Le principe de conception d'une installation frigorifique

Faire une installation frigorifique revient à concevoir un circuit frigorifique. L’objectif recherché est le refroidissement d’une pièce, de denrées alimentaires, voire d’un process de fabrication. La démarche qui préside à une installation frigorifique est une démarche itérative. C'est-à-dire qu’elle consiste à effectuer des hypothèses qui permettent de faire des choix de calcul, essentiellement liés au dimensionnement de la structure visée. Ensuite, le résultat est contrôlé, et, le cas échéant, il est aménagé par le changement d’un paramètre. L’opération est répétée jusqu’à obtention d’un résultat satisfaisant.

Principe d’une installation frigorifique

La première étape de la conception consiste à définir le dimensionnement des besoins. En d’autres termes, il s’agit d’effectuer un bilan de tout ce qui apporte de la chaleur. Car le but de la manœuvre est bien de refroidir ou de climatiser. En définissant toutes les sources de chaleur, on définit la ‘quantité’ de refroidissement nécessaire, en fonction du type d’installation recherchée (chambre froide pour denrées alimentaires, simple espace réfrigérant, climatisation…) Or, la chaleur peut provenir de plusieurs sources :

  • L’apport de chaleur peut se faire via les parois. Le but est donc de connaître la quantité de chaleur qui passe au travers des parois en question. Qu’il s’agisse des murs verticaux, du sol ou du plafond. Pour calculer cette chaleur, il faut prendre en compte le type de parois (nature, isolation, matériaux) et tenir compte de l’écart de température existant d’un côté et de l’autre de la paroi, autrement dit, entre l’extérieur de la future installation et l’intérieur.
installation frigorifique GMS
  • L’apport de chaleur peut également s’effectuer par les produits qui devront séjourner dans l’installation frigorifique. Ici, il faut calculer la quantité de chaleur à extraire des produits afin de les refroidir. Là encore, la nature du produit, le type de refroidissement, le changement éventuel d’état du produit, le temps… sont de précieuses données qui permettront de calculer la puissance nécessaire.
  • L’apport de chaleur provient aussi des personnes. Les individus vont dégager de la chaleur, qu’il s’agisse des habitants d’une maison ou des travailleurs d’un entrepôt frigorifique. Le paramètre le plus important est sans conteste le nombre de personnes susceptibles d’intégrer l’espace et leurs éventuels mouvements, ayant pour effet de dégager plus de chaleur encore. Le calcul d’une jauge et d’une activité éventuelle sont donc primordiaux, notamment au sein d’espaces comme les salles de spectacle par exemple.
  • Viennent enfin les apports divers, comme l’énergie calorifique d’un éclairage, d’une machinerie, voire de portes restant ouvertes…

Le dimensionnement

Dès lors que les apports de chaleur sont évalués, les besoins en matière de réfrigération sont connus. Il ne reste donc plus qu’à calculer le dimensionnement des équipements. Et le principe est exactement le même pour une climatisation que pour une réfrigération.

L’important est de ne pas tomber dans les deux principaux écueils ;

  • Sous-dimensionner l’installation ;
  • Surdimensionner l’installation.

Dans le premier cas, les besoins ne seraient pas satisfaits. Dans le second, ce sont les performances de l’équipement qui seraient dégradées. Le choix des composants est donc primordial. Compresseur, condenseur, évaporateur, détendeur, pompes, ventilateurs, tour de refroidissement, mais également tuyauterie, gaines sont autant de composants à choisir avec précaution en fonction du résultat escompté. La taille et la qualité des tubes et tuyaux va définir le débit du liquide frigorigène. Si la vitesse de circulation est trop faible, le matériel risque de casser rapidement par manque de retour d’huile au compresseur. Si les tuyaux sont trop fins, la machinerie va faire du bruit, très inconfortable. Ne pas oublier qu’aux éléments déjà calculés plus haut, il faut ajouter les éventuelles pertes de charge pour dimensionner parfaitement la tuyauterie.

Sur quelles bases se fixer pour effectuer les bons calculs ?

Le surdimensionnement est assez fréquent, même s’il reste léger. En effet, il est préférable d’éviter l’inconfort dû au bruit des tuyauteries et, surtout, de ne pas manquer de puissance. Toutefois, il est possible d’ajuster les données de calcul au plus près, en questionnant des bases précises ;

  • Utiliser des bases de température et de degré d’humidité extérieures réalistes plutôt que de se fier aux valeurs extrêmes qui servent classiquement ;
  • De la même façon, utiliser des bases de température et d’hygrométrie intérieures “enveloppes” réservant une “zone neutre” ;
  • Utiliser la norme européenne NBN EN 13779 : 2004 en matière de besoins réels de ventilation ;
  • Tabler sur des bases de taux d’occupation des locaux réalistes et prédéfinis en fonction de leur usage ;
  • Tenir compte des niveaux d’apports de chaleur interne prédéfinis en fonction du niveau d’équipement et ne plus se référer aux seules valeurs standard de 25W/m² ;
  • Intégrer des besoins de déshumidification limités (60 % au lieu des 50 % standards par exemple) ;
  • ...

Pour finir, et afin d’optimiser le fonctionnement de l’installation frigorifique, il faudra y adjoindre les bons outils de gestion…