur et ventilateurs avec
le nombre d'heures de fonctionnement pour l'unité de réfrigération de l'air. Le coût total pour
les composants de la technique de free cooling (système de contrôle et damper motorisé) pour
l'unité de réfrigération dans l‟étude présente est approximativement égal à 6000$/évaporateur.
Les données présentées dans le tableau montrent que la payback period environ un an. La
payback period des composants de la technique free cooling est raisonnable et, par
conséquent, il est recommandé d'utiliser gratuitement la technique de free cooling dans la
climatisation et le système réfrigération de l'air.
115
Chambre Froide
Figure 47: Cooling load en janvier avec et sans “Free Cooling”
Figure 48: Cooling load en mars avec et sans “Free Cooling”
116
Chambre Froide
Figure 49: Cooling load en août avec et sans “Free Cooling”
L'argent économisé en ($) de l'aide de techniques free cooling de chaque mois et pour trois
différents types de produits.
Mois Argent Economisé ($)
Janvier 965
Février 886.8
Mars 813.4
Avril 486
Mai 316.2
Juin 207.2
Juillet 65
Août 103.8
Septembre 151.8
Octobre 316.2
Novembre 913.4
Décembre 959.6
Totale 6233.4
Tableau 17: L'argent économisé en chaque mois
Une comparaison entre l'argent mensuel économisé pour le système de réfrigération de l'air
avant et après l'utilisation de la technique de free cooling a été effectuée et les résultats sont
présentés dans la figure (49).
Le rapport entre le coût de l'électricité totale qui est entraîné à partir de l'exploitation du
compresseur et / ou les ventilateurs de l'évaporateur de l'unité de réfrigération de l'air, avec ou
sans free cooling est représentée sur la figure (49). Les résultats présentés dans la figure (49)
117
Chambre Froide
montrent que 83% du coût total de l'électricité peuvent être réservés dans le mois Janvier et
cette valeur est réduite à moins de 5% au cours des mois d'été, comme Juillet. Le coût des
composants de free cooling tels que le système de contrôle et les dampers motorisés peuvent
être récupérés après un an de fonctionnement. Une comparaison entre le coût de l'électricité
totale pour faire fonctionner l'unité de réfrigération de l'air dans le cas de la présence ou de
l'absence de free cooling est représentée sur la figure (49). Le montant de l'économie d'argent
pour chaque mois dans le cas de l'utilisation de la technique de free cooling est clairement
présenté dans cette figure.
Figure 50: Pourcentage du cout d’électricité des ventilateurs et des compresseurs du cout
total pour chaque mois de stockage de la pomme de terre
VIII.6 Conclusions
Si la température extérieure ambiante descend en dessous de la température de l'air de

refroidissement nécessaire de consigne, puis La technique de free cooling peut être utilisée
pour économiser de l'énergie à chaque fois. La technique de free cooling est respectueuse de
l'environnement et son utilisation aura un impact positif sur la réduction des émissions de CO2
et sur les phénomènes de réchauffement planétaire. L'objectif principal de cette étude est de
118
Chambre Froide
mettre l'accent sur certains hangars utilisant La technique de free cooling dans le système de
réfrigération de l'air en particulier pour les entrepôts frigorifiques qui contiennent certains
légumes ou des fruits qui doivent être refroidis tous les jours pendant la période de stockage. Si
la température extérieure est inférieure à la valeur de consigne des chambres froides, puis une
charge de refroidissement est nécessaire en raison de la chaleur de respiration des produits. Le
système de réfrigération de l'air dans les petits entrepôts frigorifiques utilise les techniques de
free cooling pour réduire sensiblement les coûts d'énergie. La valeur typique du coefficient de
performance se situe entre 2 et 3. Cependant, il y a des périodes de l'année où la température
ambiante de refroidissement peuvent être utilisés pour fournir à peu près le free cooling et le
COP peut atteindre à 14.86, où la consommation d'énergie seulement à partir de l'utilisation de
ventilateurs dans l‟évaporateur. Par conséquent, le coefficient de performance après avoir
utilisé les techniques de free cooling atteint environ 6.84 fois sa valeur avant d'utiliser cette
technique.
Lors du free cooling le compresseur de l'unité de réfrigération de l'air est essentiellement

