Pompes à chaleur au propane: l'impact du R290 sur les pratiques d'installation
Suite à la révision du règlement sur les gaz F, de plus en plus de pompes à chaleur utilisant des fluides frigorigènes non fluorés ont fait leur apparition sur le marché. Il en résulte l'utilisation de fluides frigorigènes présentant une inflammabilité plus élevée, ce qui impose une certaine prudence lors de leur utilisation. Le propane (R290) en est un bon exemple. Cet article examine en détail les exigences de sécurité applicables à ces pompes à chaleur.
D’ici 2050: uniquement des fluides frigorigènes respectueux de l’environnement
Examinons d’abord brièvement l’essentiel du règlement sur les gaz F. Une première décision importante concerne l’élimination accélérée des fluides frigorigènes fluorés. Par rapport à la quantité de fluide frigorigène fluoré utilisée (en tonnes) en 2015, leur utilisation devra être réduite de 95% d’ici 2030. Il s’agit d’un durcissement par rapport au précédent règlement sur les gaz F, qui prévoyait une réduction de 80%. D’ici 2050, la transition vers des fluides frigorigènes respectueux du climat devra être achevée.
Une deuxième décision concerne l’interdiction des gaz à effet de serre fluorés. En résumé, les pompes à chaleur utilisant des fluides frigorigènes synthétiques à fort potentiel de réchauffement global (PRG) seront progressivement restreintes d’ici 2033, à condition que des fluides frigorigènes naturels soient disponibles comme alternative.
Enfin, une autre décision importante concerne le renforcement des obligations des exploitants. Des exigences supplémentaires s’appliquent en matière de tests d’étanchéité, de certification et d’élimination.
Pourquoi le propane?
Le propane est un fluide frigorigène naturel qui connaît un essor fulgurant dans le domaine des pompes à chaleur résidentielles. Il présente l’avantage d’avoir un faible impact environnemental et de bonnes propriétés thermodynamiques, mais sa inflammabilité constitue un obstacle majeur. La prudence et le respect de certaines règles générales sont donc une condition sine qua non pour une utilisation correcte des pompes à chaleur utilisant le R290 comme réfrigérant.
L'impact environnemental d'un réfrigérant est exprimé par la valeur du GWP (Global Warming Potential, ou potentiel de réchauffement global). Le réfrigérant naturel qu’est le propane (R290) présente un GWP de 0,02, alors que le R410a fluoré, par exemple, affiche un GWP de 2 086. Le R32 fluoré, aujourd’hui couramment utilisé, présente quant à lui une valeur GWP de 675, ce qui reste relativement élevé. Le R32 est légèrement inflammable (classe A2) et les exigences de sécurité qui s’y appliquent sont bien moins strictes que pour le R290.
Points à prendre en compte pour une installation à l'extérieur
C’est pourquoi les pompes à chaleur fonctionnant au propane comme fluide frigorigène se présentent plus souvent sous forme de monoblocs, ce qui garantit une meilleure étanchéité du système. Les raccords à évasement sont ici remplacés par des raccords soudés, assurant ainsi une bonne étanchéité.
Lors de l’utilisation d’une pompe à chaleur monobloc en installation extérieure, la quantité de fluide frigorigène est relativement faible. L’importance de cette quantité de fluide frigorigène en termes de sécurité sera abordée plus loin, mais des zones de sécurité s’appliquent tout de même au propane dans le cas d’une installation extérieure. La zone de sécurité est définie comme le volume autour de l'appareil dans lequel aucune source d'inflammation ni aucune ouverture dans le bâtiment ne doit être présente.
La taille de cette zone dépend de la quantité de propane contenue dans la pompe à chaleur et du type de pompe à chaleur (installation intérieure ou extérieure). Consultez donc toujours le manuel d’installation spécifique au produit fourni par le fabricant. Certains fabricants prévoient des distances comprises, par exemple, entre 1 et 5 mètres dans certaines directions. Les passages de conduites de l’extérieur vers l’intérieur doivent également être obturés de manière étanche au gaz afin qu’en cas de fuite éventuelle, aucune vapeur ne puisse pénétrer dans le bâtiment.
Les sources d’inflammation potentielles comprennent notamment les flammes nues, les appareils électriques produisant des étincelles, les prises de courant, les interrupteurs ou les installations électriques non adaptées à cet environnement. Le propane étant plus lourd que l’air, il peut s’accumuler dans les espaces bas, comme une cave par exemple. D’où la nécessité de ne pas avoir d’ouvertures dans la zone de sécurité, ce qui permet d’éviter que le gaz ne se propage dans le logement.
