Fluides frigorigènes : Carrier passe directement aux HFO

Fluides frigorigènes : Carrier passe directement aux HFO

Pour sa nouvelle gamme de groupes froids et groupes réversibles AquaForce Puretec, Carrier a choisi le nouveau fluide HFO R1234ze, sans passer par la case intermédiaire des mélanges HFC/HFO.






Les industriels de la climatisation se trouvent dans une situation un peu inconfortable, déjà évoquée dans de précédents articles sur notre site. Ils sont, pour ainsi dire, pris entre le marteau du Règlement Européen F-Gaz et l’enclume de la Directive Européenne ErP, dite aussi ecoDesign.

Le Règlement F-Gaz prévoit une décroissance des émissions de gaz à effet de serre dont sont responsables les fluides utilisés en climatisation et en froid commercial, avec tout un échéancier qui court jusqu’en 2030.

 

Il faut donc, tout à la fois, utiliser des fluides dont le GWP (Global Warming Power) ou PRP (Potentiel de Réchauffement Planétaire) en français, soit le plus faible possible et, en plus, diminuer les volumes de fluides dans les machines thermodynamiques. La Directive ErP, pour sa part, prévoit un calendrier avec augmentation du rendement et réduction du bruit produit par les groupes froids et les pompes à chaleur.

 

Pas d’atermoiements

 

Contrairement à d’autres fabricants, Carrier a décidé de proposer tout de suite une solution que ses clients pourront conserver pour longtemps. Il évite donc la demi-mesure de l’utilisation de mélanges HFC/HFO qui permet de proposer rapidement, sans guère de modification technique dans les machines, une solution avec un GWP plus faible.

 

Entendons-nous, le GWP du R134a atteint 1430 (sans unité). Celui des cocktails HFC R134a / HFO descend aux alentours de 650 à 700. Mais celui du HFO R1234ze, destiné à remplacer le R134a dans les machines à compresseurs à vis, est inférieur à 1.

 

Adopter tout de suite cet HFO (HyrdroFluoro-Oléfines), selon William Doll, le chef de produits groupes froids et Pac de forte puissance chez Carrier, et développer des machines qui l’utilisent au mieux permet de proposer aux clients une solution pérenne. Tandis que développer à court terme une offre reposant sur des cocktails HFC/HFO ouvre une incertitude. Est-ce que ces machines pourront encore être maintenues dans 10 ans ?

 

 

  1. Les compresseurs à vis Carrier ont été modifiés pour fonctionner au HFO-R1234ze : les joints font appel à une nouvelle matière. L’huile utilisée est une huile polyester, produite par un seul fabricant dans le monde. ©Carrier

 

Quatre ans de travail

 

Pour développer sa nouvelle offre au HFO R1234ze, Carrier a travaillé quatre ans. La première étape a consisté à tester 320 fluides frigorigènes, dans différentes configurations de matériel : compresseurs à vis, à piston, scroll, etc. Ce qui a débouché sur une présélection de 15 fluides.

 

Les calculs et essais au cours de la seconde étape ont prouvé que pour les machines équipées de compresseurs à vis, le HFO R1234ze représente, selon Carrier, le meilleur choix en termes de rendement. Au cours de la troisième étape de 18 mois, Carrier a évalué et qualifié tous les composants pour ce fluide : les vannes et détendeurs électroniques, échangeurs, huile, composants plastiques, etc.

 

La quatrième étape, le test en grandeur réelle est en cours. Quelque 19 installations sont en fonctionnement ou le seront bientôt en Europe, dont 14 en Suisse, 3 en France, 1 en Norvège et 1 en Hollande. La Suisse est un cas un peu particulier. Depuis 2013, sa réglementation interdit d’utiliser des HFC dans des machines de plus de 600 kW.

 

 

  1. L’armoire électrique des nouvelles machines AquaForce Puretec est maintenue en légère surpression par un ventilateur. De cette manière, une éventuelle fuite de fluide R1234ze ne peut pas pénétrer dans l’armoire, ne peut pas être mis en présence d’une étincelle, ne peut pas s’enflammer. ©Carrier

 

Le HFO R1234ze est « très légèrement inflammable »

 

Le HFO R1234ze offre de nombreux avantages et un inconvénient, un peu gênant à moyen terme, il faut bien l’avouer : il est classé dans la toute nouvelle catégorie 2L selon la norme américaine Ashrae Standard 34. Il fait donc partie des fluides considérés comme « très légèrement inflammables ».

