Sélection de bobine

Serpentins de condenseur et d’évaporateur refroidis par air : choisir la paire qui survit aux conditions météorologiques réelles et au gel réel

Deux bobines à ailettes et tubes se trouvent dans le même circuit mais obéissent à des règles complètement différentes. Si vous vous trompez, le symptôme apparaît complètement ailleurs : au niveau du pressostat haute pression, dans la minuterie de dégivrage ou sur la facture d'électricité.

Un entrepôt frigorifique de 48 mètres cubes situé dans une ville côtière déclenchait son coupe-circuit haute pression chaque après-midi de juillet. Le compresseur était sain, la charge était correcte et les joints de porte étaient neufs. Les deux vrais problèmes étaient les serpentins : un condenseur avec des ailettes espacées de 2,1 mm qui avait collecté du sel, de la poussière et du pollen pendant onze mois, et un évaporateur dont les ailettes avaient été pontées par le gel suffisamment longtemps pour plier le bac de récupération.

Cette combinaison est courante et elle est normalement décidée au stade de l’offre plutôt que sur le terrain. La règle de fonctionnement est courte : dimensionner le serpentin du condenseur refroidi par air pour le pire après-midi ambiant de l'année, et dimensionner le serpentin de l'évaporateur en fonction du comportement en matière d'humidité et de gel de la pièce qu'il dessert. Les tableaux de capacité du catalogue sont un point de départ et non une spécification.

Les deux bobines font des travaux opposés

Un serpentin de condenseur refroidi par air reçoit le gaz de décharge surchauffé du compresseur et rejette cette chaleur dans l'air extérieur, de sorte que le réfrigérant s'échappe sous forme liquide. Un serpentin d'évaporateur fait l'inverse à l'intérieur de l'espace réfrigéré : il absorbe la chaleur de l'air, fait bouillir le réfrigérant et renvoie la vapeur légèrement surchauffée au compresseur. Les deux sont des échangeurs de chaleur à ailettes et tubes, souvent répertoriés côte à côte dans le même catalogue, c'est exactement pourquoi ils sont traités comme du matériel interchangeable.

Traitez le tableau comme une liste de contrôle plutôt que comme une description. Si un devis indique l'espacement des ailettes sans indiquer les conditions ambiantes de conception ou l'humidité ambiante attendue, les chiffres ne peuvent pas être vérifiés ultérieurement.

Combien coûte le refroidissement de l'air au niveau du serpentin du condenseur

Un condenseur refroidi par air fonctionne avec l’air fourni par le temps. Sur un serpentin bien adapté, la température de condensation s'établit à environ 10 à 15 K au-dessus de la température ambiante sèche, et chaque kelvin supplémentaire augmente la puissance du compresseur d'environ 2 à 3 pour cent. La surface, le débit d’air et la propreté comptent donc plus que n’importe quel chiffre imprimé sur une fiche technique.

La sélection commence généralement par une température d'approche, c'est-à-dire l'écart entre la température de condensation et la température ambiante de conception. Un objectif de 8 à 12 K convient à la plupart des unités de condensation commerciales. Descendre en dessous d'environ 8 K permet d'obtenir une pression de refoulement plus faible, mais cela nécessite beaucoup plus de surface de bobine et de puissance de ventilateur, de sorte que les économies doivent être mises en balance avec le coût d'investissement.

L'espacement des ailettes du côté du condenseur est une décision encrassante. Un espacement serré de 1,8 à 2,5 mm permet d'obtenir plus de surface dans la même empreinte ; un espacement plus large de 2,5 à 3,5 mm conserve sa capacité plus longtemps là où le peuplier, la poussière de ciment ou le sel côtier sont présents. Le placement est tout aussi important : laissez au moins une hauteur de serpentin d'espace libre devant la face, évitez les coins qui permettent à l'air chaud de recirculer et gardez le serpentin à l'abri du vent dominant qui repousse les gaz d'échappement à travers les ailettes.