Les distances minimales peuvent correspondre à celles indiquées dans la figure ci-dessus, mais elles sont spécifiques à chaque fabricant et peuvent varier. Dans le cas d’une construction neuve, cela ne posera généralement pas de problème, mais lors d’une rénovation, cela peut, dans certains cas, poser des difficultés. Si l’installation à l’extérieur ne peut pas être réalisée dans le respect de ces dimensions, il est possible de fermer de manière permanente et hermétique la zone autour de la pompe à chaleur. Des distances minimales s’appliquent également en cas de montage mural ou sur toiture.
En cas de montage sur toiture, les ventilateurs de toit et les systèmes d'évacuation des eaux de pluie ne doivent pas se trouver à l'intérieur des distances minimales imposées par le fabricant. En présence d'un parapet, il convient d'éviter toute accumulation de fluide frigorigène.
Entre-temps, certains fabricants de pompes à chaleur en sont déjà à la deuxième génération de pompes à chaleur au propane. Certains concepts (par exemple, un mode supplémentaire dans lequel le ventilateur tourne en continu à bas régime afin d’éviter l’accumulation de propane en cas de fuite) permettent de réduire considérablement cette zone de sécurité, ce qui permet d’installer l’unité extérieure pratiquement n’importe où autour de la maison.
Points à prendre en compte pour une installation à l'intérieur
En ce qui concerne les exigences de sécurité liées à l’utilisation de pompes à chaleur au propane en installation intérieure, la valeur LFL revêt une grande importance. LFL signifie « Lower Flammability Limit », c’est-à-dire la limite inférieure d’inflammabilité. La LFL correspond à la concentration la plus faible d’un gaz inflammable dans l’air à laquelle le mélange peut encore s’enflammer. Si la quantité de gaz inflammable présente dans l’air est insuffisante, le mélange ne peut ni brûler ni exploser; il est trop « pauvre » pour s’enflammer.
Si la concentration du mélange gaz combustible-air atteint la valeur LFL, ce mélange peut alors s’enflammer. S’il y a trop de gaz et que le mélange dépasse la valeur UFL (Upper Flammability Limit, ou limite supérieure d’inflammabilité), il n’y a alors pas assez d’oxygène pour permettre la combustion. Il s’agit toutefois d’une situation dangereuse, car au moindre apport d’air, la concentration de propane dans l’air redescend et peut ainsi passer en dessous de la limite inférieure d’inflammabilité (LFL), ce qui rend le mélange à nouveau inflammable.
Pour le R290 (propane), la valeur LFL (limite inférieure de flammabilité) est de 0,038 kg/m³ d’air. Cela signifie qu’un mélange air-propane ne devient inflammable que lorsqu’il contient au moins environ 38 grammes de propane par mètre cube d’air. Des normes telles que la CEI 60335-2 utilisent la LFL pour déterminer:
- la quantité maximale de propane pouvant être utilisée;
- les volumes minimaux requis pour les locaux;
- quelles distances de sécurité ou quelle ventilation sont nécessaires.
Imaginons que vous disposiez d’une pompe à chaleur contenant 1,5 kg de propane et que la totalité du réfrigérant se libère dans un espace clos.
Grâce à la LFL, nous pouvons alors calculer le volume minimal nécessaire pour dépasser la limite d’inflammabilité, à savoir 1,5 kg / 0,038 kg/m³ = 39,5 m³. Si le volume de la pièce est inférieur à 40 m³, la concentration moyenne pourrait théoriquement dépasser la LFL en l’absence de ventilation. La récente révision de la norme de sécurité relative aux climatiseurs et aux pompes à chaleur (CEI 60335-2-40; 2022) autorise une plus grande quantité de substances inflammables. Des quantités plus importantes sont également autorisées si des mesures ont été prises pour maintenir les concentrations à un niveau suffisamment bas en cas de fuites.
Par ailleurs, aucune limite inférieure n’est imposée pour la surface du local d’installation si la quantité de fluide frigorigène est inférieure à 4 fois la LFL. Cela signifie que, pour le propane, aucune surface minimale n’est requise si la quantité de fluide frigorigène est inférieure à 4 × 0,038 = 0,152 kg. Par conséquent, les fabricants développent actuellement de nombreuses pompes à chaleur résidentielles au propane dont la charge de réfrigérant est inférieure à 152 grammes.
Si la quantité de fluide frigorigène est supérieure, des mesures supplémentaires seront nécessaires pour limiter la concentration en cas de fuite éventuelle. Ces mesures supplémentaires comprennent la ventilation, l’adaptation de l’espace d’installation, la détection et le positionnement sécurisé des composants. En cas de fuite de fluide frigorigène du circuit, le système de ventilation assure son évacuation immédiate vers l’extérieur.
