LE PROPANE revient sur le devant de la scène des FLUIDEs FRIGORIGÈNEs POUR LES POMPES À CHALEUR

TRÈS FAIBLE PGB COUPLÉ À D'EXCELLENTES PROPRIÉTÉS THERMODYNAMIQUES

Tout est un éternel recommencement. Dans notre secteur, le retour des réfrigérants naturels en est le dernier exemple. Poussés par le durcissement de la législation européenne sur l'utilisation des gaz à effet de serre fluorés, de plus en plus de fabricants lancent des pompes à chaleur utilisant le propane (R290) comme fluide frigorigène. Contrairement à certains réfrigérants synthétiques largement utilisés, le propane n'a pratiquement aucun impact sur le réchauffement de la planète. En outre, il présente d'excellentes propriétés thermodynamiques. Et les problèmes de sécurité? Il existe aujourd'hui des solutions à ce problème.

Plusieurs générations de fluides frigorigènes

Les fluides frigorigènes ont une longue histoire. Une histoire faite d'essais et d'erreurs. À chaque nouvelle génération, d'autres problèmes apparaissent qui, directement ou indirectement, ont un impact négatif sur notre santé. Nous en sommes aujourd'hui à la quatrième génération. Et elle n'est pas exempte de problèmes. Il est amusant de constater que cela nous ramène à la toute première génération. Petit tour d'horizon chronologique.

• Réfrigérants naturels. Le propane, comme certains autres réfrigérants naturels tels que l'ammoniac, l'éthane ou le butane, appartient à la première génération de substances utilisées à des fins de réfrigération. Bien qu'elles aient un faible impact sur l'environnement, presque toutes ces substances sont inflammables. Pour cette raison et en raison de la capacité limitée de l'époque à faire face aux dangers encourus, des alternatives ont été développées.
  CFC. Au lieu de réfrigérants naturels, ils ont proposé la première génération d'équivalents synthétiques: les CFC à base de chlore, rejoints plus tard par les HCFC. Mais ces deux groupes ont également été mis sur la liste noire. La raison? Ils ont creusé un trou dans la couche d'ozone. Leur utilisation est donc soumise à des conditions strictes (et souvent même interdite).
• HFC. Aujourd'hui, de nombreuses pompes à chaleur sont refroidies par des réfrigérants tels que le R-32, le R-134a ou le R-410A. Ils font partie du groupe des hydrofluorocarbures ou HFC, la troisième génération de réfrigérants. Malheureusement, les recherches montrent de plus en plus qu'ils contribuent fortement au réchauffement de la planète. C'est pourquoi l'Union européenne a imposé des restrictions strictes, en vue de les éliminer progressivement au cours des prochaines années. Mais nous y reviendrons dans un instant.
• HFO. La dernière et quatrième génération de réfrigérants, les hydrofluoroléfine (R-1234ze, R-1234yf), élimine toutes les objections susmentionnées. Seul un problème majeur se pose en cas de fuite. Il semble qu'au contact de l'air extérieur, ils se transforment en un acide contenant des PFAS. Les PFAS étant cancérigènes, les fabricants cherchent déjà d'autres solutions. C'est ainsi qu'ils sont revenus au propane.

tout l'intérêt du propane

Concentrons-nous donc sur le propane et évaluons ce fluide frigorigène selon les quatre critères suivants: sécurité, PRP, plage de température et efficacité (SCOP).

La sécurité

Il n'y a guère de discussion sur la sécurité, car ce critère se décompose en sécurité incendie et en toxicité, et ces deux catégories sont normalisées. Pour la toxicité, les classes A et B sont utilisées, A correspondant à une toxicité faible et B à une toxicité plus élevée. La catégorie de sécurité incendie, quant à elle, se compose de quatre classes:

• 3 = plus grande inflammabilité
• 2 = faible inflammabilité
• 2L = faible inflammabilité
• 1 = pas de propagation de la flamme

Le propane est classé A3. En d'autres termes: faible toxicité mais inflammabilité plus élevée. Par conséquent, les fabricants de pompes à chaleur ont longtemps ignoré le propane. Cette situation est en train de changer sous la pression de la réglementation européenne, mais elle oblige naturellement les fabricants à procéder à quelques adaptations techniques dans un souci de sécurité, tout en les orientant dans une certaine direction. Nous y reviendrons plus en détail à la fin de cet article.

Potentiel de réchauffement global

Place maintenant à la législation européenne. En effet, le règlement sur les gaz fluorés (517/2014) fera en sorte que les réfrigérants qui obtiennent de mauvais résultats en matière de potentiel de réchauffement planétaire deviennent coûteux et donc économiquement non rentables. En effet, un quota de production leur a été attribué. La rareté qui en résultera fera grimper le prix de ces substances à un point tel qu'elles ne seront plus intéressantes. La mesure est en place depuis 2014 mais sera à nouveau renforcée l'année prochaine. L'effet sera donc de plus en plus prononcé, car l'horizon de suppression progressive n'est pas beaucoup plus éloigné que 2030.

