Climatisation

Réfrigérants écologiques

La croissance de l'industrie de la construction contribue de manière significative à une demande accrue de climatisation. Ce processus consomme cependant de l'énergie et utilise des fluides de refroidissement qui sont en partie responsables de l'appauvrissement de la couche d'ozone et de l'augmentation des émissions de gaz à effet de serre qui provoquent le réchauffement climatique. Les nouveaux réfrigérants qui offrent un potentiel de réchauffement planétaire plus faible sont une proposition bienvenue à cet égard. En fait, les hydrochlorofluorocarbures (HCFC) sont actuellement éliminés dans de nombreux pays conformément au Protocole de Montréal. Comment le R410A, le R407C, le R417A et d'autres nouvelles alternatives fonctionnent-ils par rapport au R22?

Sortie avec R22

L'histoire de l'élimination progressive du R22 commence avec la découverte des chlorofluorocarbures (CFC) en 1930 par Thomas Midgley Jr.L'utilisation de ces composés comme liquides de refroidissement pour les climatiseurs et les réfrigérateurs ainsi qu'une grande variété d'autres procédés de fabrication ont fortement augmenté en les années 1960. En 1974, Sherwood Rowland et Mario Molina ont découvert que les CFC appauvrissaient la couche d'ozone et ils ont plaidé pour une interdiction complète des rejets ultérieurs de CFC dans l'atmosphère. Le scepticisme des scientifiques et des fabricants commerciaux a cependant persisté et un consensus sur la nécessité d'agir n'est devenu imminent qu'en 1976.

Finalement, en 1987, le Protocole de Montréal, un accord environnemental international historique, a établi des exigences qui ont amorcé l'élimination à l'échelle mondiale des CFC qui appauvrissent la couche d'ozone. Pendant ce temps, les HCFC et leurs cousins, les hydrofluorocarbures (HFC), avaient été créés dans les années 1980 pour remplacer les CFC. Les HCFC constitués d'atomes d'hydrogène, de chlore, de fluor et de carbone ont été reconnus comme moins dommageables pour la couche d'ozone que les CFC.

Cependant, ils contenaient encore du chlore destructeur d'ozone et en 1992, le Protocole de Montréal a été amendé pour établir un calendrier pour leur élimination. D'autres modifications du protocole ont conduit à l'élimination progressive de la production de CFC dans tous les pays développés en 1996.

Le HCFC-22 ou R-22, un seul composé hydrochlorofluorocarbone (HCFC), est le réfrigérant de choix pour les thermopompes et les systèmes de climatisation résidentiels depuis plus de quatre décennies. Le R-22 n'est pas seulement un gaz à effet de serre, mais sa fabrication aboutit à un sous-produit (HFC-23) qui contribue de manière significative au réchauffement climatique. À compter du 1er janvier 2010, le R-22 ne pouvait être produit ou importé que pour entretenir l'équipement existant aux États-Unis et ne pouvait pas être utilisé dans de l'équipement neuf. Les fabricants de systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) ne pouvaient pas non plus produire de nouveaux climatiseurs et pompes à chaleur contenant du R-22.

Le Protocole de Montréal a établi l'année 2020 comme la période d'élimination finale des HCFC dans les pays développés et l'année 2040 pour les pays en développement comme le Kenya. Aux États-Unis, le R-22 qui a été récupéré et recyclé ou régénéré sera autorisé au-delà de 2020 à entretenir les systèmes existants, mais les fabricants de produits chimiques ne seront plus en mesure de produire du R-22 pour entretenir les climatiseurs et les pompes à chaleur existants.

