Mélanges de frigorigènes à faible PRP pour le conditionnement d’air domestique

Selon une Note d'Information de l'IIF, les secteurs du froid et du conditionnement d’air sont responsables d’environ 7,8 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre.^[1] Cette contribution se présente sous la forme d’un effet direct, lié aux émissions de frigorigènes des systèmes frigorifiques (37 %), et d’un effet indirect, lié aux émissions de CO₂ des centrales électriques à combustibles fossiles produisant de l’électricité pour alimenter les systèmes frigorifiques (63 %). L’Amendement de Kigali vise à réduire l’effet direct. 

 
Des frigorigènes tels que le R134a, le R1234yf, le R410A ou le R407C sont les alternatives les plus utilisées pour remplacer les CFC et HCFC qui appauvrissent la couche d'ozone, en particulier pour les applications de pompes à chaleur domestiques et automobiles. Toutefois, le potentiel de réchauffement planétaire (PRP) de ces frigorigènes est considérablement élevé. Par exemple, les hydrofluorocarbures (HFC) R410A et R134a ont un ODP nul mais des PRP élevés de 2100 et 1360, respectivement.

Les frigorigènes ayant un faible PRP et la meilleure performance énergétique sont nécessaires pour réduire les contributions directes et indirectes aux problèmes environnementaux. Cependant, la plupart des nouvelles solutions à faible PRP et à ODP nul présentent une ou plusieurs caractéristiques indésirables, telles qu'une plus grande inflammabilité, une plus grande toxicité ou une capacité volumétrique inférieure à celle des frigorigènes HFC largement utilisés.

Dans un récent article de synthèse, des auteurs se sont intéressés aux frigorigènes à ultra-faible et faible PRP offrant des performances système comparables ou supérieures à celles des frigorigènes existants dans le domaine de la climatisation résidentielle.^[2] Selon le rapport RTOC 2014 du PNUE, les valeurs de PRP₁₀₀ sont classées en cinq niveaux, les frigorigènes à faible PRP étant ceux qui ont un PRP₁₀₀ <300. ^[2]

Selon cet article de synthèse, les mélanges de HFC et de HFO (R32/R1234yf, R32/R1234ze et R32/R1123) peuvent être de bons substituts pour remplacer les frigorigènes actuellement utilisés.^[2] De plus, les auteurs ont trouvé que le R744/R32/R1234ze(E) et le R744/R32/R1234yf étaient des mélanges ternaires prometteurs. L'ajout de R744 permet d'améliorer les performances du système, en particulier le débit volumétrique, sans augmenter le PRP. 

L'article énumère les difficultés techniques liées à l'utilisation de frigorigènes à faible PRP et propose des mesures pour les résoudre. Par exemple, les pertes irréversibles ainsi que les chutes de pression dans le condenseur et l'évaporateur augmentent en raison de la capacité volumétrique plus faible des mélanges de frigorigènes. Pour y remédier, les auteurs suggèrent de réduire les pertes irréversibles en choisissant un compresseur de taille appropriée et une huile lubrifiante adéquate. En outre, pour réduire la chute de pression, on peut utiliser des tubes de plus grand diamètre et des dérivations de circuits de frigorigènes dans les échangeurs de chaleur.^[2] 

L'IIF recommande d'adopter une approche holistique pour la sélection des nouveaux frigorigènes, en utilisant des outils tels que la performance climatique sur le cycle 

de vie (LCCP en anglais), qui prend en compte toutes les émissions de gaz à effet de serre, ou, de préférence, l'analyse du cycle de vie (ACV), qui prend en compte l'ensemble de l'équipement pendant toute sa durée de vie.^[1] En outre, il convient de tenir compte des normes de sécurité, de la formation du personnel à la manipulation des frigorigènes inflammables ainsi que de l'accessibilité de la technologie à l'échelle mondiale. 

Sources 

[1] Domanski P., Motta S. Y. Low-GWP Refrigerants: Status and Outlook. 48th Informatory Note on Refrigeration Technologies. http://dx.doi.org/10.18462/iif.NItec48.06.2022  

[2] Uddin K, Saha BB. An Overview of Environment-Friendly Refrigerants for Domestic Air Conditioning Applications. Energies. 2022; 15(21):8082. https://doi.org/10.3390/en15218082