Le potentiel de réchauffement global, ou PRG, est une valeur relative indiquant dans quelle mesure une substance contribue au réchauffement planétaire. Le CO₂ sert ici de référence et se voit attribuer la valeur 1. En comparaison, le R410A obtient un score de 2088! Cela signifie qu'à masse égale, l'impact du R410A sur le réchauffement climatique est 2088 fois supérieur à celui du CO₂. Certes, il s'agit d'un des exemples les plus extrêmes, mais malheureusement, tous les HKF sont plus ou moins malades dans ce même lit. Le tableau montre que le propane a un PRP de seulement 3. C'est l'un des principaux arguments en faveur du propane.

Plage de température

Deux températures sont importantes pour le fonctionnement d'une pompe à chaleur: d'une part, la température minimale de l'air extérieur et, d'autre part, la température à laquelle la pompe à chaleur doit pouvoir porter l'eau à son maximum. Pour ces deux températures, il faut s'intéresser au fluide frigorigène, plus précisément à sa température d'ébullition et à son point critique. La plage de température d'une pompe à chaleur se situe toujours entre les deux.

Là encore, le propane peut se prévaloir d'avantages que les autres réfrigérants couramment utilisés n'ont pas. Grâce à la température critique plus élevée, l'évaporation et la condensation se déroulent légèrement différemment, ce qui ouvre des portes techniques intéressantes: une température de départ de 70 °C est ainsi possible. Le propane convient donc aux pompes à chaleur à haute température, ce qui n'est pas le cas des réfrigérants tels que le R-410A et le R-32. Il faut en effet savoir que la température maximale d'alimentation est toujours légèrement inférieure à la température critique.

Rendement (SCOP)

Souvent, l'efficacité d'une pompe à chaleur est exprimée par le COP, mais en fait le SCOP donne une image plus réaliste, car il inclut l'influence, entre autres, de la température extérieure sur l'efficacité de la pompe à chaleur. En outre, la courbe de chauffe joue également un rôle. Voici le SCOP de dix pompes à chaleur LW à une température extérieure de -10 °C, chacune avec différents fluides frigorigènes. L'axe y indique le SCOP, l'axe x la température de l'eau.

Le graphique montre que le propane possède d'excellentes propriétés thermodynamiques. D'ailleurs, en raison de toutes sortes de pertes d'efficacité, la pompe à chaleur n'atteindra jamais cette valeur théorique.

Applications actuelles

Plus haut dans cet article, nous avons souligné la grande inflammabilité du propane. C'est pourquoi le législateur a fixé la quantité maximale de réfrigérant à 150 grammes. Au-delà, les règles de sécurité sont plus strictes. Pour les pompes à chaleur, il est presque impossible de rester en dessous de cette limite. Les pompes à chaleur un peu puissantes avoisinent bientôt les 2 kg et plus. Pour des raisons de sécurité et face aux restrictions imposées par les autorités, les applications actuelles du propane dans les pompes à chaleur se concentrent donc sur les versions monoblocs. Mais même celles-ci ne sont pas sans danger.

Il est question que la législation actuelle, qui fixe la barre à 150 grammes de fluide frigorigène, soit bientôt assouplie à 450 grammes. Si ces rumeurs se confirment, le passage aux appareils split deviendra soudain beaucoup moins important

D'une manière générale, les fabricants qui souhaitent utiliser du propane dans leurs pompes à chaleur doivent faire attention à deux risques. Tout d'abord, en cas de fuite, le gaz ne doit jamais entrer en contact avec des prises de courant ou d'autres objets susceptibles de provoquer des étincelles et d'enflammer le gaz. Cela suppose une zone de sécurité d'un rayon d'environ 1 m autour de l'unité extérieure.

D'autre part, les fabricants doivent empêcher le propane de s'infiltrer dans le circuit d'eau via le condenseur. Pour ce faire, chacun a trouvé sa propre solution. Ainsi, certains fabricants travaillent avec un échangeur à double paroi, d'autres équipent leur pompe à chaleur d'un système de séparation (par exemple via le glycol), et d'autres encore combinent une vanne intermédiaire avec une sorte de système de flotteur à bille pour bloquer l'entrée. Hormis cette adaptation technique, les composants de réfrigération sont très similaires aux pompes à chaleur 'traditionnelles'.

avenir

Nous terminons par un bref aperçu de l'avenir. Il est question que la législation actuelle, qui fixe la barre à 150 grammes de réfrigérant, soit bientôt assouplie à 450 grammes. De plus, le cumul serait autorisé, ce qui pourrait inciter les fabricants à opter pour des installations en cascade. Si les rumeurs sont fondées, le passage aux appareils à double circuit deviendra soudain beaucoup moins important. Mais pour l'instant, il s'agit d'un avenir encore lointain. En comparaison, les fabricants affirment que l'introduction des pompes à chaleur géothermiques alimentées au propane est beaucoup plus proche.

Avec la collaboration de Bosch Thermotechnolgy, Panasonic, Stiebel Eltron, Vaillant, Viessmann, Weishaupt et Wolf