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Principe du rideau d'air sur les armoires et vitrines froides

Publié le : 15/06/2017 13:28:13
Catégories : Froid

L’armoire réfrigérée ou la vitrine froide sont des meubles frigorifiques ouverts à l’ambiance du commerce. C’est ce qui permet au consommateur d’avoir un contact direct avec les denrées vendues par le commerçant. Le rideau d’air a pour fonction de réduire l’écart de température entre le volume réfrigéré du meuble frigorifique et l’ambiance du magasin.

Les rideaux d'air ont un rôle essentiel dans l'optimisation des meubles frigorifiques au niveau thermique et énergétique. Les différentes caractéristiques des rideaux d'air citées ci-dessous permettent d'évaluer l'efficacité thermique et énergétique que l'on peut attendre d'eux.

Cas des meubles réfrigérés horizontaux

En théorie, l’air froid de densité se trouve attiré vers le bas, ce qui facilite son maintien dans le volume utile du meuble froid. Toutefois, dans le monde réel, un simple courant d’air suffit à perturber cet équilibre fragile, surtout lorsque le meuble réfrigéré est rempli à sa pleine capacité. Un autre phénomène vient compliquer la tâche des fabricants de vitrines réfrigérées horizontales, le volume utile lorsqu’il est réfrigéré à une pression partielle plus faible que celle de l’air ambiant affleurant le dessus du meuble réfrigéré. Dès lors, s’ensuit la formation d’eau, de givre, ou de glace sur les parois du meuble ou sur les produits stockés et exposés.

Cas des meubles réfrigérés verticaux

Dans le cas des armoires réfrigérées murales verticales, le flux d’air froid a naturellement tendance à s’écouler et tenter de sortir du meuble réfrigérant. C’est un phénomène qu’il est difficile de canaliser, à plus forte raison de maîtriser parfaitement. Toutefois les départements de recherche et développement des constructeurs de vitrines d’exposition réfrigérée financent des études poussées en CFD pour essayer de mieux comprendre le comportement des flux d’air froid en fonction de la géométrie du meuble et en rapport aux niveaux de chargement de celui-ci. Les critères ayant le plus d’impact étant la masse (inertie thermique) des denrées stockées, la position des produits sur les étagères, le volume d’espace vide disponible pour la circulation de l’air, la présence d’obstacles, enfin la présence ou non de courants d’air dans l’ambiance du magasin et la vitesse de celui-ci.

Le rideau d’air pour maîtriser le bouclage de l'air en circuit fermé.

Le rideau d’air est une solution élégante et efficace introduite par les fabricants de vitrines réfrigérées, sa mise en œuvre permet d’alléger la facture en limitant les pertes énergétiques lors de la production de froid. Il permet aussi de préserver la qualité des produits et denrées alimentaires, en réduisant les échanges thermiques susceptibles de les réchauffer. Le rideau d’air rempli plusieurs rôles, et doit répondre à différentes contraintes, sans en plus entraver l’accès aux denrées. Sa première fonction est la réduction des échanges de chaleur et d’humidité entre l’ambiance du meuble réfrigéré et celle du magasin. En provoquant une convection forcée, le rideau d’air permet de d’évacuer la chaleur rayonnement des parois sur les denrées

Les différents types de rideaux d'air

Face à ces problématiques, les constructeurs de vitrines réfrigérées proposent différents modèles de rideau d’air, symétrique ou asymétrique, à flux orienté. Il existe ainsi des rideaux d’air selon le type de vitrines ou meuble réfrigéré, horizontal, vertical, ou encore inclinés. Les rideaux d’air varient aussi en fonction du type de fonctionnement du circuit frigorifique du meuble, circuit ouvert ou fermé. Ou encore, en fonction de leur position, c’est-à-dire à la limite de chargement, dans le volume utile réfrigéré, hors du volume réfrigéré.

Les rideaux d'air symétriques

rideau d’air symétrique Le rideau d’air symétrique repose sur un profil de vitesse symétrique par rapport à l’axe du flux d’air. Ainsi, le flux d'air du rideau, par frottement et turbulence sur toute la hauteur du meuble réfrigéré, entraîne ou induit tant à l'extérieur qu'à l'intérieur des masses d'air grandissantes qui le freinent et l'alourdissent. L'induction des masses d'air tant externe qu'interne a pour effet de réchauffer le rideau d'air et de le charger en humidité en évitant ainsi qu'elle ne puisse migrer vers l'intérieur du meuble.

À la bouche de reprise, les masses induites tant à l'extérieur qu'à l'intérieur par le rideau d'air sont séparées, ce qui sous-entend, à l’extérieur la perte d’une quantité plus ou moins grande d’air froid. Tandis qu’à l’intérieur de la vitrine froide, celle-ci crée une circulation d’air secondaire. L’air aspiré par la bouche de reprise parce qu’il a été réchauffé, devra à nouveau passer à travers l’évaporateur afin d’être refroidi avant un nouveau cycle. L’humidité absorbée par le rideau d’air se condensera pour sa part sur l’évaporateur. Ce qui implique un dégivrage fréquent des évaporateurs de meubles réfrigérés à rideau d’air symétrique, afin que ceux-ci ne soient pas pris dans la glace.

Les rideaux d'air asymétriques

rideau d'air asymétriqueOn dit d'un rideau d'air qu'il est asymétrique lorsque le profil de vitesse par rapport à l'axe du flux du rideau est asymétrique. En général, on s'arrange pour que la vitesse à proximité de la limite de chargement soit plus importante que celle qui induit l'air ambiant tout en évitant que le flux devienne turbulent. Ce dispositif permet par convection, d'évacuer rapidement la chaleur accumulée en surface supérieure des denrées par rayonnement, de réduire l'induction de chaleur et d'humidité de l'extérieur.

En général, on privilégie des rideaux d'air épais de manière à obtenir des débits suffisants à l'évaporateur pour un refroidissement efficace tout en garantissant des vitesses faibles de déplacement de l'air au niveau de l'ouverture du meuble. Pour un meilleur bilan énergétique et thermique du meuble, il est nécessaire de réduire l'induction de l'air extérieur en diminuant la vitesse du rideau d'air et les turbulences d'augmenter l'échange thermique au travers de l'évaporateur et donc le débit.

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