 

Arrêtons-nous là-dessus un instant. La catégorie 2L a été ajoutée à la norme Ashrae 34 en 2010 dans le but de regrouper des réfrigérants, certes inflammables, mais très peu. Les distinguant ainsi des réfrigérants de catégorie 2 « peu inflammable » et de ceux de la catégorie 3 « très inflammables » (propane, isobutane, etc.).

 

La catégorie 1 regroupant pour sa part les fluides non-inflammables, mais dont les plus largement utilisés, comme le R134A ou le R410A possèdent un GWP élevé et tombent sous le coup du Règlement F-Gaz.

 

 

  1. Comme sur la gamme antérieure, Carrier préfère la solution des variateurs de fréquence extérieurs pour piloter la vitesse de ses compresseurs. Le fabricant estime que la technologie de l’inverter embarqué sur le compresseur complique beaucoup les opérations de maintenance et de dépannage, sans apporter de gain de performance. ©Carrier

 

Aménager les normes et règlements

 

La réglementation européenne, dont la norme EN 378, révisée en 2000 qui limite les taux de concentration de fluides dans les systèmes de réfrigération et de pompes à chaleur et fixe les exigences de sécurité et d’environnement pour l’emploi des fluides, est antérieure à la création de la catégorie 2L.

 

Elle ne connaît pour l’instant rien des catégories 1, 2 et 3. La réglementation française sur les ERP (établissements recevant du public), construite en fonction de la norme européenne EN 378, ignore donc aussi la catégorie 2L.

 

Aujourd’hui, elle interdit les fluides de catégories 2 et 3 dans les ERP, n’autorisant que les fluides de catégorie 1. Dans les ERP, mais pas sur les ERP : il est possible dès à présent d’installer un groupe froid ou une pompe à chaleur chargé en HFO R1234ze sur le toit d’un ERP (bureaux, hôtels, maisons de retraites, hôpitaux).

 

 

  1. La performance des machines est améliorée de 5% environ, en chaud comme en froid, grâce au HFO-R1234ze. Le volume de fluide utilisé n’est pas significativement modifié. ©Carrier

 

Une difficulté en rénovation

 

Pour le mettre en place dans les locaux, il faudra attendre une cascade de révisions réglementaires : d’abord une révision de la norme EN 378, puis de la règlementation française sur les ERP. Les plus optimistes dans l’industrie de la climatisation imaginent que tout cela sera prêt fin 2017.

 

Les plus réalistes tablent plutôt sur fin 2018. Les cyniques invétérés, qui malgré tout ont sans doute raison, ne voient rien venir avant 2019 ou 2020. Le problème se pose pour la rénovation des nombreuses installations, très classiques en tertiaire, où des groupes froids eau/eau sont installées dans des locaux techniques au sous-sol et raccordés par un circuit en eau à des aéroréfrigérants (dry coolers) posés en toiture du bâtiment.

 

Il faudra encore patienter quelques années, en France, avant de pouvoir remplacer ces machines par des groupes chargés en HFO R1234ze.

 

 

  1. L’une des premières mises en œuvre des nouvelles machines Carrier en Suisse, porte sur une opération qui valorise leur possibilité de fonctionner en thermofrigopompe. Les groupes AquaForce Puretec eau/eau récupèrent la chaleur produite par un Data Center, donc contribuent à son refroidissement, et valorisent cette chaleur gratuite en alimentant un réseau de chauffage urbain. ©Carrier

 

Les nombreux avantages du HFO R1234ze

 

Pourtant, le HFO R1234ze comporte de nombreux avantages. Tout d’abord, il n’est pas inflammable à température ambiante (<30°C) et il faut lui apporter une énergie importante pour qu’il s’enflamme et continue de brûler. Son GWP est inférieur à 1.

 

Son ODP (Ozone Depletion Potential ou contribution à la destruction de la couche d’ozone) est nul. Sa pression de vapeur à 25°C est faible : 5 bars seulement, soit 25% de moins que le R134a dans les mêmes conditions. Ce qui a permis à Carrier de développer une nouvelle offre de pompes à chaleur haute température, fonctionnant à des pressions raisonnables, tout en offrant des températures de départ d’eau de 85°C.