Le serpentin de l’évaporateur est l’endroit où l’humidité établit les règles

À l’intérieur de l’espace réfrigéré, le serpentin de l’évaporateur gère deux charges à la fois : la chaleur sensible qui abaisse la température de l’air et la chaleur latente qui condense l’humidité sur les ailettes. C'est pourquoi l'espacement des ailerons ici est déterminé par le gel et non par le désir d'une surface maximale.

Les serpentins du congélateur sont généralement espacés de 4 à 8 mm afin que le givre puisse s'accumuler entre les cycles de dégivrage sans combler l'écart. Les serpentins à température moyenne et les refroidisseurs peuvent utiliser 2 à 3 mm car les températures de surface restent au-dessus du point de congélation pendant la majeure partie du temps de fonctionnement. La vitesse frontale est généralement maintenue à environ 2 à 3 m/s pour limiter l'entraînement des condensats dans le conduit ou la pièce.

La différence de température de conception entre l’air ambiant et la température d’évaporation constitue le deuxième levier. Le service à température moyenne utilise généralement 6 à 8 K, le service à basse température 5 à 7 K. Une très petite différence permet une élimination douce de l'humidité mais nécessite une bobine grande et coûteuse ; une très grande différence rétrécit le serpentin et élimine rapidement l'humidité, au prix d'une croissance plus rapide du givre, de cycles de dégivrage plus longs et d'une charge plus lourde du compresseur.

La méthode de dégivrage, la pente du bac de récupération et le piégeage de la conduite de drainage doivent être choisis en même temps que le serpentin. Un dégivrage efficace au gaz chaud ou électrique ne signifie pas grand-chose si l'eau fondue ne peut pas quitter l'armoire avant le prochain tirage.

Chiffres à écrire dans la spécification

1. Concevez la température ambiante du bulbe sec pour le condenseur, y compris l'altitude et si le site a des antécédents de recirculation.
2. Température de condensation cible et température d'approche, indiquées en kelvin.
3. Température ambiante, humidité relative et température d'évaporation, avec la différence de température qui en résulte.
4. Type de réfrigérant, plage de charge requise et disposition du distributeur ou du circuit.
5. Sous-refroidissement attendu de 3 à 5 K et surchauffe de 5 à 8 K en sortie de batterie.
6. Débit d'air en mètres cubes par heure, plus la pression statique que les ventilateurs doivent surmonter.
7. Méthode de dégivrage, durée de cycle maximale et position du capteur de fin.
8. Une marge d'encrassement, généralement 10 pour cent de la superficie, pour les sites qui ne peuvent pas être nettoyés mensuellement.

Rédigée de cette façon, une cotation de bobine devient vérifiable. Sans ces valeurs, deux fournisseurs peuvent proposer la même puissance en kilowatts et livrer des bobines qui ne se comportent pas de la même manière dans la même pièce.

Détails de construction qui déterminent la durée de vie

Le diamètre du tube, le motif des ailettes, l'épaisseur du boîtier et la qualité du joint déterminent la durée pendant laquelle une bobine conserve sa capacité. Les tubes en cuivre avec ailettes en aluminium restent le choix courant pour la réfrigération commerciale, avec des tubes de 3/8 pouces, 1/2 pouces et 5/8 pouces couvrant la plupart des tâches. Les ailettes à persiennes augmentent le transfert de chaleur côté air mais collectent les peluches plus rapidement ; les ailerons plats ou ondulés tolèrent mieux les sites sales. Les revêtements anticorrosion ou hydrophiles méritent d'être précisés à proximité des côtes ou dans les usines agroalimentaires qui nettoient régulièrement leurs équipements.

Les détails mécaniques méritent la même attention : un boîtier galvanisé suffisamment épais pour résister aux vibrations du ventilateur, des rangées de tubes décalées, un collecteur correctement dimensionné et des joints brasés qui survivent au transport. L’intégrité des fuites doit être démontrée plutôt que promise, c’est là que la détection des fuites d’hélium et un test de maintien de pression documenté méritent leur place dans la commande.

Une batterie est jugée deux fois : une fois sur le dessin, et une fois après trois ans de cycles poussière, air salin et dégivrage. Seul le deuxième verdict appartient au client.

