Constat sur les gaz frigorigènes.

Constat sur les gaz frigorigènes.
Écrit par Jeff
DOSSIER
Les fluides frigorigènes
Les réfrigérants ou « fluides frigorigènes » utilisés aujourd’hui dans les machines
thermodynamiques sont nombreux. Leur rôle est d’assurer le transfert thermique entre
l’évaporateur et le condenseur.
Ils ont tous des inconvénients et des avantages. Les produits respectant l’environnement vont
contraindre les frigoristes aux techniques de récupération des fluides et doivent s’adapter aux
techniques de changement de fluide.
Mais qu’en est-il exactement ? Je ne pourrais là développer un chapitre pour le moins étendu
mais une conclusion s’impose. Lors de mes interventions concernant les mises en route des installations en aérothermie ou en
géothermie, celles-ci me permettaient un échange d’opinions et de connaissances avec mes
partenaires chauffagistes. Ma présence à leur côté était due au fait qu’un chauffagiste ne
possède pas toujours les capacités, le pack outillage ainsi que l’agrément préfectoral
obligatoire.
Ces échanges, en parfaite collaboration, m’apportèrent une certaine vision de la façon de voir
les choses chez d’autres intervenants et d’en tirer des conclusions.
Avant toute chose, un petit rappel des fluides utilisés dans les pompes à chaleur.
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Avec la disparition des CFC (Chloro Fluoro Carbures) et prochainement des HCFC (Hydro
Chloro Fluoro Carbures) en rapport avec leur action sur la couche d’ozone, divers fluides sans
chlore ont été développés :
- les HFC (Hydro Fluoro Carbures) comme le R 134 a, le R 407 c, le R 410 a, le R 404 a.
- les HC ( Hydro Carbures) comme le propane (R 290) l’isobutane (R 600 a).
- l’ammoniac NH3 (R 717)
- le CO2 (R 744)
- l’eau (R 718)
Autrefois, les gaz les plus souvent utilisés était le R12 (appelé communément « Fréon 12 »,
marque déposée par son inventeur) pour les réfrigérateurs, le R 502 pour les groupes
frigorifiques et le R 22 en climatisation.
Par ailleurs, les CFC ne servaient pas qu’à la climatisation. Plus de 70 % étaient utilisés comme
gaz propulseur dans les aérosols. A cet effet, on a même utilisé le butane et ses conséquences
de brûlures graves.
Aujourd’hui, l’échange du CFC par un mélange HCFC est possible, principalement les R 401
et R 402, R 409 a et R 408 a, sans échange du compresseur.
L’échange du CFC et du HCFC par un mélange HFC (R 413 a) reste possible sans échange du
compresseur.
Dans d’autres cas, il y aura remplacement du compresseur, en cas de renouvellement d’une
installation, avec échange du CFC ou CHFC par un HFC avec lavage de l’installation, soit R
134 a pour R 12, R 404 a et R 507 pour R 502 et R 407 c pour R 22.
Les installations neuves doivent être dorénavant conçues avec des fluides HFC, HC ou naturels
c'est-à-dire :
HFC R 134 a, R 413 a, R 404 a, R 407 c, R 417 a, R 410 a, R 507 ou NH3-R 717, CO2-R 744.
En conclusion, le R 134 a qui remplace le R 12 est un HFC qui autorise des températures
élevées de condensation (70°).
Le R 717 est toxique, le R 404 a, contribue à l’effet de serre, le R 290 est inflammable, le R 407
c proche du R 22 est un mélange zéotrope.
Ceci dit, j’entendais parfois dire « moi, je ne vends que du 410 A, il n’y à rien de mieux ».
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Cela me rappelle les produits de base utilisés en milieu rural dans le bâtiment. Le bricoleur du
coin, lors d’un besoin en matériaux, se dirigera d’une façon naturelle vers le distributeur local et
achètera son produit, produit étant le fruit d’une réflexion propre au revendeur à qui il fut
suggéré par son grossiste ou son fabricant. De ce fait, ce que l’on trouve ici, on ne le retrouve
pas forcément ailleurs.
