Il faut donc prendre tous ces paramètres en compte lorsqu'on désire établir un bilan thermique de chai digne de ce nom. Les estimations globales, à partir du seul volume de récolte, ne peuvent satisfaire ni le souci de la qualité ni le souci de saine gestion d'un vinificateur.

A la suite de plusieurs années d'observations, mesures et études pratiques, nous pouvons proposer une méthode générale adaptable à chaque cas. Il convient de répondre précisément aux questions qui définissent parfaitement les problèmes à résoudre et permettent à l'utilisateur de comparer et choisir objectivement la solution la plus adaptée à son chai :

• Quel est le planning des vendanges ?
• Quelles sont les caractéristiques de la cuverie ?
• Quels sont les besoins thermiques ?
• Quel sont les équipements thermiques disponibles ou à prévoir ?

A partir de ce questionnaire et d’un métré précis du cuvier, le fournisseur ou le bureau d'étude peut effectuer un bilan thermique et fournir un devis détaillé poste par poste de l'installation. Il n'existe pas de solution standard satisfaisant l'extrême diversité des besoins.

Les calculs de thermique (production et échange de chaud et de froid) font appel à quelques unités légales et usuelles relatives à l'énergie, c'est-à-dire aux quantités de chaleur, ou à la puissance, c'est-à-dire aux quantités de chaleur par unité de temps.

Les unités légales sont : (Système International : S.I.) :

• Unités d'énergie : le joule (j)
• Unités de puissance : le watt (W) : 1 W = 1 J/sec et le kilowatt (kW) = 1000 watts

On utilise aussi parfois comme unité d'énergie le watt heure (W/h) ou le kilowatt heure (kW/h) correspondant à l'énergie mise en jeu pendant 1 heure pour une puissance de 1 watt ou 1 kilowatt.

Les unités usuelles -et non légales- couramment utilisées sont :

• Unités d'énergie : la calorie (cal) qui est la quantité d'énergie nécessaire pour élever de 1°C la température de 1 g d'eau, à 15°C, à la pression normale ; plus couramment que la calorie, on utilise la kilocalorie (kcal) correspondant à l'élévation de 1°C de 1 kg d'eau (=1000 cal) ; la thermie (th) également utilisée, correspond à l'élévation de 1°C d'une tonne d'eau (= 1000 kcal = 1000000 cal).
• Unités de puissance : la kilocalorie heure, c'est-à-dire le nombre de kilocalories mises en jeu pendant 1 heure pour une énergie de 1 kcal (1 kcal/h = 1.164 W).
• Pour les refroidissements, on utilise parfois la Frigorie (frig) et la frigorie/heure (Frig/h) correspondant respectivement à l'absorption de 1 kcal et de 1 kcal/h (1 frig/h = 1.164 W).

Remarques :
Habituellement on assimile la capacité thermique massique du moût et du vin à celle de l'eau  (1 kcal/kg/°C). On introduit ainsi une erreur par excès puisque la chaleur spécifique d'un moût à 200 g sucres/l est d'environ 0,886 kcal/kg/°C et celle du vin correspondant (11,4 %vol) de 0,866 kcal/kg/°C.
En revanche on assimile la masse volumique du moût à celle de l'eau (1000 kg/m3). On introduit ainsi une erreur par défaut puisque la masse volumique d'un moût à 200 g sucres/l est d'environ 1090 kg/m3. Autrement dit le produit Cp * p  pour un moût est égal à 1090 * 0.886 = 970  kcal/m3/°C. Dans les calculs suivants nous prendrons la valeur de 1000 kcal/m3/°C pour ce produit ou 1 kca:/l/°C
Compte tenu des usages encore en vigueur en œnologie pratique, nous utiliserons les unités "usuelles" organisées autour de la calorie et non du joule et leur conversion en W.

L'échange global d'énergie à travers une paroi de cuve est caractérisé d'après la formule ci-dessous, par le coefficient global d'échange K.
La puissance d’échange fait intervenir ce coefficient dans sa formule :
Qe = K x S x Dt
Qe = puissance (en kcal/h)
Dt = écart moyen de température (en °C)
S = surface d'échange (en m2)
K = coefficient global d'échange (en kcal/h/m2/°C)

Exemple : Echange thermique par les parois d'une cuve inox de 200 hL.
Surface d'échange de la cuve: 27 m2,
Température moût = 18°C
Température extérieure = 22°C
K = 10 kcal/h/m2/°C
Puissance d'échange = 10 x 27 x (22-18)
Qe = 1080 kcal/h = 1257 W

Ordres de grandeur de K (kcal / h / m² / °C) :

• Béton 10 cm : 4
• Bois : 5 à 7
• Polyester : 5 à 7
• Cuve isolée avec 80 mm de polyuréthane : 0.1
• Acier : 10
•  Acier (cuve à l’extérieur) : 30

Ils concernent les opérations effectuées sur un produit qui n'est pas encore ou n'est plus en fermentation alcoolique (refroidissement ou réchauffage du moût ou de la vendange, macération finale à chaud, fermentation malolactique, stabilisation tartrique).

La puissance nécessaire à cette opération est alors calculée par la relation :

Q (kcal/h) =  V x (Tf – Ti) / D

à partir :

• du volume maximum de produit à traiter V (L)
• de la température initiale du produit : Ti (°C)
• de la température finale que l'on souhaite :Tf (°C)
• de la durée dont on dispose pour effectuer l'opération : D (h)

Si cette opération est effectuée dans une cuve, il faut faire intervenir la puissance d'échange thermique de la cuve entre le moût ou vin et l'air ambiant par la relation :

Qe (kcal/h) = K x S x (Tp-Te)

qui varie avec :

• la température du produit : Tp (°C)
• la température ambiante : Te (°C)
• la surface d'échange de la cuve : S (m2)
• le coefficient global d'échange de la cuve : K (kcal/h/m2/°C)

Remarque : Qe est  négatif si Te > Tp

On obtient ainsi la puissance à installer :

Qinst = Q + Qe (kcal/h).

Exemple : (vinification « Blanc sec » classique)

Refroidissement d’une cuve Inox de 200 hL
S = 27 m²
K = 10 kcal/h/m²/°C
Volume de moût : 200 hL = 20000 L
Température initiale du moût : 27°C (année chaude)
Température finale : 15 °C
Température ambiante : 22 °C
Durée : 15 heures dans une cuve équipée d’un échangeur interne
 
Q = 20000 x (15 –27) / 15 = -16000 kcal/h = 16000 frig/h

Echange paroi :
Qe = 27 * 10 * (15 – 22) = -1890 kcal/h =  = 1890 frig/h

Qinst : Q + Qe = 17890 frig/h = 20824 W

En période de vendanges les puissances nécessaires maximum en :

• refroidissement des moûts : 17890 frig/h
• maîtrise des fermentations : 32.500 frig/h le 10ème jour

Vont s'additionner pour donner une puissance globale de :
Qinst = 52000 frig/h = 60600 W

Si on observe le cumul cuvier sur le tableau général, les puissances de pointe n'excèdent pas 3 ou 4 jours. Il faut malgré tout maîtriser cette pointe ou bien alors diminuer le rythme d'apport.

Remarque : Certaines configurations d’installation comportant des longueurs de tuyauterie importantes non isolées et des échangeurs « ceinture » ou « double enveloppe » peuvent générer des pertes thermiques non négligeables dans l’air ambiant.
Il convient donc d’évaluer ces pertes thermiques afin de les intégrer dans la puissance à installer (voir chapitres « Distribution des fluides » et « Echangeur interne »).