Bilan énergétique d'un meuble fermé vertical négatif

Calculs

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

Hypothèses générales

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

  • Les conditions d’ambiance externes sont de la classe 3 (température Tambiance = 25 °C, Humidité HRa = 60 %).
  • L’enthalpie hambiance = 58 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT (soit à une température ambiante de 25 °C et 60 % d’humidité relative).

Caractéristiques d’un meuble négatif

On retrouve souvent en application négative des meubles verticaux dont les caractéristiques sont les suivantes :

Schéma principe meuble négatif.
  • température de conservation = – 18°C;
  • nombre de dégivrages journaliers nbre_dégivr = 2;
  • temps de dégivrage tdégivr = 0,5 heure;
  • longueur =  2,34 m;
  • hauteur = 2,3 m;
  • Surfacepénétrative = 15 m²;
  • Surfaceporte_vitrée = 4,3 m²;
  • Kmoyen_paroi = 0,6 [W/m².K] pour un meuble vertical avec de l’ordre de 6 cm d’isolant;
  • Kmoyen_porte_vitrée = 3 [W/m².K] pour un double vitrage classique;
  • nombre de portes Nporte = 3.

Calculs

 Pour évaluer le coefficient de conductivité thermique d’une paroi
  • Les conditions d’ambiance internes sont liées à la classe de température des paquets “test”, soit L1 pour les meubles frigorifiques négatifs (la température des paquets les plus chaud est de -15°C et celle des paquets les plus froid de -18°C).
  • L’enthalpie hinterne = -15 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT.
  • La puissance électrique des ventilateurs Pvent =  150  W.
  • la puissance électrique de l’éclairage Pécl =  288  W (soit 2 x 4 tubes de 36 W);
  • La puissance du cordon chauffant Pcordon_chaud = 60 W.
  • La puissance de dégivrage Pdégivrage = 6 400 W.
  • Nombre d’ouverture des portes Nouverture = 10 ouvertures/h.porte.
  • Temps ouverture des portes touverture = 10 s/porte.
  • Le volume libre (entre les denrées et les portes) Vlibre_meuble = 0,8 m³.

Énergie de jour

L’énergie de jour est principalement due à la pénétration au travers des parois (isolant et vitrage des portes), à l’ouverture des portes et au dégivrage.

Qjour  = Σ Pi apports_jour x tijour [Wh/jour]
Apports de chaleur Calculs Qjour[Wh/jour]
Pénétration paroi Qpen_paroi  = K moyen_paroi x Sparoi x (Tambiance – Tinterne) x tjour

= 0,6 x 15 x (25 – (-18)) x 10

 3 870
Pénétration vitrage Qpen_vitrage  = Kmoyen_porte_vitrée x Sparoi x (Tambiance – Tinterne) x 

(tjour – touverture_porte)

= 3  x 4,3 x (25 – (-18)) x (10 – (3 x 10 x 10 / 3 600))

 5 498
Ouverture des portes Nporte x Nouverture  x Vlibre_meuble x Cair  x 

(Tambiance – Tinterne) / 3600

= 3 x 10 x  0,8 x 2 x (25 – (-18) x 10 / 3,6

 5 733
Ventilation Qvent  = (Pvent + Pcordon_chaud) x tjour

= (150 + 60) x 10

 2 100
Éclairage Qéclair  = Péclair  x tjour

= 288 x 10

 2 880
Dégivrage Qdég  = Pdég  x tdég

= 6 400 x 0.5 x 2

 6 400
Qjour 26 481

 

Energie de nuit

La perte d’énergie de nuit continue par les parois principalement et les vitrages. L’éclairage est éteint et le ventilateur continue de brasser l’air dans le meuble fermé.

Qnuit  = Σ Pi apports_nuit x tinuit [Wh/jour]
Apports de chaleur Calculs Puissance absorbée par le meuble frigorifique [Wh/jour]
Pénétration paroi Qpen_paroi  = K moyen_paroi x Sparoi x (Tambiance – Tinterne) x tnuit

= 0,6 x 15 x (25 – (-18)) x 14

 5 418
Pénétration vitrage Qpen_vitrage  = Kmoyen_porte_vitrée x Sparoi x (Tambiance – Tinterne)

 x tnuit

= 3  x 4.3 x (25 – (-18)) x 14

 7 766
Ouverture des portes – –
Ventilation Qvent  = (Pvent + Pcordon_chaud) x tnuit

= (150 + 60) x 14

 2 940
Eclairage – –

Qnuit

 16 124

Bilan énergétique

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

Qtotal = Qjour + Qnuit [Wh/jour]
Apports de chaleur Energie de jour (10 heures/jour) Energie de nuit (14 heures/jour) Energie total journalière
Pénétration paroi 3 870 5 418 9 288
Pénétration vitrage 5 498 7 766 13 264
Ouverture des portes 5 733 0 5 733
Ventilation/cordon chaud 2 100 2 940 5 040
Eclairage 2 880 0 2 880
Dégivrage 6 400 0 6 400
Total 42 605
Total/m² d’ouverture de portes 42 605/(4.3 x 1000) = 9,9 [kWh/m².jour]

Puissance frigorifique de l’évaporateur

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

P0 = (Qtotal)  / (24 – nombredégivrage x tempsdégivrage)

P0 = 42 605  / (24 – 2 x 0.5)

P0 = 1 852 [W]

Puissance frigorifique spécifique

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

Pml = P 0 / longueur du meuble

Pml = 1 852  / 2,3

Pml = 805  [W/ml]