Les HFC de la `` série 400 ''

Le R-22 est remplacé par des HFC de la «série 400». Son principal substitut est le HFC R-410A qui a un potentiel d'appauvrissement de la couche d'ozone (ODP) de zéro. Ce mélange de deux hydroflurocarbures, HFC-32 et HCF-125 (50/50% en poids), a un potentiel de réchauffement de serre (PRP) direct plus élevé que le R-22, mais est moins dommageable, indirectement. GENETRON AZ-20®, SUVA 410A®, Forane® 410A et Puron® comprennent certains des noms commerciaux variés du R-410A. Il convient de noter que le R-410A a une pression de vapeur nettement plus élevée que le R-22. La pression de condensation du R-410A dans des conditions standard pour les refroidisseurs à eau est d'environ 340 psi et d'environ 390 psi pour les refroidisseurs à air.

C'est légèrement plus élevé que les réglages de coupure de sécurité haute pression pour le R-22; par conséquent, il ne peut pas être utilisé pour moderniser l'équipement R-22 existant. Le R-410A ne peut être utilisé que dans l'équipement conçu pour le R-410A - des équipements de service spéciaux tels qu'un jeu de manomètres à haute pression, une unité de récupération haute pression et des réservoirs de récupération haute pression sont nécessaires pour les systèmes R-410A.

Les compresseurs fournis avec les systèmes R-410A sont plus petits, plus silencieux et fonctionnent avec moins de vibrations dommageables que les compresseurs plus anciens fonctionnant au R-22. Ces compresseurs fonctionnent également à une température plus froide, ce qui réduit le risque d'épuisement dû à la surchauffe. Le R-410A utilise un polyolester de haute qualité comme lubrifiant. Ce lubrifiant est plus soluble avec les HFC, ce qui lui permet de se mélanger et de circuler plus efficacement pour maintenir le compresseur et les autres pièces mobiles lubrifiés, réduisant ainsi l'usure et prolongeant leur durée de vie. Le R-410A permet également un transfert de chaleur plus élevé que le R-22, ce qui se traduit par un fonctionnement plus efficace.

Un autre substitut du R-22 est le R-407C. Le R-407C est un mélange ternaire de HFC-32, HFC-125 et HFC-134a et ne contient aucune teneur en chlore et a donc un ODP de zéro. Son GWP est de 1600 contre 22 pour le R-1700. Le R-407C présente des propriétés thermo-physiques similaires à celles du R-22, ce qui permet de minimiser les modifications du système de réfrigération lors du passage de l'un à l'autre.

En effet et contrairement au R-410A, un système R-22 et un système R-407C utilisent la plupart des composants exactement les mêmes. De manière désavantageuse, chaque élément constitutif de ce mélange bout à une température différente; Les points d'ébullition des fluides réfrigérants purs HFC-32 et HFC-125 sont respectivement de -52 degrés centigrades et -51 degrés centigrades, et sont plus volatils que le HFC-134a qui a un point d'ébullition de -27 degrés centigrades.

Par conséquent, le HFC-32 et le HFC-125 exercent une pression de vapeur plus élevée que le HFC-134a et s'il y avait des fuites dans le système, la perte partielle d'un composant entraînerait le mélange total restant de composition incorrecte. Ces petits changements dans la qualité ou la composition du réfrigérant peuvent ne pas affecter sensiblement les performances de l'équipement à court terme. Cependant, l'effet de fuite est irréversible et à un moment donné, le réfrigérant doit être récupéré et renvoyé aux fabricants pour être mélangé ou éliminé, et le système nécessiterait une évacuation et une recharge complète.

Le R-407C utilise également de l'huile polyolester comme lubrifiant.

Le R-417A est composé de R-125, R-134a et R600 et a un ODP de zéro. Il peut être utilisé avec des huiles minérales traditionnelles et des lubrifiants à base d'alkylbenzène, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des équipements existants et en même temps pour une utilisation dans de nouveaux équipements sans qu'il soit nécessaire de passer à des lubrifiants polyolester plus chers et hygroscopiques.

Le R-417A s'est avéré particulièrement utile lors de la conversion de systèmes avec des compresseurs hermétiques et est utilisé en remplacement des systèmes R22 de sorte qu'aucune modification technique n'est apportée au système et que l'huile d'origine est conservée. Le R-417A affichera une capacité réduite qui pourrait signifier des durées de fonctionnement plus longues, mais un système R-22 correctement dimensionné sera en mesure de garder l'espace au frais lors de l'exécution du R-417A.