éteindre, économisant ainsi de l'énergie et permettant également prévu d'entretien préventif doit
avoir lieu. Il a été constaté que cette mesure d'efficacité énergétique est économiquement
intéressante et permet d'économiser les travaux du compresseur d'électricité à payer pour le
coût d'installation de damper pour le free cooling en moins d'une année en Liban.
Le système de free cooling est une bonne technique pour stocker des produits frais tels que les
pommes de terre, de citron et de tomate parce que la température extérieure est inférieure à la
température de stockage de certains produits dans les mois froids. L'utilisation de la technique
de free cooling dans des chambres froides dépend de l'emplacement des magasins et une
grande économie d'énergie peut être reçue que si la température ambiante à l'emplacement des
entrepôts frigorifiques est minimale. Les technique de free cooling est très efficace à mettre en
œuvre dans les unités de climatisation et de réfrigération d'air pendant les mois froids d'hiver ou
comme Janvier, Février, Novembre et Décembre et le pourcentage de réduction d'énergie peut
atteindre plus de 80%, car le compresseur est désactivé à la plupart du temps dans ces mois.
Toutefois, dans les autres mois comme Mars et Avril, l'économie d'énergie dans ces mois est
bonne et elle peut atteindre 50% après l‟utilisation de la technique free cooling. D'autre part,
dans le semestre d'été, le pourcentage d'économie d'énergie qui résulte de la technique de free
cooling est inférieur à 10% parce que la température ambiante est élevée.
119
Chambre Froide
PARTIE VIII
ETUDE ECONOMIQUE ET
ENVIRONNEMENTALE
120
Chambre Froide
VIII.1 : Etude Economique

Dans cette étude, on calcule le rendement exérgétique du système installe avec et sans
dégivrage par l‟eau chaude et avec et sans l‟utilisation de la technique Free Cooling.
Rendement exégétique = ⁄
On groupe les résultats par ces 3 tableaux :
VIII.1.1 : Rendement exérgétique avec dégivrage par l'eau chaude
Exérgie avec dégivrage par l'eau chaude

T Source Froide 263 K
T Source chaude 318 K
T Reference 311 K
T Utile 273 K
θ Source Froide -0.18251 K
θ Source Chaude 0.022013 K
Q Source Froide 330 KW
Q Source Chaude 510 KW
éxérgie source froide -60.2281 KW.K
éxérgie source chaud 11.22642 KW.K
Exérgie paye (Bitzer: 8GE-60Y-40P) 165 KW
Exérgie paye (Copeland: MOPSH 4P/6MU-
201.15 KW
40X)
Rendement exérgétique (Bitzer) 0.433058
Rendement exérgétique (Copeland) 0.35523
Tableau 18: calcul de rendement exérgétique avec dégivrage par l'eau chaude
Le Rendement exérgétique (Bitzer) est plus grand que celle du Rendement exérgétique
(Copeland) ; c‟est pour cela on a choisi les équipes de cette société.
121
Chambre Froide
VIII.1.2 : Rendement exérgétique sans dégivrage par l'eau chaude et sans

l’utilisation de la méthode de Free Cooling
Exérgie sans dégivrage par l'eau chaude et sans Free Cooling
T Reference 311 K
T Utile 273 K
Exérgie paye (Bitzer: 8GE-60Y-40P) 175 KW
Exérgie paye (Copeland: MOPSH 4P/6MU-40X) 211.15 KW
Rendement exérgétique (Bitzer) 0.344161

Tableau 19: calcul de rendement exégétique sans dégivrage par l'eau chaude
Ce résultat montre que l‟utilisation de dégivrage par l‟eau chaude a augmenté le

rendement exérgétique de 0.09.
VIII.1.3 : Rendement exérgétique avec l’utilisation de la méthode de Free Cooling

Exérgie en utilisant Free Cooling
T Reference 311 K
T Utile 273 K
Exérgie paye (Ventilateur des évaporateurs) 38.61 KW
Rendement exérgétique 1.55991
Tableau 20: Calcul du rendement exérgétique avec l’utilisation de la méthode de Free
Cooling
Ce résultat montre que l‟utilisation du système Free Cooling a augmenté le rendement

exérgétique à 1.56, ce qui est le plus favorable.
122
Chambre Froide
VIII.2 : Etude Environnementale

VIII.2.1 Classifications des émissions
VIII.2.1.1 Emission directes
D‟une façon général, un équipement est un système qui échange de la matière et de

