Les réfrigérants sont divisés en groupes en fonction de leur composition chimique. À la suite de la découverte que certains de ces composés chimiques peuvent être nocifs pour l’environnement, ils sont remplacés par des solutions de remplacement plus respectueuses de l’environnement (voir Figure 5.2). Le processus n’est pas facile, et bien qu’il existe des alternatives aux anciens réfrigérants, les nouveaux ne sont généralement pas impeccables.

Dans la section suivante, différents groupes de fluides frigorigènes sont discutés, quelques exemples sont donnés et leurs domaines d’application sont décrits.

CFC=chlorofluorocarbures

Les chlorofluorocarbures sont des réfrigérants contenant du chlore. Ils sont interdits depuis le début des années 90 en raison de leurs impacts environnementaux négatifs. Des exemples de CFC sont R11, R12 et R115. La conversion des équipements et des systèmes utilisant des CFC n’est pas encore terminée. Au contraire, le marché illégal de ce type de réfrigérants est florissant dans le monde entier et on estime que pas plus de 50% des systèmes de CFC dans le monde ont été améliorés.

HCFC=hydrochlorofluorocarbones

La lente élimination des CFC montre qu’il s’agit d’un processus coûteux. Cependant, et plus important encore, il montre également les problèmes et l’indécision entourant la disponibilité des HCFC, qui ont été officiellement indiqués comme des substituts temporaires (jusqu’en 2030) des CFC. Les actions hâtives de l’Union européenne qui ont abouti à l’interdiction des HCFC, immédiatement pour la réfrigération et bientôt (2004 au plus tard) pour la climatisation, ont bouleversé les programmes et les plans de l’industrie.

Les HCFC contiennent moins de chlore que les CFC, ce qui signifie un PDO inférieur (voir rubrique 5.3). Des exemples d’hydrochlorofluorocarbures comprennent R22, R123 et R124 (voir Figure 5.3).

HFC= hydrofluorocarbures

Les hydrofluorocarbures sont des fluides frigorigènes qui ne contiennent pas de chlore et ne sont pas nocifs pour la couche d’ozone (PDO = 0, voir rubrique 5.3). Cependant, leur impact sur le réchauffement climatique est très important par rapport aux réfrigérants traditionnels. Les fluides frigorigènes HFC les plus courants disponibles depuis l’interdiction des HCFC sont présentés dans le tableau 5.1 (voir également la figure 5.4) :

Tableau 5.1 Les fluides frigorigènes les plus courants parmi les hydrocarbures halogénés.

Quelques commentaires sur les fluides frigorigènes présentés dans le tableau sont donnés ci-dessous :

• R32 et R125 sont rarement utilisés comme fluides frigorigènes simples, mais uniquement dans des mélanges aux propriétés thermodynamiques particulièrement favorables.
• Le R245c et le R245fa sont utilisés presque exclusivement aux États-Unis et de manière plutôt expérimentale.
• Le R404A a été développé comme alternative au R502 pour les réfrigérateurs et congélateurs.
• Le R134a a été le premier HFC introduit avec beaucoup de succès dans la réfrigération et la climatisation, car il ne nécessite presque aucune modification de l’équipement conçu pour le R22. Cependant, il offre un rendement très limité, inférieur d’environ 40% à celui obtenu avec R22. Par conséquent, le constructeur a deux choix : soit accepter une réduction substantielle de la capacité thermique dans un système donné, soit augmenter ses dimensions (et son coût) pour atteindre la même capacité. Pour cette raison, le R134a est principalement utilisé dans les grands systèmes (plus de 250 kW) qui peuvent se permettre des coûts plus élevés.
• Le R407C est, comme le R134a, thermodynamiquement similaire au R22 et fonctionne comme un réfrigérant « goutte à goutte ». Cependant, contrairement au R134a, qui est un composé pur, le R407C a un glissement de 7 K, ce qui le rend à peine utilisable dans les petits équipements résidentiels (domestiques). Deux raisons justifient une telle limitation: l’équipement résidentiel est plus sujet que les autres équipements à des pertes accidentelles soudaines et il est généralement entretenu sur place. En cas de fuite soudaine, un glissement de 7K peut entraîner des changements dans les proportions du mélange, car les pertes relatives de ses composants les plus volatils seront disproportionnées. Si une recharge standard est utilisée, rien ne garantit que le nouveau mélange de réfrigérant ait les mêmes proportions qu’avant la fuite. En raison de son glissement élevé, ce réfrigérant n’est utilisé que dans des systèmes de moyenne capacité (50-250 kW), qui sont généralement entretenus par du personnel qualifié.
• Le R410A a des propriétés thermodynamiques très intéressantes, une efficacité énergétique supérieure à celle du R22, aucun glissement et donc aucun problème avec le mélange restant après perte de charge et recharge. Cependant, il a une pression de fonctionnement presque le double de celle de R22, et nécessite donc une refonte de l’ensemble du système avec des compresseurs plus grands, des détendeurs, etc.
• R507A est utilisé avec succès dans la réfrigération industrielle et commerciale.
• Le R508B est moins fréquemment utilisé dans les cycles à basse température. R507A et R508B ont des propriétés thermodynamiques favorables et aucun problème avec les glissements de température, car ce sont des mélanges azéotropiques.