 

Le CO2 atteint des températures supérieures, mais à des pressions dépassant 100 bars. En cas de fuite, la durée de vie du HFO R1234ze dans l’atmosphère est de 18 jours, contre 14 ans pour le R134a. Bref, il est idéal, mais « très légèrement inflammable ».

 

 

  1. En Suisse, il n’est plus possible depuis 2013 d’installer de nouvelles machines de plus de 600 kW, utilisant des HFC. Les groupes AquaForce Puretec eau/eau, chargés en HFO-R1234ze, offrent l’une des rares solutions alternatives réellement disponibles. ©Carrier

 

5% de gain en efficacité énergétique

 

Carrier commercialise dès maintenant une large gamme de refroidisseurs de liquide, dits aussi chillers ou encore groupes froids et de pompes à chaleur, air/eau et eau/eau à compresseurs à vis, baptisée AquaForce Puretec, fonctionnant au HFO R1234ze.

 

Par rapport aux machines antérieures fonctionnant au R134a, le gain en efficacité énergétique est de 5% en moyenne. En mode froid, ces nouvelles machines atteignent un Eseer (European Seasonal Energy Efficiency Ratio, une moyenne pondérée de rendements à différents taux de charge) de 7,7, de 5 pour les machines air/eau, tandis que Scop (Seasonal Coefficient of Performance, une moyenne pondérée des rendements en chauffage à différents taux de charge) de 7.

 

La commercialisation des gammes au R134a continue tant que le marché en voudra, même si Carrier prédit que le basculement vers sa nouvelle offre sera plus rapide qu’on l’imagine.

 

Déjà 62 modèles disponibles

 

La gamme AquaForce Puretec se compose de 18 modèles de chillers à condensation par air, de 400 à 800 kW en vitesse variable, de 300 à 1100 kW en vitesse fixe, de 19 modèles de chillers eau/eau, de 450 à 1320 kW en vitesse variable et de 270 à 1100 kW en vitesse fixe.

 

On trouve également 19 modèles de pompes à chaleur eau/eau 55/68°C, de 500 à 1600 kW en vitesse variable et de 300 à 1300 kW en vitesse fixe. Ainsi que 6 modèles haute température (85°C) à vitesse fixe de 400 à 1900 kW de puissance.

 

Grâce aux caractéristiques physiques du HFO-R1234ze, la pression au condenseur à 85°C est inférieure de 30% à celle que l’on obtiendrait à même température dans une machine au R134a. Chacune de ces nouvelles machines chargées HFO-R1234ze est fournie en série avec la solution de communication à distance Carrier Connect.

 

C’est un module 3G qui permet de monitorer à distance les fuites et le fonctionnement de la machine. L’installateur, l’exploitant ou l’utilisateur final sont libres d’utiliser Carrier Connect ou pas, mais la solution est désormais toujours disponible sur les nouvelles machines.

 

La haute température ouvre de nouveaux marchés

 

La disponibilité de pompes à chaleur eau/eau haute température atteignant 85°C en départ d’eau, ouvre de nouvelles perspectives d’utilisation. Premièrement, elles peuvent désormais remplacer des chaudières en chaufferie. Carrier devient concurrent actif des Viessmann, De Dietrich et autres Atlantic-Guillot pour la rénovation des chaufferies.

 

Rappelons que la Directive Européenne sur les Energies Renouvelables considère les pompes à chaleur (Pac) comme des ENR. Deuxièmement, ces nouvelles Pac de grosse puissance trouvent leur place sur les réseaux de chauffage urbain.

 

Installées sur le retour du réseau, elles apportent une contribution d’ENR, et peuvent remonter la température des retours jusqu’aux 70°C acceptables par les chaudières bois qui deviennent tellement populaires chez les exploitants et propriétaires de réseaux urbains.

 

Ces chaudières bois ne supportent pas de retours « froids » qui risquent d’entraîner une corrosion de leurs corps de chauffe. Enfin, ces nouvelles Pac eau/eau haute température peuvent parfaitement être utilisée en thermofrigopompes dans les installations qui ont besoin de chaud et de froid en permanence.

 

 

Source : batirama.com / Pascal Poggi

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