l‟énergie avec l‟environnement. Au niveau des échanges de matières, l‟utilisateur
connait les flux de matières entrant dans le système et la règlementation impose de
maitrise le flux de sortit, notamment en effectuant des analyses des effluant.
Il est donc possible de dresser un tableau précis de différente émission dans
l‟environnement que ce soit sous forme de déchet solide ou d‟effluant liquide ou
gazeux.
Pour être rigoureux, la démarche doit être globalisée au centre de production sans
oublier les fuites des équipements.
La difficulté pour évaluer ses émission réside dans la collecte d‟information qui impose
de tenir a jours tous les effluant entrant et de connaitre les flux sortant ce qui peut
exiger d‟avoir recours à des méthodes d‟analyses sophistiqués. Ayant collecté ses
informations et connaissant l‟impact environnementale de chaque espèce émise, il est
alors possible de faire la somme de tous les impacts normés.
VIII.2.1.1 Emissions indirectes
Les émissions indirectes sont liées à la consommation d‟énergies et leur évaluation est
plus délicate. En effet, autant il est faciles de comptabiliser la quantité d‟énergie
consomme provenant de réseaux par l‟utilisation des compteurs, autant il est difficiles
de connaitre exactement les émissions associer à la consommation d‟énergie. Dans ce
cas des « Ratios » résultants des moyennes liées au réseau sont utilisés.
Normalisation des émissions associées à l‟effet de serre (EDS)
Parmi les types d‟émission qui ont retenu une attention particulière, nous en citons
trois :
 Les émissions des substances appauvrissants la couche d‟ozone.

 Les polluants affectant la qualité de l‟air, du sous-sol, ou de l‟eau.
 Les émissions entrainant un renforcement de l‟effet de serre.
123
Chambre Froide
Toutes ces émissions jouent un rôle important et une analyse environnementale impose
de les prendre toute en considération. Cependant, à titre d‟illustration nous nous
pencherons tous particulièrement sur les émissions qui entrainent un renforcement de
l‟effet de serre, car dans les procèdes énergétiques elles jouent un primordiale.
VIII.2.1 GWP, tCeq et TEWI
Afin de caractérisées l‟impact sur l‟échauffement planétaires d‟une substance, le GWP

a été introduit.
La substance prise comme référence est le CO2.
Formule et proportion de chaque GWP

Nom ODP
composant pour les mélanges (100 ans)
CFC
R11 CFCl3 4000 1
R12 CF2Cl2 8500 1
HCFC
R22 CF2HCl 1700 0,055
R408A R125/143a/22 (7/46/47) (2650)
R401A R22/152a/124 (53/13/34) (970)
HFC
R32 CH2F2 580 0
R125 CF3CHF2 3200 0
R134a CF3CH2F 1300 0
R143a CF3CH3 4400 0
Mélange HFC
R404A R125/143a/134a (44/52/4) 3260 0
R407C R32/125/134a (23/25/52) 1525 -
R410A R32/125 (50/50) 1730 -
R422A R125/134a/600a (85,1/11,5/3,4) 2535 -
R422D R125/134a/600a (65,1/31,5/3,4) 2235 -
R427A R32/125/143a/134a (15/25/10/50) 1830 -
R507A R125/143a (50/50) 3300 -
Tableau 21: GWP et ODP des différents Fluides Frigorigènes
124
Chambre Froide
L‟impact d‟une substance dépend de la durée de prise en considération, car dans

l‟atmosphère les substances ont une durées de vie differente.la référence la plus
couramment utilisée, est le GWP100 qui correspond à 100 ans.
TEWI (Total Equivalent Warning Impact)
Le TEWI est un concept permettant de valoriser le réchauffement planétaire (global

warming) durant la vie opérationnelle d'un système de réfrigération par exemple,
utilisant un fluide frigorigène déterminé en tenant compte de l'effet direct dû aux
émissions de fluide frigorigène et à l „effet indirect dû à l‟énergie requise pour faire
fonctionner le système.
A titre indicatif, il est donné par la formule :
TEWI = (GWP x L x n) + (GWP x m [1-C]) + n x E x β

Où :
 GWP100 : global warming potential

 L : émissions annuelles de fluide en kg;
 n : durée de vie du système en années;
 m : charge en fluide frigorigène en kg;
 C : facteur de récupération / recyclage compris entre 0 et 1;
 E : consommation annuelle d‟énergie en kWh;
 β : émission de CO2 en kg / kWh.
 L=mxf
m:
volume nombre masse volumique total

compresseur 5 dm3 4 0.030553009 Kg/ dm3 0.61106 Kg
condenseur 22.7 dm3 4 1.149425287 Kg/ dm3 104.3678 Kg
évaporateur 32.3 dm3 2 0.030553009 Kg/ dm3 1.973724 Kg
Masse Totale 106.9526 Kg
Tableau 22: Calcul de la masse totale de fluide frigorigène utilisé
125
Chambre Froide
nombre d'équipements puissance (KWh/an)

Compresseur 4 791904
Condenseur 4 31536
Evaporateur 15 336891.204
Pompe recirculation échangeur froid 1 28032
Pompe recirculation évaporateur 15 91980
pompe principale froid 1 69204
pompe principale chaud 1 21024
Pompe recirculation échangeur chaud 4 17520
Total 1388091.204
Tableau 23: Calcul de la puissance annuelle totale des différents équipements
Données valeur
GWP 3260
fuites 5%
n 2
m 106.9526
C 1
E 1388091.204
β Liban 0.84
β France 0.1
Tableau 24: Valeur de différentes données pour calculer le TEWI
Comparaison Liban -France

