L'ascension des pompes à chaleur au propane

Ce qu'il faut savoir sur les pompes à chaleur au propane

Les pompes à chaleur au propane sont-elles l'avenir? Les premières étapes ont déjà été franchies avec l'introduction des pompes à chaleur monobloc au propane. Ces nouveaux appareils peuvent présenter de bonnes valeurs (S)COP et conviennent également pour la rénovation grâce à leurs températures de départ élevées jusqu'à 75°C.

La pompe à chaleur au propane, un produit haut de gamme?

Les pompes à chaleur utilisant le propane (R290) comme réfrigérant fonctionnent de la même manière que les autres pompes à chaleur.

Elles sont disponibles aujourd'hui en version monobloc; de nombreuses recherches sont en cours sur les versions split (air-eau et air-air) et les variantes géothermiques. Le tout pour des puissances allant de 3 kW à 70 kW.

Les températures de départ élevées, jusqu'à 75°C (en fonction de la température extérieure), les rendent adaptées aux nouvelles constructions et aux rénovations. Toutefois, la règle suivante s'applique également aux pompes à chaleur au propane: plus les températures de départ sont basses, plus l'efficacité de la pompe à chaleur est élevée. La pompe à chaleur atteint des rendements élevés à des températures de départ allant jusqu'à 55°C.

 

À 35°C, la valeur SCOP d'une pompe à chaleur au propane dépasse facilement 4,5. À 55°C, elle atteint presque 3,5 (en fonction de la zone climatique).

Ces valeurs élevées ne sont pas nécessairement dues aux propriétés du propane, mais plutôt au fait que les pompes à chaleur au propane sont commercialisées comme des produits haut de gamme par la plupart des fabricants actuels.

L'accent est mis ici sur:

• l'efficacité: de meilleures performances grâce à l'utilisation des dernières technologies en matière d'inverseurs et de compresseurs et d'évaporateurs plus grands (avec une plus grande surface d'évaporation pour un meilleur transfert de la chaleur de l'air extérieur);
• un fonctionnement silencieux: faible production de bruit grâce à l'utilisation de ventilateurs plus grands qui peuvent fonctionner à une vitesse plus faible;
• le design: des unités extérieures aux finitions soignées (souvent dans un noir très tendance).

Le propane au premier plan

La législation sur les gaz fluorés ne laisse pas le choix aux fabricants

Le propane va-t-il devenir le nouveau réfrigérant de référence? Les pompes à chaleur au propane gagneront sans aucun doute en importance à l'avenir. La raison? Le règlement 2024/573 sur les gaz fluorés.

Par ce règlement, l'Europe vise à réduire les émissions de gaz à effet de serre (F-gaz). Ces gaz à effet de serre ont un potentiel de réchauffement global (PRG) élevé et contribuent donc au réchauffement de la planète.

Les HFC sont un type de gaz à effet de serre fluorés, encore largement utilisés aujourd'hui comme réfrigérants dans les pompes à chaleur: pensez au R32, au R134a ou au R410a. Ces réfrigérants sont soumis à des restrictions plus strictes imposées par l'Union européenne, en vue de leur élimination progressive au cours des prochaines années.

Pour les pompes à chaleur monobloc, à partir de:

2027: ≤ 50 kW: PRG 150 max.
2030: > 50 kW: PRG 150 max.
2032: ≤ 12 kW: gaz fluorés interdits

Pour les pompes à chaleur split, voici ce qui s'applique à partir de:

2027: air/eau ≤ 12 kW: PRG 150 max.
2029: air/air ≤ 12 kW: PRG 150 max. et tous les splits > 12 kW: PRG 750 max.
2033: tous les splits > 12 kW: PRG 150 max.
2035: tous les splits ≤ 12 kW: gaz fluorés interdits

L'avenir du R32 (PRG= 675), du R410a (PRG= 2088) et du R134a (PRG = 1430) est incertain.

Les autres alternatives, R454c (PRG= 148), R1234ze et R1234yf (avec un PRG <1), présentent l'inconvénient de se transformer en acide contenant des PFAS au contact de l'air extérieur, ce qui n'est pas souhaitable. L'utilisation de produits contenant des PFAS est également réduite par la législation REACH.

Les nombreux avantages du propane

En termes de PRG, le propane obtient d'excellents résultats. Grâce à un PRG de 3 et au fait qu'il s'agit d'un réfrigérant naturel et non synthétisé, le propane offre une alternative écologique aux HFC.

La température critique élevée du propane (97,4°C) permet d'atteindre des températures de départ plus élevées avec la pompe à chaleur, ce qui est idéal pour les applications de rénovation.

En outre, le propane atteint cette température plus élevée à une pression plus basse (par rapport aux HFC, par exemple 60°C à 20 bars). Les composants de réfrigération sont donc moins sollicités et durent plus longtemps.

Enfin, le propane possède d'excellentes propriétés thermodynamiques: en particulier, une chaleur latente d'évaporation plus élevée (environ 10% de plus par rapport au R32, par exemple). Par conséquent, on peut théoriquement extraire plus d'énergie d'un kg de propane (425 kJ/kg contre 381,9 kJ/kg pour le R32).

L'inflammabilité, principal inconvénient

Le propane est classé A3: il est peu toxique, mais très inflammable, ce qui signifie qu'il y a un risque d'incendie et d'explosion en cas de fuite. Le propane est inodore et incolore, plus lourd que l'air et s'enfonce dans le sol en cas de fuite.

Pour des raisons de sécurité, la quantité de réfrigérant autorisée dans les installations domestiques intérieures est limitée. Jusqu'à récemment, le remplissage maximal de propane dans une pièce non ventilée était d'environ 150 g.

