Fluides frigorigènes - Aperçu
Évaluation des fluides frigorigènes
Articles de blog 12.07.2023POUR POMPES À CHALEUR ET CLIMATISEURS
Sans fluide frigorigène, pas de pompe à chaleur ou de climatisation : il est aspiré et comprimé par le compresseur. Sa température et sa pression augmentent alors fortement. Dans le condenseur, il transmet ensuite sa chaleur au système de chauffage ou d'eau chaude. Pour les systèmes de climatisation, c'est le circuit inverse du fluide frigorigène qui s'applique.
CE QUI EST IMPORTANT
Aucun fluide frigorigène ne ressemble à un autre. Ses propriétés physiques ont un impact direct sur la conception du compresseur. En fonctionnement, le choix du fluide frigorigène influence les possibilités d'utilisation et également l'efficacité du système. Il n'existe tout simplement pas de fluide frigorigène universel qui fonctionne dans toutes les conditions.
Il est donc judicieux de miser sur une pompe à chaleur ou un système de climatisation dont le fluide frigorigène est parfaitement adapté à l'application. La question décisive est la suivante : que doit faire le système ? En effet, un fluide frigorigène adapté permet notamment d'influencer positivement la longévité de l'installation, son efficacité et les coûts d'exploitation.
Différents fluides frigorigènes sont utilisés dans les systèmes de Mitsubishi Electric. Nous tenons compte des directives de l'ordonnance sur les gaz fluorés ainsi que des exigences actuelles en matière d'efficacité énergétique. Vous découvrirez ici les propriétés et les avantages spécifiques de chaque fluide frigorigène.
Critères pour les fluides frigorigènes
Critères pour les fluides frigorigènesDu point de vue de la sécurité, les fluides frigorigènes peuvent être évalués en fonction des paramètres de toxicité et d'inflammabilité. Les normes ISO 817 et DIN EN 378 classent les fluides frigorigènes en huit groupes de sécurité en fonction de leur inflammabilité et de leur toxicité.
Lors de la classification des fluides frigorigènes dans les groupes de sécurité, il y a une interaction avec un paramètre issu des critères environnementaux. En général, pour les fluides frigorigènes synthétiques, plus l'inflammabilité d'un fluide frigorigène est élevée, plus son potentiel de réchauffement global (PRG) est faible.
L'ODP (Ozone Depletion Potential = potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone) est une valeur qui illustre les effets nocifs d'une substance chimique sur la couche d'ozone dans la stratosphère. Il s'agit d'une valeur relative qui compare les effets d'une substance chimique avec ceux de la substance trichlorofluorométhane (R11), définie dans le protocole de Montréal avec une valeur ODP de 1. Depuis le milieu des années 90, le secteur de la réfrigération et de la climatisation s'efforce de trouver des fluides frigorigènes alternatifs, écologiques, efficaces et sûrs. C'est pourquoi les fluides frigorigènes contenant du chlore, comme le R22, ont été interdits et l'accent a été mis sur les fluides frigorigènes sans potentiel de destruction de l'ozone déjà disponibles en parallèle.
Le GWP (Global Warming Potential = potentiel de réchauffement global) désigne le potentiel de réchauffement climatique d'un gaz à effet de serre. Le PRG met en évidence l'influence potentielle d'un certain fluide frigorigène sur le réchauffement climatique, par exemple s'il s'échappe dans l'atmosphère par une fuite. Il s'agit d'une valeur relative, c'est-à-dire que la valeur compare l'influence du fluide frigorigène à celle du dioxyde de carbone (CO2) sur une période de 100 ans. Le CO2 a un PRG défini de 1. Le R32, par exemple, avec un PRG de 675, a contribué 675 fois plus au réchauffement climatique que le CO2 au cours des 100 premières années après sa libération. Plus le PRG d'un fluide frigorigène est faible, plus son potentiel de réchauffement global pour l'environnement est faible. L'équivalent CO2 d'un fluide frigorigène se calcule en multipliant la quantité de remplissage par la valeur du PRG. L'étape suivante consiste à utiliser des fluides frigorigènes qui n'ont pas de potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone et qui ont en outre un faible potentiel de réchauffement global (PRG : Global Warming Potential). La réduction progressive via l'ordonnance sur les gaz fluorés réglemente en outre la réduction du potentiel de réchauffement climatique.
Le règlement européen sur les gaz fluorés (règlement n° 517/2014), qui est entré en vigueur le 1er janvier 2015, vise à limiter progressivement la quantité d'hydrofluorocarbures (HFC) d'ici 2030. L'objectif initial était de réduire les quantités vendues aujourd'hui de 79 % des émissions équivalentes en CO2 d'ici 2030 .
En avril 2022, la Commission européenne a publié la proposition de révision de l'actuel règlement F-Gas.
