Les « HFO » entrent en scène dans les systèmes de réfrigération et de climatisation


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Interview de Dr Nacer Achaichia, Refrigerants Technical Leader EMEAI, chez Honeywell, producteur mondial de produits fluorés.
Mr. Achaichia, nos clients s'interrogent sur l'avenir des fluides frigorigènes et leur utilisation. Aujourd'hui, de nouveaux produits sont présentés sur le marché de la climatisation et de la réfrigération et de nombreux débats souvent contradictoires ne leur permettent pas d'avoir une vision claire sur le futur. Entre les hydrocarbures, les fluides dits naturels, les HFO et les autres substituts, pouvez-vous nous faire un état des lieux et nous présenter les solutions de demain ?

N. A. : Le développement des réfrigérants dits synthétiques a été possible parce que les fluides frigorigènes dits naturels étaient dangereux, inefficaces et coûteux à l'utilisation. La renaissance de ces fluides dit naturels est basée sur leur faible GWP. Aujourd'hui, la nouvelle génération de HFO possède non seulement des caractéristiques de performance et de sécurité similaires aux HFC, mais surtout de bonnes propriétés environnementales caractérisées par un faible GWP. Plusieurs conditions doivent être satisfaites pour faire le bon choix d'un réfrigérant. Il n'existe pas une solution unique pour toutes les applications, c'est pour cela qu'il y a une large gamme de fluides frigorigènes pour répondre aux différents besoins. Il peut exister une place pour les fluides naturels, on voit par exemple l'utilisation des hydrocarbures dans la réfrigération domestique, là où la charge du réfrigérant est faible et autorisée par les normes de sécurité. Le CO2 par exemple a de bonnes qualités pour les applications basses températures, et on voit son utilisation dans la réfrigération commerciale négative, surtout dans les pays nordiques. Pour aller au-delà des limitations techniques du CO2 à haute température ambiante, des systèmes hybrides CO2/HFC ont été développés. Cette solution existera aussi dans l'avenir avec des systèmes CO2/HFO pour réduire l'empreinte carbone. Pour la grande majorité des applications, les fluides HFO seront le choix de demain. Dès à présent, nous avons déjà des mélanges HFO pour remplacer la plupart des fluides existants.

Plus précisément, quelles sont les principales caractéristiques des hydro-fluoro-oléfines (HFO) ? Pourquoi préconisez-vous cette alternative ?


N. A. : Les HFO (Hydrofluoro-Olefines) correspondent à une classe de molécules, non-saturées, contenant au moins une liaison double Car one-Carbone. Ces molécules sont très réactives dans l'atmosphère, et par conséquence ont une durée de vie relativement courte. Cette courte durée de vie contribue partiellement au faible GWP de ces nouveaux fluides.
Les HFO présentent d'excellentes propriétés environnementales, susceptibles d'avoir à long terme un impact favorable sur le changement climatique et répondent aux législations en vigueur et à venir grâce à leurs faibles GWP et à leurs efficacités énergétiques. La plupart des HFO ont des conditions opératoires similaires à celles des HFC. Les bonnes pratiques développées au fil des ans par les ingénieurs ne sont pas alors perdues et les équipements existants peuvent encore être utilisés avec peu ou aucune modification.

 

Les réfrigérants Solstice à faible GWP de Honeywell

 

HFO Solstice, pour utilisation à basse ou moyenne pression

 

Ces nouvelles molécules sont-elles toxiques ?

N.A. : Honeywell prend la sécurité très au sérieux. Ces nouvelles molécules sont soumises à des tests de toxicité approfondis. L'objectif des tests de toxicité est d'évaluer les dangers potentiels d'un composé et déterminer les niveaux d'exposition acceptables qui n'auront pas d'incidences défavorables, durables ou irréversibles sur l'être humain et l'environnement.

Il existe des normes de l'industrie qui traitent de la sécurité comme la norme ISO 5149 et la norme EN 378. Les fluides frigorigènes sont divisés en deux classes de toxicité. Classe A pour les réfrigérants à faible toxicité et classe B pour une toxicité plus élevée. Les deux principales molécules HFO 1234yf et HFO 1234ze sont toutes les deux de classe A, et les mélanges contenant ces molécules seront également classe A.