Dans le cadre de la machine thermodynamique, l’installateur proposera souvent la marque sur
laquelle il a jeté son dévolu et surtout celle proposée par son point de vente et les avantages
qui vont avec.
Pour ce qui est du R 410 a, c’est un très bon gaz, HFC, il commence par un 4, c’est donc un
mélange (gaz zéotrope, R-32+R-125, R pour réfrigérant).
Mais, dans son fonctionnement, qu’en est-il ? Pourquoi dire « je veux du R 410 a » alors
que pour moi il y a contradiction.
Tout dépend de son utilisation et surtout de sa destination. Une pompe à chaleur n’est pas une
clim. Elle n’est pas dimensionnée pareille. Le but de la mise en œuvre du gaz R 410 a sera
dans l’aérothermie, sinon je n’en vois pas l’utilisation en géothermie, surtout en rénovation,
cette dernière étant la bête noire de l’installateur si le client refuse de changer ou d’ajouter des
radiateurs dans le cadre d’un remplacement de chaudière par une pac air/eau classique (hors
haute température).
J’associe donc aérothermie et gaz 410 a. Sur sol chauffant c’est parfait mais en rénovation
sur des radiateurs anciens, on ne s’arrêtera pas là, à un simple remplacement de chaudière.
Peut-être faudra-t-il ajouter des émetteurs de chaleurs. Cela reste bien sûr à préciser sur le
devis ou le « peut-être » n’a pas lieu d’être.
Pour bien comprendre ou je veux en venir et ou le choix du gaz et de la pac sont liés à la
technique et non à une opinion.
Le schéma
ci-dessous éclairera vôtre lanterne.
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On remarquera que, le gaz R 134 a, à une température d’ébullition à moins 26,2°, présentera
une température égale à 72° à 21 bars.
Le gaz R 407 c, à moins 43,4°, présente une température de 55° à 21 bars.
Le gaz R 410 a, à moins 51,5°, présente une température de 36,5° à 21 bars.
Si l’on compare donc les deux extrêmes, le 134 a est parfait sur radiateurs (72°) mais à moins
26 degrés extérieur, ses capacités de chauffe s’effondrent.
A contrario, le R 410 a, à moins 26° travaille encore, mais, apporte moitié moins de calories à
la même pression. Qu’apporte-t-il donc aux radiateurs ?
Le constat révèle qu’une pac traditionnelle basse température soit 55° sortie compresseur
apporte 48° à l’entrée des radiateurs. Elle givre à +2° et l’appoint s’enclenche quelques degrés
en dessous de zéro.
En géothermie, aucun problème, sur captage plan comme en forage. Le chauffage fonctionne
sans appoint, quelle que soit la température extérieure et à la température que vous voulez
pour votre confort.
Dans notre région, l’aérothermie n’a pas toujours sa place du fait de nos basses températures
hivernales perturbant d’une façon certaine le pouvoir de chauffe en rapport avec la température
d’évaporation des gaz et diminuant leurs capacités.
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C'est aussi pour cette raison que l'on conçoit des pacs fonctionnant sous 2 gaz différents. et 2
compresseurs. L'un avec du R410a et l'autre en R134 a (rien à voir avec les fabrications dites
"en tandem").
Je me souviens, il y a d’ici quelques années, un chauffagiste tenait séance à un client afin de lui
céder une pac air/eau dans un petit village sur la route de Saint-Pierre (Jura).
Nous arrivâmes presque en même temps auprès du client. Après les arguments de vente fait
par le chauffagiste que je ne connaissais pas mais qui semblait connaître son affaire, je pris la
parole mais j’utilisai alors, un tout autre langage, à la stupéfaction des deux interlocuteurs
déconcertés. Le chauffagiste s’avérait être très compétent, mais pas dans le domaine
frigorifique ou quelques lacunes étaient à combler. Ce que nous fîmes lui et moi. Aujourd’hui, le
client en question est pleinement satisfait de son installation de chauffage, mais pas en
aérothermie (en géothermie évidemment).
Pour le lecteur intéressé, un bref aperçu sur les huiles frigorifiques
L’un ne va pas sans l’autre.