Il n’existe pas d’exigence fixe concernant le débit de ventilation, comme par exemple 150 m³/h. La ventilation nécessaire dépend:
- La quantité de propane dans l’installation – la charge de réfrigérant;
- du volume du local technique;
- L'emplacement de la pompe à chaleur;
- La norme EN 378 en vigueur et les consignes d’installation du fabricant.
Il faudra donc effectuer un calcul basé principalement sur le volume et la quantité de charge de réfrigérant. Ce calcul peut aboutir aux conclusions suivantes:
- qu'un volume minimal doit être prévu afin qu'une éventuelle fuite n'entraîne pas de concentration dangereuse;
- Qu'une ventilation naturelle permanente doit être assurée par des grilles d'aération;
- Qu’une ventilation mécanique doit être mise en place;
- Qu’un système de détection de gaz est requis, éventuellement associé à un système d’extraction mécanique qui se déclenche automatiquement en cas de détection de gaz;
Si une ventilation mécanique est proposée à titre de mesure de sécurité, elle est généralement conçue de manière à ce que:
- L'aspiration s'effectue près du sol (le propane est plus lourd que l'air);
- La ventilation fonctionne en continu ou s’active automatiquement;
- L'air aspiré soit évacué directement vers l'extérieur;
- Le ventilateur soit adapté à une utilisation dans un environnement où un mélange gazeux inflammable peut se former en cas de fuite;
Un système de ventilation mécanique standard destiné à un usage domestique (salle de bains, cuisine…) n’est souvent pas adapté à cet usage.
Le propane, c’est l’avenir
Il est clair que le propane gagne en popularité en tant que fluide frigorigène. Le propane n’est pas soumis au règlement sur les gaz F et, grâce à son très faible potentiel de réchauffement global (PRG), il est bien moins nocif pour l’environnement et le climat. Si vous possédez encore une pompe à chaleur utilisant un fluide frigorigène traditionnel, vous n’avez pas à vous inquiéter pour l’instant. Ces appareils peuvent toujours être commercialisés et leur recharge lors d’un entretien ne devrait pas poser de problème. Seuls les nouveaux appareils relèvent du règlement sur les gaz F mentionné précédemment.
En résumé, on peut affirmer que les pompes à chaleur au propane installées à l’extérieur sont souvent des modèles monoblocs, en raison de leur bonne étanchéité et du risque très faible de fuites. Toutefois, des zones de sécurité ont été définies pour les installations extérieures, et celles-ci peuvent varier d’une marque à l’autre.
Si la pompe à chaleur au propane est installée à l’intérieur, vous devez vous assurer que la charge de réfrigérant est inférieure à 152 grammes. Si cette quantité est dépassée, vous devez prévoir une ventilation supplémentaire (mécanique ou non), éventuellement en combinaison avec les dispositifs de sécurité nécessaires.
Comme indiqué au début, le propane présente également d’excellentes propriétés thermodynamiques. Les pompes à chaleur fonctionnant au propane sont donc idéales pour les bâtiments anciens et pour la rénovation de bâtiments existants. Les pompes à chaleur au propane de type monobloc atteignent assez facilement une température de départ d’environ 70 °C, même lorsqu’il fait -10 °C à l’extérieur.
Cela signifie que vous pouvez conserver les radiateurs existants et qu’il n’est pas nécessaire de passer au chauffage par le sol, ce qui représente tout de même une économie considérable sur les coûts de rénovation. Par ailleurs, les fabricants de pompes à chaleur se concentrent de plus en plus sur de nombreuses innovations liées au propane. Des valeurs SCOP de 6 sont même atteintes à une température de départ de 35 °C.
Qui est habilité à intervenir sur le circuit frigorifique d’une pompe à chaleur au R290?
Toute personne qui ouvre, remplit, répare, évacue ou récupère le fluide frigorigène du circuit frigorifique doit disposer des compétences requises en matière de réfrigération. La réglementation européenne a été étendue des gaz F aux fluides frigorigènes naturels tels que le propane (R290).
Dans la pratique, il s’agira généralement
- un technicien en réfrigération agréé,
- ayant suivi une formation ou disposant des connaissances requises pour les fluides frigorigènes inflammables (A3);
- et travaillant pour une entreprise spécialisée dans la réfrigération.
Il existe désormais également des formations spécialisées pour les techniciens en réfrigération agréés, axées sur le R290 et d’autres fluides frigorigènes naturels.
Tant que le circuit de réfrigération n’est pas ouvert, d’autres travaux, tels que les interventions hydrauliques et électriques, peuvent également être effectués par d’autres professionnels.