FORMATION
Install Magazine 1000 – octobre 2024
Étude sur les mélanges de réfrigérants naturels pour pompes à chaleur
Solutions pour pompes à chaleur à faible charge de réfrigérant
En raison des restrictions de plus en plus sévères sur les gaz fluorés, la recherche d’alternatives bat son plein. En ce qui concerne les pompes à chaleur, les hydrocarbures constituent une solution très prometteuse, grâce à leurs bonnes propriétés thermodynamiques combinées à un faible PRG. Ils possèdent néanmoins l’inconvénient d’être inflammables, ce qui limite leur utilisation dans des bâtiments. C’est pourquoi des recherches sont menées sur les mélanges de réfrigérants naturels. L’objectif consiste à trouver des combinaisons à faible PRG qui fournissent une puissance élevée pour un faible volume de réfrigérant, et ce afin de limiter le risque d’incendie.
Mélanges de réfrigérants naturels
L’équipe de recherche de l’Université Technique du Danemark et du KTH, l’Institut Royal Suédois de Technologie, avec le soutien des fabricants de pompes à chaleur Metro Therm et Nibe, était dirigée par Matteo Caramischi. L’objectif principal consistait à trouver des alternatives au propane. Une des restrictions majeures à l’utilisation des fluides frigorigènes inflammables est en effet la charge maximale de réfrigérant pour les appareils destinés à être installés en intérieur. Celle-ci est fixée par la norme internationale IEC 60335-2-40, 2022 à quatre fois la limite inférieure d’inflammabilité. Pour le propane, celle-ci est de 152 g. Elle limite la puissance maximale qu’un appareil peut fournir pour une installation intérieure.
Le but de l’étude consistait à définir une nouvelle génération de réfrigérants avec les propriétés suivantes :
- Faible PRG et non fluorés
- Pression de fonctionnement conventionnelle (< 40 bar)
- Légèrement inflammables
Les chercheurs ont procédé à une analyse théorique approfondie, en examinant les réfrigérants candidats sous différents angles et en classant les résultats selon différents critères (COP, puissance calorifique spécifique, puissance avec une charge de réfrigérant maximale…). Il n’a pas été tenu compte de l’état de l’art lors de l’évaluation. Les chercheurs ont donc supposé que pour chacun des mélanges, il existait également un compresseur approprié, et qu’il y avait peu de différence de rendement entre ces compresseurs.
Résultats
La conclusion générale fut la suivante: les mélanges de réfrigérants naturels avec une limite inférieure d’inflammabilité et une chaleur latente plus élevées pouvaient générer des performances nettement supérieures. Les mélanges les plus prometteurs furent ceux affichant un taux élevé de diméthyléther (DME), comme le DME-CO2 (0,96-0,04) et le DME-propylène (0,75-0,25). Autre catégorie intéressante : les mélanges à base de propylène, comme le propylène-CO2 (0,96-0,04), le propylène-isobutane ou le propylène-butane. Un léger ajout de CO2 dans les mélanges réduit le risque d’inflammabilité et améliore le coefficient de performance ainsi que la puissance frigorifique spécifique. En comparaison avec le propane, un mélange DME-CO2 permet d’améliorer le COP de 12%. Une installation avec la charge de réfrigérant maximale autorisée pour ce mélange délivre jusqu’à 73% de puissance en plus qu’un appareil au propane. Parmi les mélanges sans DME, c’est le propylène-CO2 qui a obtenu le meilleur score. Les chercheurs conseillent dès lors également de continuer à développer les applications de diméthyléther (R-E170), CO2 (R744) et propylène (R1270).
L’étude complète peut être consultée sur:
Natural refrigerant mixtures in low-charge heat pumps: An analysis of the potential for performance enhancements - ScienceDirect
Par: Alex Baumans