La physique du froid

Pourquoi la haute pression d'une installation frigorifique augmente-t-elle lors d'une canicule ?

Des températures extérieures élevées ne signifient pas automatiquement qu'il y a un problème, mais elles augmentent les exigences imposées à toute installation frigorifique.

Pendant une canicule, de nombreux exploitants signalent une augmentation des coûts d'électricité, des durées de fonctionnement du compresseur plus longues et des dysfonctionnements liés à la haute pression. L'impression que l'installation frigorifique « n'a plus assez de puissance » apparaît rapidement.

En réalité, elle fonctionne souvent exactement comme elle a été conçue.

Le problème réside en fait dans les conditions physiques environnantes.

Comment fonctionne le condenseur ?

Une fois que le compresseur a comprimé le fluide frigorigène gazeux, celui-ci possède :

• une pression élevée,
• une température élevée,
• et une teneur énergétique élevée.

Cette chaleur doit ensuite être évacuée vers l'environnement via le condenseur.

Ce n'est qu'ensuite que le fluide frigorigène peut être à nouveau liquéfié et que le processus frigorifique proprement dit recommence.

Le condenseur fonctionne donc comme un échangeur de chaleur entre le fluide frigorigène et l'air extérieur.

Pourquoi est-ce plus difficile en été ?

La chaleur circule fondamentalement toujours du milieu le plus chaud vers le milieu le plus froid.

Plus cette différence de température est grande, plus le transfert thermique est facile.

Exemple :

• Température extérieure au printemps : 20 °C
• Température de condensation : 35 °C

Différence de température :

15 Kelvin

Par une chaude journée d'été :

• Température extérieure : 38 °C

Pour que le condenseur puisse continuer à évacuer suffisamment de chaleur, le fluide frigorigène doit devenir nettement plus chaud.

La température de condensation monte par exemple à :

50 à 55 °C

Par conséquent, la haute pression dans le circuit frigorifique augmente inévitablement.

Pourquoi le compresseur a-t-il besoin de plus d'énergie maintenant ?

Avec l'augmentation de la haute pression, le compresseur doit comprimer le fluide frigorigène contre une résistance plus élevée.

Cela signifie :

• un travail de compression plus important,
• une consommation électrique plus élevée,
• des durées de fonctionnement plus longues,
• des températures de composants plus élevées.

L'installation frigorifique continue donc de produire la même puissance frigorifique, mais nécessite pour cela nettement plus d'énergie électrique.

Qu'est-ce que cela signifie pour le COP ?

Le COP (Coefficient de Performance) décrit le rapport entre la puissance frigorifique produite et la puissance électrique consommée.

Plus la haute pression augmente, plus ce rendement diminue.

Les conséquences :

• augmentation des coûts d'exploitation,
• baisse de l'efficacité énergétique,
• charge accrue sur le compresseur,
• réserves de puissance réduites.

Quels facteurs aggravent encore le problème ?

Outre la température extérieure, d'autres facteurs influencent la haute pression :

• condenseurs encrassés,
• voies d'air obstruées,
• ventilateurs encrassés,
• exposition directe au soleil,
• ventilation insuffisante,
• températures ambiantes élevées dans les locaux techniques.

Souvent, plusieurs de ces facteurs agissent simultanément.

Comment reconnaît-on une augmentation de la demande énergétique ?

Toutes les installations ne disposent pas d'une mesure permanente de la haute pression.

Néanmoins, les changements peuvent souvent être détectés indirectement.

Les signes typiques sont :

• durées de fonctionnement du compresseur plus longues,
• cycles de démarrage/arrêt plus fréquents,
• augmentation de la consommation d'électricité,
• durées de refroidissement plus longues après l'ouverture des portes,
• givrage croissant de l'évaporateur dû à des temps de fonctionnement plus longs.

La température seule ne raconte pas toute l'histoire

Une installation de réfrigération peut continuer à maintenir sa température de consigne de manière fiable tout en fonctionnant de manière nettement moins efficace.

C'est pourquoi l'examen d'autres grandeurs de mesure est utile.

Outre la température, notamment :

• l'humidité de l'air,
• le point de rosée,
• les profils de température,
• les historiques d'alarmes
• et l'évolution des durées de fonctionnement

fournissent de précieuses indications sur les changements de l'état de l'installation.

Surveillance intelligente plutôt que simples valeurs limites

Les systèmes de surveillance modernes n'enregistrent plus seulement les valeurs de température aujourd'hui.

Grâce à la combinaison de la température, de l'humidité relative de l'air et du point de rosée calculé automatiquement, les relations thermodynamiques peuvent être évaluées beaucoup mieux.

Les capteurs de température et d'humidité LoRaFOXX saisissent ces grandeurs de mesure en continu. Dans le cloud PolarFOXX, le point de rosée est calculé entre autres. Ainsi, les exploitants peuvent détecter des changements qui indiquent une entrée d'humidité croissante, un givrage croissant ou une baisse du rendement de l'installation, souvent longtemps avant que les valeurs limites ne soient dépassées.

À long terme, ce sont précisément ces grandeurs de mesure qui constituent la base d'indicateurs d'état intelligents permettant de détecter précocement les changements dans le comportement de l'installation et de planifier les mesures de maintenance de manière ciblée.

Conclusion

Des températures extérieures élevées n'augmentent pas automatiquement la puissance frigorifique qu'une installation doit produire, mais elles rendent plus difficile l'évacuation de la chaleur via le condenseur.

Par conséquent, la haute pression augmente, le compresseur consomme plus d'énergie et le COP diminue.

Celui qui souhaite évaluer l'état d'une installation frigorifique à long terme ne devrait donc pas se limiter à regarder la température. Ce n'est que l'interaction de différentes grandeurs de mesure qui permet une évaluation fondée de l'efficacité énergétique et de l'état de l'installation.