 

De nombreuses questions se posent sur l'inflammabilité de ces nouveaux produits ? Qu'en est-il ?

N.A. : Pour information, l'ammoniac s'enflamme entre 100 et 300 mJ, et l'énergie minimale d'inflammation des hydrocarbures est inferieure à 1mJ, ce qui fait que ces produits sont classés inflammables.
Pour les deux premières molécules HFO disponibles, les caractéristiques d'inflammabilité ont été mesurées. On constate que le HFO-1234ze (E) est totalement ininflammable à des températures ambiantes inferieures à 30oC. L'énergie minimum d'inflammation du HFO-1234yf est comprise entre 5000 et 10000mJ, ce qui est nettement plus élevé que pour le R-32, qui s'enflamme entre 30 et 100 mJ. De ce fait, la classification de sécurité des fluides frigorigènes selon la norme ASHRAE 34 et la norme ISO 817, a été modifiée pour prendre en compte la légère inflammabilité des nouveaux fluides. Une nouvelle classe 2L a donc été créée, pour les fluides ayant une faible inflammabilité et une vitesse de combustion inferieure à 10cm/s. C'est le cas du HFO 1234yf qui avec une flamme très instable d'une vitesse de 1,5 cm/s a été validé par l'industrie automobile pour remplacer le R-134a.


Les frigoristes seront-ils obligés de modifier les systèmes existants pour utiliser ces nouvelles molécules ?


N.A.
: Contrairement au CO2, les HFO sont mis au point pour correspondre aux caractéristiques actuelles des fluides frigorigènes HFC. Nous avons identifié des alternatives pour chaque fluide HFC. Ils peuvent être utilisés dans les équipements existants avec peu ou pas de modification.

 

Pour convertir les installations aux HFC vers les fluides HFO, l'investissement sera-t-il important ?

N.A.
: Comme je disais, ces nouveaux fluides ont été conçus pour être utilisés dans les installations existantes avec peu ou pas de modifications. Cela implique un coût d'investissement minime.

 

Concrètement, quelles sont les molécules disponibles aujourd'hui et pour quelles applications de réfrigération et de climatisation ?

N.A.
: Actuellement, 3 nouveaux fluides purs et plusieurs mélanges à partir de ces molécules sont disponibles.
SolsticeTM yf avec ses caractéristiques similaires à celles du R-134a, peut-être utilisé dans les applications R-134a actuelles, en tenant compte bien entendue de sa classification A2L. Il est aujourd'hui principalement utilisé dans la climatisation automobile. Le Solstice™ ze est aussi un HFO pour remplacer le R-134a, avec une production frigorifique instantanée inférieure mais une meilleure efficacité. Plusieurs chillers ont adopté ce nouvel HFO Solstice™ ze. Et même le compresseur Turbocor a été validé pour fonctionner avec ce fluide.

Et pour les autres applications, quand les HFO seront-ils disponibles sur le marché ?

N. A.
: Solstice™ yf et Solstice™ ze sont disponibles. Le Solstice™ yf est disponible en quantité limitée pour l'industrie automobile, à l'inverse du Solstice™ ze disponible sans restriction. Les différents mélanges à base d'HFO sont en développement mais déjà disponibles pour les partenaires souhaitant réaliser des tests. Aujourd'hui, nous sommes en effet en phase d'évaluation de ces mélanges avec plusieurs OEM, aussi bien sur des applications de réfrigération et de climatisation. Ces mélanges seront disponibles en 2013.

Enfin, quels sont les retours d'expérience de l'utilisation de ces nouvelles molécules ?

N.A
. : Les retours d'expérience de Solstice™ ze dans l'application chiller sont très positives. En effet, les mesures ont montrés un meilleur COP comparé au R-134a. Plusieurs technologies de compresseurs ont été validées avec ce fluide. Le centrifuge Turbocor de chez Danfoss est aussi disponible pour ces applications. La tendance est claire : les futures chiller seront chargés au 1234ze.

 

Les mélanges réfrigérants Solstice™ à faible GWP de Honeywell

Mélange HFO Solstice pour utilisation à moyenne ou haute pression