L'ordonnance F-Gas doit être adaptée pour l'essentiel à :
- le Green Deal européen et la loi européenne sur le climat (neutralité climatique de l'UE d'ici 2050 + objectifs intermédiaires comme la réduction des gaz à effet de serre dans le cadre de - 55% en 2030, par rapport à 1990)
- les récents engagements internationaux concernant les HFC dans le cadre du protocole de Montréal
- les progrès réalisés et les enseignements tirés.
Selon la proposition de la Commission européenne, la révision du règlement vise notamment à
- réduire de 98 % (par rapport à 2015) la quantité de HFC mis sur le marché d'ici 2050 grâce à un système de quotas renforcé pour les HFC (phase-down des HFC).
- d'imposer de nouvelles restrictions à l'utilisation des gaz fluorés dans les installations
- Respecter le Protocole de Montréal (garantir un scénario de sortie même après 2030).
- faciliter le contrôle des importations et des exportations pour les autorités douanières et de surveillance dans les États membres de l'UE.
- d'adopter un prix de quota défini pour les importateurs de gaz Fluorés et d'optimiser le renforcement et l'harmonisation des sanctions dans toute l'UE en cas de non-respect de la réglementation.
La procédure législative est actuellement en trilogue entre la Commission européenne, le Parlement européen et le Conseil européen et un accord sur le texte législatif final est attendu au plus tard à l'automne 2023.
La révision de la réglementation européenne sur les gaz fluorés devrait être applicable à partir de 2024.
Pour évaluer le coût d'un fluide frigorigène, il faut considérer, outre le coût du fluide, l'efficacité du système. L'efficacité du système dépend entre autres des propriétés thermophysiques d'un fluide frigorigène.
Les propriétés qui ont une influence sur l'efficacité du système sont
- Rapport de la température et de la pression
- Enthalpie d'évaporation
- Puissance frigorifique volumétrique
- Densité de vapeur
- Débit massique du réfrigérant
- Besoin en énergie du compactage
Le fluide frigorigène R410A
R410ALe R410A est un mélange de deux substances. Il se compose à parts égales de R125a et de R32. En raison de la puissance frigorifique volumétrique supérieure de 50 %, les composants de l'installation peuvent être conçus de manière nettement plus petite que pour le réfrigérant R22. En outre, les installations présentent des valeurs d'efficacité supérieures à celles des installations au R22.
Avantages :
- Haute efficacité de l'installation
- Faible quantité de remplissage de réfrigérant
- Disponibilité des composants assurée
- Réfrigérant A1
Inconvénients :
- Valeur GWP relativement élevée
- La disponibilité à long terme peut être limitée
- Le niveau des prix à moyen terme va augmenter
Le réfrigérant R32
R32Le fluide frigorigène R32 (difluorométhane (CH2F2)) est utilisé depuis longtemps comme composant du fluide frigorigène R410A. Le R32 fait partie du groupe des fluides frigorigènes HFC. Outre une faible valeur GWP de 675, il se caractérise également par un ODP de 0. En raison de ses très bonnes propriétés thermodynamiques et de son faible GWP, le R32 est désormais utilisé dans les systèmes de climatisation et de pompes à chaleur avec des quantités de réfrigérant relativement faibles.
Avantages :
- Conforme aux exigences de l'ordonnance sur les gaz fluorés
- Haute efficacité de l'installation
- Faible quantité de remplissage de réfrigérant
- Économie de matériau possible grâce à un diamètre de tube réduit
- Disponibilité des composants assurée
- Réfrigérant éprouvé et accepté
- Grande capacité de réfrigération volumétrique
Inconvénients :
- Réfrigérant A2L
- Champ d'application modifié
- Re-conception des appareils nécessaire
Le réfrigérant R454B
R454BLe R454B est un fluide frigorigène difficilement inflammable qui remplace le R410A dans les systèmes de climatisation à compression volumétrique et à détente directe, les pompes à chaleur et les groupes d'eau glacée. Avec un faible PRG de 466, ce réfrigérant basé sur la technologie HFO devrait réduire les émissions de CO2 de 78 % par rapport au R410A et de 31 % par rapport au R32.
Avantages :
- Faible quantité de remplissage de réfrigérant
- Disponibilité des composants assurée
- Pas besoin de re-concevoir les appareils
- performance presque identique à celle du R410A
- Top Up possible (en cas de fuite du côté haute ou basse pression, le fluide frigorigène peut être rechargé. Un remplacement total du fluide frigorigène n'est pas nécessaire).
Inconvénients :
- Réfrigérant A2L
- glissement de température : 1,5 K
Comparaison R410A / R32 / R454B
Comparaison R410A / R32 / R454BDeux autres réfrigérants sont disponibles comme alternative au réfrigérant très répandu R410A - R32 et R454B. Le tableau compare ces fluides frigorigènes.