TEWI Liban 2332319.223 Kg CO2/an
Sans Free Cooling 8.391320561
TEWI France 277944.2408 Kg CO2/an
Free Cooling 8.4
Avec Free Cooling 8.392258852
Liban 74.75557115 Kg CO2/an moyenne
Réduction
France 74.74721316 Kg CO2/an 8.394526471
Tableau 25: Calcul de TEWI et comparaison entre Liban et France
126
Chambre Froide
CONCLUSION GENERALE
Né d'une prise de conscience des difficultés que rencontre Le secteur agricole du Liban,
ce projet nous a permis de mettre en application les connaissances acquises durant
notre formation .Par ailleurs i l constitue une interaction de plusieurs domaines de
l'ingénierie tels que la transmission de chaleur, le froid, la climatisation, la rentabilité
des projets, etc.
En ce qui concerne l'objectif visé, il serait prématuré de dégager une conclusion

générale sur la rentabilité et la faisabilité du projet. En effet une telle conclusion sera
qu‟avec l‟utilisation de ces équipes et l‟utilisation du système de dégivrage par l‟eau
chaude et l‟utilisation de la technique de Free Cooling nous permis de réduire les couts
payée ainsi que minimiser les effets environnementaux.
Néanmoins, on peut affirmer que l'orientation vers les énergies renouvelables

notamment l'énergie photovoltaïque et l‟énergie éolienne, est une alternative
fiable et respectueuse de l'environnement face à la problématique de l'énergie, mais
cela attend l‟encouragement et la contribution des gouvernements locales.
127
Chambre Froide
Références Bibliographiques et Sitographiques
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128
Chambre Froide
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Sites Web:
www.bitzer.de/eng
www.econ.ubc.ca/copeland/homepage
www.friga-bohn.com
www.alfalaval.com
www.wilo.com
www.iifiir.org
www.raee.org
www.emersonclimate.com
129
Chambre Froide
Annexes
130
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131
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132
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133
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134
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135
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136
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137
Chambre Froide
138
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139

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HAL Id: dumas-01222212

HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est

Présenté par: Othman JABER

Membre de jury : Pr. Christophe MARVILLET

Dr. Tony JABBOUR

Dr. François KHOURY

Mes sœurs et mon frère

Et à tous qui aiment l’éducation et la connaissance

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

J‟aimerais exprimer toute ma reconnaissance aux personnes qui ont contribué à la

 Le Dr Francois KHOURY, pour son soutien et la mise à notre disposition des

 Le Dr Basam ASSAF, pour sa mise à notre disposition des documents de base.

 Mr Michel HALLAK, Directeur de la NPPC, pour l‟intérêt qu‟il porte au sujet.

 Mr SALMAN, Service de l‟agriculture, pour sa mise à notre disposition des

 Mr. Hasan ZEEITER pour l‟intérêt qu‟il porte au sujet.

 A tous ce qui m‟ont aider à accomplir ce travail.

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

 Mise à la disposition des agriculteurs une chambre de conservation, pour qu‟en

Notre démarche de conception consistera à utiliser des chambres froides. Un

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

Tableau des matières

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II.3.4 Charge frigorifique effective .................................................................................. 29

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

V.1.1.3.2 Signification du rendement ....................................................................................................... 82

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

VIII.2 : ETUDE ENVIRONNEMENTALE ................................................................................................ 123

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

Liste des figures

Figure 1 : Chambre froide aux anciens siècles. ........................................................................... 31

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

Liste des tableaux

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

C'est pourquoi le souci d'améliorer la qualité du produit stocké en répondant aux

Etant donné la variation de l‟augmentation de la facture d'électricité en fonction des

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

GENERALITES SUR L’AGRICULTURE ET LES

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

I.1 L’AGRICULTURE AU LIBAN {1}

I.1.1 Le secteur agricole du Liban

I.1.2 Les principaux terrains cultivables et leurs infrastructures

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

I.2 TRAITEMENT DES PRODUITS AGRICOLE

L'invention concerne un procédé et un dispositif de séparation de produits agricoles et

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

dans ce cycle la chaleur extraite se déplace d'un endroit à un autre.

Pour une conservation des produits agricultures à grande échelle, la méthode de

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

ETUDE DES CHARGES THERMIQUES AUTOUR

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013

II.1 GENERALITES SUR LES CHAMBRES FROIDE [1]

Les chambres froides évitent :

 Les pertes de couleurs du produit.

La fabrication et l'installation des chambres froides répondent à des normes de

ISAE - le CNAM JABER Othman - 2013