La lubrification est un des facteurs principaux du bon fonctionnement d’une pompe à chaleur.
Comme nous l’avons vu précédemment, le R 12 qui est un CFC a été remplacé par le R 134 a
qui est un HFC, pour les nouvelles installations. Afin de garder les anciennes dont certaines
fonctionnent merveilleusement bien, il a été mis au point plusieurs réfrigérants qui sont des
HCFC et considérés comme moyennement performant. Il est recommandé de remplacer l’huile
de lubrification.
Le R 502 (CFC) très utilisé autrefois dans les pompes à chaleur, a été remplacé par le R 404 a
(HFC) aux performances moyennes auquel il est nécessaire de remplacer l’huile. En froid, il y a
eu le R 402 a et le R 408 a, nécessitant également le remplacement de l’huile, mais ce sont des
HCFC. A l’encontre de cela, nous pourrions les remplacer par du R 403 b, pas besoin de
changer l’huile, mais c’est encore un HCFC. Tous ces produits sont des mélanges.
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Nous trouvons actuellement des fluides issus de différents mélanges. Ces fluides n’ont pas la
même densité, il faut donc procéder aux charges uniquement en phase liquide et en cas de
perte d’une partie de la charge suite à une fuite, il faut refaire la charge complète.
Le R 22 (HCFC), remplacé par le R 407 c (HFC) ou le R 410 a (HFC), changement de l’huile
obligatoire. Il existe un remplaçant plus performant, le R 417 a (HFC) ne nécessitant pas le
remplacement de l’huile, mais coûteux.
Le choix d’un lubrifiant est spécifique à un compresseur pour une application donnée. Il existe
plusieurs familles d’huiles conformément aux types de fluides frigorigènes utilisés.
Les minérales naturelles issues de la distillation du pétrole :Les huiles naphténiques et
paraffiniques pour CFC, HCFC, NH3.
Huiles semi-synthétiques, mélange d’huiles minérales et synthétiques pour CFC, HCFC, NH3.
Huiles synthétiques chimiques – alkylbenzènes (AB), pour CFC, HCFC, NH3.
Hydrocarbures : polyalphaoléphines (PAO), pour CFC, HCFC, NH3.
Polyglycols : polyalkylèneglycols (PAG), R 134 a en climatisation automobile, NH3 dans
certains cas.
Les huiles minérales sont des mélanges d’hydrocarbures sans cire spécifiquement sélectionnés
pour leur très bonne fluidité à basse température. Ce sont des produits traditionnels pour la
lubrification des compresseurs frigorifiques. Elles sont adaptées pour l’utilisation avec des
fluides frigorigènes CFC, HCFC et l’ammoniac.
Les huiles synthétiques sont des polymères de monomères chimiques spécifiques tels que les
esters ou les glycols. Les premières huiles synthétiques ont été développées pour les HCFC.
Avec l’arrivée des nouveaux fluides, les HFC, le besoin de nouveaux types d’huiles est apparu,
la raison principale étant la non miscibilité des huiles minérales avec les HFC, ce qui ne
favorise pas le retour d’huile dans les systèmes.
Les huiles alkylbenzènes sont les premières huiles utilisées dans l’industrie de la réfrigération.
Elles ont une excellente stabilité thermique et chimique à basse température. Recommandées
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pour les fluides de type R 22, et mélanges de HCFC, elles sont compatibles avec les huiles
minérales traditionnelles.
Les huiles polyalphaoléfines, ou PAO, ont la même structure que les huiles minérales
traditionnelles. Elles possèdent un points d’écoulement très bas et une excellente stabilité
thermique pouvant fonctionner dans des conditions extrêmes.
Les huile polyalkylèneglycols, (PAG), ont été les premières développées pour l’utilisation des
fluides HFC. Elles sont essentiellement utilisées dans les systèmes de climatisation automobile.
Les huiles polyolesters, ou POE. Moins hygroscopiques que les PAG et beaucoup plus stables
chimiquement en présence d’eau sont des huiles dédiées aux HFC.
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