Systèmes R-22 : à quels fluides frigorigènes les convertir ?

TE HNIQUE
Systèmes R-22 :
à quels fluides frigorigènes
les convertir ?
Serge FRANÇOIS*
C
omment faire face au problème du
retrait du R-22 du marché des fluides réfrigérants à partir de 2010 ?
En industrie, il est possible, si la
réglementation le permet, de passer ces équipements à l'ammoniac ou de
refaire l'installation avec une cascade CO2
plus ammoniac. Sous réserve de compatibilité technique et de respect de la réglementation. Sinon, comment poursuivre
l'utilisation des installations encore exploitables au-delà de la date butoir ? Le
rechargement avec du fluide récupéré
semble risqué.
En 2006, le stock de R-22 exploité était
de 25 000 t - soit 25 à 30 % des installations en fonctionnement - ; en 2010,
15 000 t seront encore en usage. En
tenant compte d'un taux de fuite moyen
de 10 à 15 %, il faut estimer à 15002000 t/an les besoins de fluide pour la
maintenance. Or, les prévisions annuelles
de récupération de R-22 ne dépassent
pas 300 t. En conséquence, le remplacement de ce fluide frigorigène s'avère une
démarche de précaution.
L'opération est cependant complexe, et ce
pour plusieurs raisons. En premier lieu,
les choix des mélanges dits “de transition” sont en nombres limités. En second,
à la différence des solutions de substitution des CFC, les alternatives au R-22 ne
sont pas toujours aussi performantes. En
46
(Doc DU PONT)
Le R22, fluide frigorigène de type
HCFC, sera interdit dans
les installations neuves dès 2010.
Dans l'existant, les fluides issus
du recyclage ne combleront pas
les besoins. Les remplacements
possibles imposent
une stratégie de choix.
Plusieurs producteurs proposent des fluides de remplacement du R-22. Il faut les
consulter ou leurs distributeurs pour savoir lequel est le plus adapté à votre machine.
outre, les très courants R-134a et R-410A
ne sont pas exploitables :
● le R-134a en raison de sa production
frigorifique volumétrique inférieure de 40 %
à celle du R-22 ;
● le R-410A, pour un motif inverse - sa production frigorifique est 35 % supérieure -,
et aussi parce que la pression à appliquer
dans les circuits est 50 % supérieure de
celle du R-22. Un handicap rédhibitoire au
regard de la réglementation sur les équipements sous pression.
Agir avec méthode
Pour déterminer leurs choix de reconversion des systèmes - reconversion simple
avec nettoyage facultatif, ou lourde avec
changement d'huile et nettoyage impératif
afin d’obtenir un très faible taux résiduel
d'huile -, les opérateurs appliqueront des
critères selon une grille d'analyse qui placera le coefficient de performance de leur
installation au second plan.
Prioritairement, ils rechercheront :
CHAUD ● FROID ● PLOMBERIE ● N°714 - Juillet-Août 2008
1) à limiter les coûts d'opération, que ce
soit en évitant le changement d'huile, qui
nécessite un rinçage, ou les modifications
et le remplacement des composants ;
2) à garder les performances de l'installation d'origine. Le fluide de remplacement doit ainsi avoir une production
frigorifique volumétrique proche de celle
du fluide d'origine.
Selon cette grille d'analyse, une perte de
performance sera acceptable en climatisation individuelle, mais devra être considérée différemment en réfrigération pour
respecter la chaîne du froid.
Ainsi, on recherchera l'usage de fluides :
● à faibles pressions internes, ce qui
contribuera à limiter les fuites ;
● les plus performants, de manière à maintenir un coefficient de performance élevé. Mais
dans tous les cas, on enregistre une baisse
de performances par rapport au R-22 ;
● affichant un GWP (Global warming
potential ou potentiel de réchauffement
global) le plus faible possible ;
* Directeur technique de DEHON CLIMALIFE.
Systèmes R22 : à quels fluides frigorigènes les convertir ?