Une pompe à chaleur au propane contient facilement 1 à 3 kg de réfrigérant. C'est pourquoi les pompes à chaleur au propane sont commercialisées en version monobloc (air-eau).

Cependant, les conditions sont désormais réunies pour l'introduction de pompes à chaleur split. Suite à la révision de la norme de sécurité NEN IEC 60335-2-40, publiée fin mai, le remplissage maximal de propane a été augmenté à 988 grammes. D'autre part, il existe des exigences de sécurité pour garantir qu'en cas de fuite, la concentration de réfrigérant dans la pièce reste aussi faible que possible. Par exemple, il existe des exigences supplémentaires concernant l'étanchéité des appareils et le débit d'air minimum qu'un appareil doit pouvoir générer.

Pompe à chaleur au propane monobloc

Avec une version monobloc, le compresseur, le condenseur, le détendeur et l'évaporateur, ainsi que le réfrigérant propane, sont situés dans l'unité extérieure. La chaleur est générée dans l'unité extérieure et amenée à l'intérieur par un circuit d'eau.

Un monobloc présente quelques avantages importants:

• Un circuit de refroidissement fermé, ce qui signifie qu'aucune opération de réfrigération (et aucun certificat pour le refroidissement) n'est nécessaire lors de l'installation;
• L'installation intérieure est plus compacte et aucune exigence particulière n'est imposée à l'espace intérieur;
• Un monobloc est une solution à l'épreuve du temps. Une fois que les conduites d'eau entre l'intérieur et l'extérieur sont prévues, elles peuvent être conservées si la pompe à chaleur doit être remplacée à l'avenir (les conduites de réfrigération, par contre, varient en diamètre en fonction du réfrigérant utilisé).

Les inconvénients d'un monobloc sont les suivants:

• La taille est légèrement plus importante car l'évaporation et la condensation ont lieu dans une seule unité, surtout si l'évaporateur et le ventilateur sont plus grands;
• L'investissement est plus important, mais les prix devraient baisser avec le temps. La majorité des pompes à chaleur actuellement vendues en Belgique sont des unités split (environ 20% des pompes à chaleur vendues sont des systèmes monobloc). Ces appareils split sont produits en masse, ce qui revient moins cher;
• L'espace nécessaire à l'extérieur.

La structure de l'installation extérieure et intérieure ne diffère pas de celle d'un monobloc utilisant des réfrigérants traditionnels. Toutefois, il est important de prendre les mesures de sécurité nécessaires: voir la norme DIN EN 60335-2-40. Aujourd'hui, cette norme est encore interprétée librement par les fabricants, mais un concept de sécurité européen uniforme pour les systèmes au propane est en cours d'élaboration.

Un concept de sécurité est nécessaire

Un concept de sécurité est nécessaire:

• pour éviter que du propane ne s'échappe dans l'installation intérieure;
• pour éviter l'accumulation du propane et l'explosion autour de l'unité extérieure.

Pour éviter que le propane ne se mélange à l'eau de chauffage (et que le propane ne s'échappe, par exemple, par les vannes des radiateurs) en cas de fuite du condenseur (due, par exemple, à des microfissures dans le condenseur), une sécurité est intégrée par le fabricant dans l'unité extérieure. Les options les plus courantes sont les suivantes:

• un séparateur de réfrigérant: il est placé sur le tuyau de départ de l'unité extérieure et élimine le propane de l'eau de chauffage avant qu'elle ne pénètre dans la maison. Le propane est ensuite évacué vers l'extérieur;
• un logiciel de sécurité: il détecte toute fuite de propane et déclenche certaines mesures de sécurité (comme la fermeture des vannes);
• une séparation du système: elle assure une séparation stricte entre le circuit frigorifique et l'eau de chauffage en utilisant deux échangeurs de chaleur séparés (il faudrait que les deux échangeurs de chaleur fuient pour permettre le mélange du propane et de l'eau de chauffage).

Pour éviter une explosion due à l'accumulation de propane autour de l'unité extérieure, il est important de respecter la zone de sécurité. Les distances exactes peuvent varier quelque peu d'un fabricant à l'autre, mais en général les exigences suivantes s'appliquent.

Une zone de sécurité de 1 mètre autour de l'unité extérieure est recommandée. Si l'appareil est placé contre la façade, il faut une zone d'aspiration libre de 25 cm entre la façade et l'appareil. Si l'appareil est accroché à la façade, il faut également un mètre d'espace libre à la base de l'appareil. Enfin, si l'appareil est placé dans un coin, il faut une zone d'aspiration libre de 25 cm sur la largeur de l'appareil et de 75 cm sur la profondeur.

Dans cette zone de sécurité, les ouvertures du bâtiment telles que les fenêtres, les portes ou les volets, les canalisations, les évacuations d'eaux usées, les bouches d'aération ou les entrées de cave ne sont pas autorisées.

Il ne doit pas non plus y avoir de sources d'inflammation dans la zone de sécurité, telles que des appareils produisant des étincelles, des lampes, des interrupteurs électriques, des prises de courant, etc.

Chauffe-eau thermodynamique au propane

Dans le monde des chaudières à pompe à chaleur, on observe une nette évolution vers le propane. La quantité limitée de gaz propane (< 150 g) combinée à un circuit de refroidissement étanche permet d'utiliser le chauffe-eau thermodynamique à l'intérieur, ce qui permet de profiter de tous les avantages du propane sans devoir prendre des mesures de sécurité supplémentaires.

Merci à Bosch Thermotechnology, CTC, Daikin, Panasonic, Stiebel Eltron, Vaillant, Viessmann et WOLF Energiesystemen