▲ = valeur légèrement supérieure au R410A
▲▲= valeur supérieure au R410A
▲▲▲= valeur nettement supérieure au R410A
▼ = valeur légèrement inférieure à celle du R410A
▼▼= valeur inférieure à celle du R410A
▼▼▼= valeur nettement inférieure à celle du R410A
Le réfrigérant R134a
R134aEn raison de ses propriétés similaires, le réfrigérant R134a a été utilisé jusqu'à présent pour remplacer le R12. Ce qui les différencie et fait donc du R134a le vainqueur incontesté, c'est son PDO de 0.
Avantages :
- Disponibilité des composants assurée
- Réfrigérant éprouvé et accepté
- Réfrigérant A1
Inconvénients :
- Valeur GWP relativement élevée
- La disponibilité à long terme peut être limitée
- Le niveau des prix à moyen terme va augmenter
Le réfrigérant R513A
R513AAvec une valeur GWP de seulement 631, le réfrigérant R513A est convaincant. De plus, ce fluide frigorigène A1 n'est ni toxique ni inflammable. Pour le R134a, le R513A est un réfrigérant dit "drop-in". Cela signifie qu'il n'est pas nécessaire de modifier les caractéristiques du système de la technique de réfrigération éprouvée. Ainsi, même les installations existantes au R134a peuvent être converties à un coût raisonnable.
Avantages :
- Disponibilité des composants assurée
- Pas besoin de re-concevoir les appareils
- 55% de GWP en moins que le R134a
- Réfrigérant A1
- Drop In en remplacement du R134a dans les systèmes existants
Inconvénients :
- Valeur GWP relativement élevée par rapport au R1234ze
Le réfrigérant R1234ze
R1234zeLe R1234ze appartient au groupe des fluides frigorigènes HFO (Hydro Fluor Olefine). Ils se caractérisent avant tout par un PRG très faible. Cependant, ils ont une puissance frigorifique volumétrique jusqu'à 20 % inférieure à celle du R134a. Tout comme le réfrigérant R32, classé A2L, les réfrigérants HFO sont considérés comme difficilement inflammables.
Avantages :
- Faible valeur de PRG
- Disponibilité des composants assurée
- Les fluides frigorigènes HFO ne sont pas soumis à la réglementation sur les gaz fluorés
Inconvénients :
- Réfrigérant A2L
- 20-25 % Réfrigérants volumétriques faibles
- Dimensions plus importantes de l'appareil
- Re-conception des appareils nécessaire
Comparaison R134A / R513A / R1234ze
Comparaison R134A / R513A / R1234zePour le R134A, il existe depuis plusieurs années déjà le réfrigérant R1234ze comme alternative A2L. Il y a quelques années, le R513A est venu s'ajouter à la liste des fluides frigorigènes A1. Le tableau ci-dessous compare les trois fluides frigorigènes.
▲ = valeur légèrement supérieure à celle du R134a
▲▲= valeur supérieure à celle du R134a
▲▲▲= valeur nettement supérieure à celle du R134a
▼ = valeur légèrement inférieure à celle du R134a
▼▼= valeur inférieure à celle du R134a
▼▼▼= valeur nettement inférieure à celle du R134a
Le réfrigérant R744 (CO₂)
R744 (CO₂)Réfrigérant naturel
Grâce à des valeurs ODP et GWP extrêmement faibles, le CO2 est un réfrigérant extrêmement respectueux de l'environnement. Un très bon coefficient de transfert de chaleur, une relative insensibilité aux pertes de charge et une très faible viscosité permettent au CO2 de marquer des points grâce à ses propriétés thermophysiques uniques.
Avantages :
- Réfrigérant respectueux de l'environnement
- Insensibilité aux pertes de pression
- N'est pas soumis au règlement sur les gaz fluorés
- Économique
- Grande capacité de réfrigération volumétrique
Inconvénients :
- Très haute pression
- Température critique très basse (31 °C)
Le réfrigérant R290 (propane)
R290Réfrigérant naturel
Le fluide frigorigène naturel R290 fait partie du groupe des hydrocarbures. Il ne fait pas partie des HFC (hydrofluorocarbures) ou des CFC (chlorofluorocarbures) et n'est donc pas concerné par le règlement sur les gaz fluorés et le Phase-down. Avec un GWP de 3* et un ODP de 0, il constitue une solution respectueuse de l'environnement et sûre pour l'avenir. Le R290 fait partie du groupe de sécurité A3 et est donc considéré comme inflammable, c'est pourquoi il faut notamment tenir compte des zones de protection lors de l'installation.
*selon le quatrième rapport d'évaluation du GIEC
Avantages :
- Permet des températures de départ jusqu'à 75 °C dans les pompes à chaleur
- Pression de condensation inférieure à celle du R32
- Subvention supplémentaire de 5 % du BEG pour l'utilisation de réfrigérant naturel
Inconvénients :
- Facilement inflammable