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Le R 427A convient pour les systèmes
à détente directe, que ce soit en production de froid négatif ou positif, lors d'un
changement d'huile, mais avec un nettoyage facultatif. La charge résiduelle
d'huile peut atteindre 15 % selon les données du producteur de fluides, mais il
faut préférer un résiduel maximal de 2 à
5 % en froid négatif, et de 5 à 7% en
froid positif. Ce fluide se révèle en réalité
être un R-407C auquel a été ajouté un peu
de R-143a pour lui allier les propriétés de
production frigorifique volumétrique et de
consommation énergétique de manière
à ne pas consommer plus qu'avec un
R-22. La nouvelle charge s'effectuera
avec une huile polyolester. Il faut anticiper
une perte de production frigorifique instantanée par une augmentation des temps de
fonctionnement des groupes ou par une
extension des installations pour compenser la perte de puissance.
● L'Isceon 29, toujours pour système à
détente directe et compatible pour le froid
positif et le froid négatif, accepte une huile
d'origine (minérale, alkybenzène, semisynthétique ou polyolester). Il faut, ici aussi,
anticiper une perte de production frigorifique instantanée par une augmentation
des temps de fonctionnement ou par
extension d'installation. Cette solution
convient pour les installations avec des
réseaux courts. Sinon, il faut opter pour un
changement d'huile. Et, par expérience, il
est conseillé de passer en huile polyolester pour limiter la perte de puissance liée
au mauvais retour d'huile.
●●●
●
Figure 1. Les expériences ne donnent actuellement des informations
que sur les systèmes à détente directe.
à faible échauffement à la compression
pour assurer une bonne lubrification ;
● et respectant la sécurité des personnes, notamment au regard de la toxicité
et de l'inflammabilité.
●
Reconversions :
cinq fluides possibles
De fait, le choix de fluides de substitution
reste limité. Il s'agit des R-404A, R-507,
R-407C, R-422D (Isceon MO) et R-427A
R-22
(Forane FX 100) (voir le tableau ci-contre).
En reconversions simples (voir figure 1),
deux fluides sont proposés par les producteurs : le R-427A, ou Forane FX100
d'ARKEMA, et l'Isceon MO29 ou R-422D
de DU PONT REFRIGERANTS. Cependant, ils sont inadaptés à une reconversion
sur des installations nécessitant une puissance frigorifique instantanée ou une température de soufflage fixe, par exemple en
“process” (voir figures 2, 3 et 4).
R-407C
23 % R-32
25 % R-125
52 % R-134a
R-404A
50% R-143a
50% R-125
R-422D /
Isceon MO 29
65,1 % R-125
31,5 % R-134a
3,4 % R-600a
R-427A /
Forane FX 100
50 %
25 %
15 %
10 %
R-134a
R-125
R-32
R-143a
Composition
Corps pur
Glissement
de température
-
7K
<1K
+5K
+7K
Effet de serre direct
(GWP) en kg CO2/kg
1700
1800
3900
2700
2100
Mise en œuvre
-
Reconversion simple
Reconversion
complexe
Reconversion simple
Reconversion simple
Usage d'huile
polyolester
Possible
Obligatoire
(résiduel < 3 %)
Obligatoire
(résiduel < 3 %)
Conseillé
(si circuit complexe,
résiduel 5 %)
Obligatoire
(résiduel 15 %
Si circuit complexe
et T °C 2 à 7 %)
P à 20 %
5%
COP Ì
Puissance frigo. =
Consommations Ê
COP Ì
P. frigo. 12 à 20 %
Consommations Ì
COP Ì
P. frigo. 5 à 10 %
Consommations =
+ 86 °C
+ 72,1 °C
+ 79,6 °C
+ 86,8 °C
Recharge possible
Recharge possible
5 à 15 %
Recharge possible
5 à 15 %
Recharge possible
Pression HP
Pression BP
Performances suivant
régime et applications
COP Æ
Puissance frigo. Æ
Consommations Æ
Température critique
+ 96 °C
Charge en liquide
et en poids
-
Equivalentes
Equivalentes
COP Ì
P. frigo. 5 à 10 %
Consommations Ê
Ì
-
Tableau 1. Les HFC comparés au R-22. Pour choisir le type de reconversion des systèmes, les opérateurs privilégieront le coût
de l'intervention. Le coefficient de performance de leur installation passe au second plan (source : DEHON).
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Comparatif avec le R-22 : COP Compresseur piston
COP Compresseur scroll
COP Compresseur à vis
Figure 2. COP : les tests effectués avec les différents fluides montrent une baisse de performance d'environ 5 à 15 %,
quelle que soit la technologie de compresseur.
