QUELLES ALTERNATIVES?

L’utilisation de F-gas est interdite ou découragée par la législation et l’utilisation d’alternatives écologiques est encouragée. Les alternatives peuvent être scindées en deux groupes:

REFRIGERANTS SYNTHETIQUES ALTERNATIFS

Cela englobe les HFO (hydrofluoro-oléfines) et les mélanges HFO+HFC (hydrofluo­rooléfines et hydrofluorocarbures). Ils peuvent être scindés en:

• substances simples composées d’un seul type de molécule (p.ex. R1234ze)
• mélanges azéotropiques, des mélanges de deux (ou trois) substances avec une composition telle qu’ils présentent un point d’ébullition clair et se comportent donc comme une substance simple (portent un numéro R entre 500 et 599, p.ex. R513A)
• mélanges zéotropiques dont l’évaporation et la condensation n’ont pas lieu à une température constante mais dans une certaine plage de température (= glissement de température) (portent un numéro R entre 400 et 499, p.ex. R455A).

Il existe peu de réfrigérants simples pouvant rem­placer les CFC et les HFC dont le PRP soit plus élevé. Le R134a est une de ces alternatives. Lancé à l'origine pour remplacer le R22 et le R12, il peut être utilisé pendant un certain temps avec un PRP de 1430. Le R134a fait aussi partie de plusieurs mélanges HFO-HFC. Cela permet de s'assurer que les systèmes au R134a peuvent être relativement facilement con­vertis en systèmes ininflammables HFO-HFC avec des PRP d'environ 600. Les principales alternatives au R134a avec un PRP < 150 sont les fluides R1234ze (PRP=7) et R1234yf (PRP=4). Ces deux fluides sont des substances individuelles appartenant au groupe des hydrofluorooléfines (HFO). Ils ont de bonnes propriétés thermodynamiques et physiques. Ils sont stables, énergiques, ne subissent pas de glissement en température et fonctionnent à basse pres­sion. Ils sont souvent utilisés comme composants de base dans les mélanges HFO-HFC. Cependant, ces fluides frigorigènes sont inflammables (A2L) et la question de savoir si les fluides frigorigènes restent stables pendant de longues périodes dans des systèmes fixes avec de longs cycles de vie reste sans réponse à ce jour. Le R1234yf est un meilleur substitut au R134a que le R1234zf. La capacité de refroidissement volumétrique et le point d'ébullition (-30 °C) du R1234yf sont similaires à ceux du R134a. La capacité de refroidissement volumétrique du R1234ze est inférieure de 20% et le point d'ébullition de -19 °C rend difficile l'utilisation de ce réfrigérant à basse température d'évaporation. Il est donc préférable de l'utiliser dans les refroidisseurs et les applications à haute température.

REFRIGERANTS NATURELS

Ce sont des composés organiques comme le CO2, le propane et le NH3.

CO2 (R744)

Le CO2 a une longue histoire dans la réfrigération. Il est utilisé dans les supermarchés et dans les grandes installations de refroidissement (p.ex. dans les centres de distribution) et est souvent utilisé comme liquide de refroidissement secondaire dans les applications industrielles et commerciales de gran­de envergure (p.ex., les systèmes en cascade). Le CO2 n'a pas de potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone, un PRP de 1, est chimiquement inactif, ininflammable et non toxique. Le CO2 est bon marché et ne doit pas être recyclé. Une trop forte concentration dans l'air est dangereuse pour l'homme. Dans les zones fermées, il peut s'avérer nécessaire de prévoir des mesures de sécurité supplémentaires telles qu'un système de détection. Le fluide frigorigène a un coefficient de transfert de chaleur élevé, ce qui se traduit, entre autres, par des dimensions de tuyauterie très réduites. Le CO2 a une capacité de refroidissement volumétrique très élevée (5 à 8 x supérieure au R22). La pression est très élevée et la température critique (31 °C à 74 bar) est très basse. En fonction de la température à froid côté haute pression, un refroidissement transcritique supérieur à 100 bar est inévitable. Dans ce cas, l'efficacité énergétique est souvent inférieure à celle des systèmes où le réfrigérant se condense. Néanmoins, il existe de nombreuses applications où le CO2 peut être utilisé de manière économique et efficace, notamment dans les systèmes en cascade sous-critiques et les systèmes transcritiques.

Ammoniac (NH3)

L'ammoniac frigorigène est utilisé depuis plus d'un siècle dans les installations frigorifiques industrielles et de grande taille. L'efficacité du réfrigérant est au moins aussi bonne que celle du R22 et même meilleure dans certains domaines. Il n'a pas de potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone et son PRG est de 0. Hélas, l'ammoniac présente des inconvénients qui entravent son utilisation plus large dans les applications commerciales (surtout dans les petites installations). Le NH3 a un exposant isentropique élevé (NH3 = 1,31 / R22 = 1,19 / R134a = 1,1) qui provoque une température de gaz à extré­mité élevée et limite la compression en une étape à une température d'éva­poration inférieure à -10 °C. Il est difficile de trouver des lubrifiants appropriés. Les lubrifiants les plus couramment utilisés pour les petites installations ne sont pas solubles dans l'ammoniac et en raison de la température élevée du gaz de compression, les huiles lubrifiantes doi­vent garantir une stabilité thermique élevée. D'autres inconvénients de l'ammoniac sont sa (haute) toxicité, sa (faible) inflammabilité et son effet corrosif sur le cuivre. Les mesures visant à contourner ces inconvénients entraîneront une hausse du prix de revient des installations NH3, en particulier pour les petites et moyennes installations NH3. Il suffit de penser à l'utilisation de séparateurs d'huile, d'évaporateurs à bain naturel ou pompé, d'échangeurs de cha­leur et de raccords en acier et autres (p.ex., fournir un circuit de refroidissement secondaire à l'évaporateur qui, pour des raisons de sécurité, ne devrait pas être dans la chambre froide).

Propane (R290)

Les systèmes au propane sont utilisés depuis plusieurs années, en particulier dans l'industrie. Le propane est un réfrigérant qui a fait ses preuves. Aujourd'hui, il est également utilisé dans les petites installations à faible volume de réfrigérant, comme les climatiseurs résidentiels et les thermopompes. On observe une tendance à l'utilisation du propane dans les installations de réfrigération commerciales et les refroidisseurs. La chaîne Col­ruyt en Belgique l’utilise pour refroidir les friteuses. Un système indirect est utilisé à cet effet (un fluide caloporteur est pompé dans la zone commerciale). Le propane est un composé organique sans potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone et dont le PRP est négligeable (= 3). On notera qu'il ne participe que très peu à l'apparition du smog estival. Les pressions de service et les capacités de refroidissement du propane sont comparables à celles du R22. Le comportement en température est aussi favorable que celui du R134a. Le propane ne présente aucune réaction spécifique aux matériaux.

Le cui­vre convient et l'utilisation de compresseurs (semi-)hermétiques est aussi possible. Les huiles les plus utilisées, aussi dans les systèmes CFC et HFC, peuvent être utilisées dans les installations au propane. L'inconvénient du propane est sa grande inflammabilité. La conception et l'analyse des risques de l'installation doivent être conformes à la réglementation sur les risques d'explosion (comme la protection contre les surpressions et une alimentation électrique adaptée). De plus, les installations au propane nécessitent peu d'ajustements supplémentaires comparées aux systèmes au CFC ou au HFC.

Article inspiré des conclusions du Refrigerant Report 20 de Bitzer