Une méthode innovante de détection du givre

Dans un réfrigérateur, l'évaporateur a pour fonction de produire du froid en transférant la chaleur des aliments stockés dans le compartiment froid vers le fluide frigorigène en circulation. L'accumulation de givre sur les serpentins de l'évaporateur peut réduire considérablement l'efficacité des systèmes frigorifiques. Il en résulte une consommation d'énergie plus élevée puisque le transfert de chaleur entre le flux d'air et l'évaporateur est réduit par le givre accumulé. Par conséquent, à moins que des processus de dégivrage ne soient effectués à intervalles réguliers, l'évaporateur ne peut pas être efficace. Il pourrait même cesser de fonctionner.

Comme le rappellent les auteurs d’un récent article ⁽¹⁾ publié dans la Revue Internationale du Froid (RIF), il a été démontré que le processus de dégivrage peut consommer jusqu'à 25 % de la demande totale d'énergie d'un réfrigérateur équipé d'un dispositif de chauffage électrique comme système de dégivrage. Contrairement à d'autres processus de dégivrage qui sont lancés à des heures prédéfinies – ce qui peut entraîner des opérations de dégivrage inutiles – le déclenchement du processus de dégivrage conditionné à l’accumulation de givre sur l'évaporateur peut fortement réduire la consommation d'énergie. Ainsi, de nombreuses études se concentrent sur la détection du givre et sur l'estimation de son niveau d’accumulation. Cependant, mesurer l'épaisseur de la couche de givre au moyen de méthodes directes est généralement coûteux et irréalisable en pratique.

Toutefois, une nouvelle méthode indirecte de détection de givre développée et testée par expérimentation par les auteurs de cet article de la RIF pourrait répondre à cette problématique. Cette nouvelle technologie peut être appliquée aux congélateurs-chambres fonctionnant grâce à des unités de condensation à distance ainsi qu’à plusieurs chambres froides alimentées par un rack de compresseurs. Elle permet de quantifier avec précision le niveau de givre par rapport à l'état sec initial. Deux configurations sont utilisées pour mener à bien cette étude : un congélateur-chambre dont le frigorigène est le R404A et une installation frigorifique à plusieurs chambres, gérée par un rack multi-compresseurs et utilisant un système en cascade au R134a-CO₂

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Un nouveau paramètre appelé Thermal Variation Easiness (TVE) (« Facilité de variation thermique ») est introduit pour détecter et quantifier avec précision l'accumulation de givre sur l'évaporateur. Lorsque la couche de givre croît, la masse totale de givre et de l'évaporateur (Mevap) augmente et le coefficient global de transfert de chaleur (U) diminue. Ainsi la valeur TVE diminue.

Les résultats de l'étude mettent en évidence que la méthode présentée fonctionne correctement sur le plan quantitatif pour surveiller le niveau de givre figé sur l'évaporateur lors d’un fonctionnement avec plusieurs chambres froides gérées par un rack de compresseurs.

Cette méthode de détection précise du givre permet de réaliser des économies d'énergie en réduisant la quantité de cycles de dégivrage et en évitant d'utiliser un surcroît d’énergie pour refroidir la chambre froide après chaque dégivrage. Elle empêche également tout éventuel blocage de l'évaporateur dû à un niveau excessif de givre.

⁽¹⁾ J. M. Maldonado et al; Frost detection method on evaporator in vapour compression systems. Disponible dans la base de données FRIDOC (gratuit pour les membres de l’IIF).