Faites correspondre la bobine à la machine, pas au catalogue

Un serpentin de condenseur doit être adapté au compresseur au point de conception, et non à sa puissance nominale. Un condenseur sous-dimensionné augmente la pression de refoulement et réduit la durée de vie du compresseur ; un réservoir surdimensionné abaisse la température de décharge et peut retenir l'excès de liquide dans le récepteur, qui doit ensuite être géré par la charge et le dispositif d'expansion. Du côté de l'évaporateur, un surdimensionnement réduit la différence de température mais risque un faible retour d'huile et un détendeur instable, tandis qu'un sous-dimensionnement réduit l'élimination de l'humidité et allonge le temps de descente après le dégivrage.

Les unités de condensation conditionnées refroidies par air éliminent une grande partie de ce risque d'appariement, car le serpentin, le ventilateur et le compresseur sont testés comme un seul ensemble. Lorsque les serpentins sont achetés séparément, demandez des courbes de performances dans vos conditions ambiantes et ambiantes réelles, et comparez-les à la courbe du compresseur plutôt qu'à un seul chiffre de capacité nominale. Une brève revue de critères de sélection du condenseur est une vérification croisée utile avant de passer la commande.

Modèles de champs : ce qui échoue en premier

• Les ailettes du condenseur sont obstruées par de la poussière, du pollen ou de la graisse, produisant une pression de refoulement élevée qui ressemble à un défaut du réfrigérant.
• Air chaud recirculant d'un groupe de serpentins vers le suivant, courant dans les cours fortifiées et les enceintes sur les toits.
• Pontage de givre sur les ailettes de l'évaporateur dû à un espacement des ailettes trop étroit pour la charge d'humidité de la pièce.
• Condensation débordant du bac parce que la conduite d'évacuation était mal coincée ou que le bac avait perdu sa pente après l'installation.
• Corrosion d'un tube en cuivre sous un revêtement endommagé lors du transport ou de l'installation.
• Panne du moteur du ventilateur due à un fonctionnement continu à température ambiante élevée, souvent sur l'unité la plus difficile à atteindre.

Que demander avant de passer la commande

Les fournisseurs qui fabriquent des échangeurs de chaleur en volume peuvent généralement répondre à ces points par écrit, et les réponses distinguent un serpentin fiable d'un devis bas.

• Quelles méthodes de test de pression et de détection des fuites sont utilisées, à l'hélium ou à l'azote, et quelle limite d'acceptation s'applique.
• Quels systèmes de gestion et certifications de produits sont détenus, par exemple ISO 9001, ISO 14001, CE, UL et RoHS là où les marchés d'exportation l'exigent.
• Si une licence de production couvre les échangeurs de chaleur à ailettes et les évaporateurs, et si les permis relatifs aux appareils sous pression s'appliquent aux assemblages de condenseurs.
• Quelle documentation est livrée avec la bobine : courbes de performances, certificats de matériaux, rapports de test, schémas de tuyauterie et de câblage et listes de pièces de rechange pour les ventilateurs et les moteurs.
• Comment la bobine est emballée pour le fret maritime, car les enveloppes pliées et les ailettes écrasées sont les réclamations de transport les plus courantes.

Si les réponses sont vagues, le risque est transféré à l’équipe d’installation, au prestataire de services et éventuellement à l’utilisateur final. Il est beaucoup moins coûteux de clarifier ces détails lors de l'enquête que de remplacer une bobine dans une usine en activité. Vous pouvez également envoyer les conditions de conception directement au fabricant et demandez une sélection de bobines assorties plutôt qu'un numéro de catalogue.

Les serpentins du condenseur et les serpentins de l’évaporateur échouent pour différentes raisons, ils doivent donc être sélectionnés en fonction de différents critères. Le condenseur répond aux après-midis les plus chauds de l'année et à tout ce que l'air transporte, ce qui rend la température d'approche, le débit d'air et l'espacement des ailettes non négociables. L'évaporateur répond à l'humidité et au gel, ce qui fait que l'espacement des ailettes, la différence de température et la conception du dégivrage sont des facteurs décisifs. Obtenez les deux correctement et le système fonctionne à des pressions stables, dégivre dans les délais et reste en dehors de la file d'attente de maintenance.