FC=Fluorocarbones

Les fluorocarbones (Figure 5.5) ne contiennent pas de chlore et ne sont pas nocifs pour la couche d’ozone. Cependant, ils sont extrêmement stables et ont un PRG élevé (cf. section 5.3). Le R218 est un exemple de fluorocarbone, et les FCs sont également présents dans les mélanges R403 et R408.

HC=Hydrocarbures

Les hydrocarbures sont une solution très limitée aux problèmes environnementaux associés aux fluides frigorigènes. Ils sont inoffensifs pour la couche d’ozone (ODP = 0) et n’ont pratiquement aucun effet de serre direct (GWP<5), mais ils sont hautement inflammables. L’utilisation des HCs comme réfrigérants est limitée à l’Europe, car de nombreux autres pays ont interdit l’utilisation de gaz inflammables en présence du public. Selon les normes ISO 55149 et EN 378.2000, cela devrait s’appliquer également en Europe. Cependant, la norme IEC 355.2.20 autorise l’utilisation de HCs dans les réfrigérateurs domestiques avec des charges de réfrigérant allant jusqu’à 150 g.

Cette norme a ouvert la voie à certains fabricants de réfrigérateurs européens pour produire des réfrigérateurs domestiques avec de l’isobutène inflammable, R600a.

Ceux-ci ont été acceptés avec enthousiasme par les écologistes et ont connu un grand succès sur le marché.

NH3=Ammoniac

L’ammoniac, R717, est une alternative intéressante au réfrigérant. Il est utilisé dans les systèmes de réfrigération depuis 1840 et dans la compression de vapeur depuis 1860. En termes de propriétés, il devrait être considéré comme un réfrigérant de grande classe. De plus, son ODP et son PRP sont 0. Cependant, bien qu’il s’agisse d’un gaz auto-calorifique, c’est-à-dire que les fuites peuvent facilement être détectées par l’odeur, l’ammoniac est très dangereux même à de faibles concentrations car l’odeur provoque souvent la panique. C’est la principale raison pour laquelle l’ammoniac a été retiré des applications pour être utilisé par des personnes non qualifiées et conservé uniquement pour des applications industrielles.

Il est également assez courant dans la réfrigération commerciale, bien que les règles de sécurité exigent qu’il soit utilisé avec une boucle de distribution secondaire. Évidemment, cette boucle secondaire réduit l’efficacité.

CO2 = Dioxyde de carbone

Le R744, dioxyde de carbone, présente plusieurs caractéristiques intéressantes: ininflammable, ne provoque pas d’appauvrissement de la couche d’ozone, indice de toxicité très faible (sécurité A1), disponible en grande quantité, et faible coût. Cependant, il présente également un faible rendement et une pression de fonctionnement élevée (environ 10 fois supérieure à R134a). Pour ces deux dernières raisons, des efforts sont nécessaires pour améliorer son cycle de réfrigération et la technologie associée, en particulier les échangeurs de chaleur et les dispositifs d’expansion. Une application majeure à venir du CO2 semble être la climatisation dans l’industrie automobile. Les pompes à chaleur pourraient également bénéficier du CO2 en raison de la température plus élevée qui peut être obtenue même à des températures ambiantes très basses.

Tableau récapitulatif

Tableau 5.2 Tableau récapitulatif des différents types de fluides frigorigènes.

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