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Puissance frigorifique avec compresseur à piston
Puissance frigorifique avec compresseur scroll
Puissance frigorifique avec compresseur à vis
Figure 3. Puissance frigorifique : les R-407C et R-404A affichent les meilleurs résultats.
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Puissance absorbée avec compresseur à piston
% Puissance absorbée (kW)
Puissance absorbée avec compresseur scroll
- 35
- 30
- 25
- 20
- 15
- 10
-5
0
5
10
Puissance absorbée avec compresseur à vis
Figure 4. Puissance absorbée : à 0 °C, avec le R-404A, on enregistre + 15 % de consommation énergétique.
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Le R-22 et la réglementation
Dans le droit fil de l'abandon des chlorofluorocarbones (CFC) après la protocole de
Montréal en 1987, l'Europe s'est attaquée à partir de 1994 à l'autre famille de fluides frigorigènes contenant du chlore nuisible à la couche d'ozone et générateur d'effet de serre : les hydrochlorofluorocarbones (HCFC). Le règlement CEE 2037/2000
du 19/06/2000 paru au JOCE du 29 septembre 2000 programme la diminution
progressive des quantités utilisées (article 5) : “À partir du 1er janvier 2010, l'utilisation d'hydrochlorofluorocarbones vierges est interdite dans la maintenance et
l'entretien des équipements de réfrigération et de conditionnement d'air existant à
cette date ; l'ensemble des hydrochlorofluorocarbones sont interdits à compter du 1er
janvier 2015.” Ce texte envisage plus loin l'utilisation de fluides de substitution : “Les
solutions de remplacement envisagées devraient avoir des effets sensiblement moins
actifs sur l'environnement que les hydrochlorofluorocarbones”.
Et les HFC ?
On entend beaucoup parler de l'arrêt
des HFC. Il faut arrêter de propager
ces bruits. Une telle décision constituerait une catastrophe. Certes, ils sont
dans le collimateur de l'administration
européenne. Mais si les entreprises font
le nécessaire pour les utiliser correctement et pour mettre en place le confinement des produits, on nous laissera les
utiliser. Il se peut qu'un jour s'applique,
sur des HFC ayant un effet de serre
important, des quotas de production.
Mais, il n'est pas imaginable d'utiliser
du butane ou du propane partout. D'autant qu'il est difficilement imaginable,
dans le cadre du commerce international, de refuser le commerce d'un fluide
tel que le R-410.
Figure 5. Suivant le type d'installation, le
compresseur, la température d'évaporation
et la configuration de l'installation,
la vidange d'huile s'effectuera par
rinçages successifs avec un polyolester.
En reconversion lourde (figure 5), trois
options de fluides sont offertes, dont deux
pour la production de froid négatif par
détente directe ou par évaporateur noyé
- les R-404A ou R-507 -, et une pour le
froid positif par détente directe - le R407C.
Les R-404A et R-507 présentent cependant l'inconvénient, pour une même puissance frigorifique, de délivrer un débit de
volume liquide 1,8 fois supérieur au R-22.
Compte tenu des pertes de charges, les
pertes de performances peuvent atteindre
jusqu'à 25 %. En outre, la reconversion
oblige à un arrêt du process et à des
coûts d'intervention élevés.
Ici, les contraintes sont le changement
d'huile par un polyolester et le nettoyage
des réseaux pour atteindre un résiduel
d'huile inférieur à 1 % en basse température ou inférieur à 3-4 % à haute température. Nous conseillons pour cela des
remplacements d'huile successifs (généralement, 3). Les huiles ester ont la faculté
d'être miscibles avec le R-22 et permettent ainsi, par passages successifs, de
nettoyer les circuits. Il est aussi possible
d'employer un solvant pour le nettoyage
des circuits (Nettogaz GC1 ou Facilisolv).
Avec les R-404A ou R-507, s'ajoutent des
modifications techniques plus importantes. Exemples :
● les détendeurs devront être remplacés
pour compenser la différence de pression de fonctionnement ;
● les joints des électrovannes seront changés ;
● les lignes “liquide” ainsi que les condenseurs seront redimensionnés pour assurer les bonnes performances.
De manière générale, ces solutions restent
intéressantes dans le cas où les installations existantes ne peuvent accepter une
diminution de performance. Globalement,
70 % des reconversions sont réalisables
sans difficultés majeures, les 30 % restants demandant des études de faisabilité poussées comme les évaporateurs
noyés (ex : patinoire).
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