Ammoniac - Le réfrigérant naturel

L'ammoniac ou R-717 était l'un des réfrigérants les plus utilisés au début des années 20^th siècle et est un composé naturel qui a un ODP de zéro et un GWP de zéro. Il n'a donc pas d'effets cumulatifs sur l'environnement et une durée de vie atmosphérique très limitée. De plus, le R-717 est considérablement moins cher que les CFC ou les HCFC.

Il s'agit néanmoins d'une substance beaucoup plus dangereuse, inflammable à l'air avec un volume compris entre 15 et 28% et non compatible avec le cuivre. Il est également toxique à des concentrations élevées, mais cela est atténué par son odeur distinctive qui est détectable à des concentrations bien inférieures à celles considérées comme dangereuses (il est auto-alarmant) et est plus léger que l'air, donc s'il fuit, il va monter et se dissiper. dans l'atmosphère.

Dioxyde de carbone - Le nouveau mais ancien réfrigérant

Comme pour l'ammoniac, l'utilisation du dioxyde de carbone ou du R-744 remonte aux premiers jours de la réfrigération. Il a cependant été remplacé par des fluides frigorigènes CFC qui fonctionnaient bien dans les systèmes à basse pression, mais sont maintenant revenus, se disputant vivement une place comme nouvelle alternative.

Malgré son statut de gaz de réchauffement de la planète, les petites quantités de dioxyde de carbone qui peuvent être libérées par les climatiseurs sont insignifiantes là où les valeurs de PRG pour les réfrigérants HFC sont plusieurs milliers de fois plus élevées que pour le dioxyde de carbone.

Le dioxyde de carbone a un ODP de zéro et est mieux appliqué aux systèmes qui doivent être petits et légers, comme les climatiseurs automobiles ou portables; sa pression de service élevée lui permet de circuler dans des tubes de petit diamètre. Il n'offre aucun avantage pour les gros climatiseurs, qui n'ont pas de restrictions d'espace et peuvent utiliser des tubes de grand diamètre.

D'autres propriétés bénéfiques du R-744 comprennent l'inflammabilité et d'excellentes propriétés thermodynamiques à des températures ambiantes plus basses. Un inconvénient du R-744 est que les avantages thermodynamiques peuvent disparaître à des températures ambiantes supérieures à 30 degrés centigrades.

Réfrigérants hydrocarbonés

Comme ils se produisent dans la nature, les hydrocarbures sont également des réfrigérants naturels. Le R 600a (isobutane) et le R 290 (propane) qui peuvent être appliqués à la climatisation ont un GWP100 (Potentiel de réchauffement planétaire sur 100 ans) inférieur à cinq. Ces hydrocarbures sont presque inodores grâce à une purification spéciale. Ils peuvent cependant être hautement inflammables.

Un exemple pratique et remarquable de l'utilisation d'hydrocarbures est l'installation, en 2007, d'un refroidisseur d'eau de 600 kW refroidi par air utilisant du propane ou du réfrigérant HC R290 fourni par Earthcare dans le bâtiment historique de Church House (au Royaume-Uni) pour une climatisation de confort. . Ce refroidisseur a un impact environnemental minimisé grâce à la combinaison de réfrigérants naturels et d'une efficacité énergétique optimale.

Le refroidisseur a été spécifié par les ingénieurs-conseils de Max Fordham et l'installation, réalisée par AMEC, impliquait la fermeture de deux routes proches de l'abbaye de Westminster un samedi matin, le détournement de deux itinéraires de bus et l'organisation de 12 véhicules pour mettre la grue en position pour l'emplacement du refroidisseur. Cependant, on estime que le retour sur investissement à long terme, à la fois financièrement pour Church House et en impact environnemental réduit, compensera largement tous les coûts d'immobilisation, d'installation et de perturbation.

Dans l'ensemble, l'impact indirect du réchauffement climatique est réduit en maximisant l'efficacité énergétique grâce à une combinaison de facteurs, notamment les caractéristiques thermodynamiques favorables des HC, l'utilisation de circuits de sous-refroidissement, qui améliorent le coefficient de performance (COP) et le contrôle de la pression de refoulement flottant qui permet la condensation température de flotter aussi bas que 20 ° C si les conditions ambiantes le permettent, au lieu des 40 ° C normaux.

Ceci est particulièrement avantageux pour les refroidisseurs qui fonctionnent toute l'année ou la nuit lorsque les températures ambiantes sont plus basses. L'effet combiné de toutes les mesures d'efficacité énergétique se traduit par des économies d'énergie potentielles de plus de 50% pour les refroidisseurs qui fonctionnent toute l'année par rapport aux refroidisseurs à coût initial minimum sans fonctions d'économie d'énergie.

Un autre projet notable utilisant les HC est celui mené par la Société allemande pour la coopération internationale (GIZ, anciennement GTZ) en coopération avec le fabricant chinois Gree Electric Appliances Inc. Plus tôt en juillet, la société a annoncé l'ouverture officielle de sa ligne de production de climatiseurs individuels. fonctionnant aux hydrocarbures (propane, R290) comme réfrigérant marquant la première production de climatiseurs ambiants respectueux de l'environnement fonctionnant aux hydrocarbures dans le monde.

Le projet qui a débuté en 2008 a accordé une attention particulière aux aspects de sécurité en tenant compte du fait que les hydrocarbures sont des réfrigérants inflammables.

La Chine est le plus important lieu de production de climatiseurs dans le monde (75% de la production du marché mondial). Gree produit à lui seul 40 millions de climatiseurs par an. La nouvelle ligne de production produira environ 100,000 XNUMX unités par an. Le projet est un bon départ pour révolutionner le marché chinois (et mondial) des climatiseurs et ouvrir la voie à un avenir durable.

Alcènes hydrofluorés

Les hydrofluoroalcènes (HFO) ou «réfrigérants de quatrième génération» ont un faible potentiel de réchauffement planétaire et peuvent être classés comme appartenant aux hydrofluorocarbures (HFC). Une substance combustible de ce groupe, le HFC-1234yf, est actuellement étudiée principalement pour une utilisation dans les systèmes de climatisation automobile et n'a pas encore été lancée sur le marché.

Malgré leur faible potentiel de réchauffement climatique, les hydrofluoro alcènes présentent une instabilité et une réactivité plus importantes, caractéristiques qui doivent être prises en compte par les exploitants de systèmes de climatisation.

La libération d'alcènes hydrofluoro à la suite de fuites entraîne un apport supplémentaire de produits de dégradation persistants dans l'environnement. Les alcènes hydrofluorés sont compliqués à produire et la production hors d'Europe implique des expéditions sur de longues distances. À ce jour, il n'y a pas eu de production à grande échelle de HFC-1234yf. De plus, des solutions utilisant des fluides frigorigènes naturels existent déjà pour les domaines d'application proposés des hydrofluoroalcènes.

Liste des contributeurs:

Réfrigérants nationaux, Inc.

Jim Lavalle

Responsable technique des ventes

Courriel : [email protected]">[email protected]

Site Web : www.réfrigérants.com

Production durable par l'innovation dans les PME (SPIN)

Daniel de Graaf

Chef de projet SPIN

[email protected]"> [email protected]

www.spin-project.eu

Emerson Climate

Amitesh Singh

Courriel : [email protected]">[email protected]

Site Web: www.emersonclimate.com

Trane

Mahanty Surajit

Responsable marketing

Courriel : [email protected]

Site Web: www.trane.com

Les réfrigérants naturellement!

Rébecca Kirch

de l'OIC

Courriel : [email protected]">[email protected]