L’approche multidisciplinaire qui caractérise MECOBAT nous amène souvent à nous confronter avec la transversalité des impacts des principes technologiques et des choix constructifs en général appliqués sur nos différents projets.

C’est le cas également pour les équipements techniques et pour les vecteurs énergétiques pour lesquels les analyses, essais et épreuves permettent de réaliser des études de plus en plus précises sur leur impact énergétique, environnemental ainsi que sur les aspects liés à la sécurité incendie et aux interfaces avec les autres ouvrages techniques.

D’où l’idée de rédiger ce descriptif, forcément non exhaustif, de présentation du sujet et de l’évolution des normes qui régissent l’encadrement réglementaire correspondant.

Qu’est ce qu’un fluide frigorigène ?

Un fluide frigorigène est un fluide ou un mélange de fluides aux propriétés physiques permettant d’utiliser un cycle de compression / détente pour transférer la chaleur. Les fluides frigorigènes sont utilisés dans des systèmes de réfrigération (réfrigérateurs, congélateurs, climatiseurs, etc.) et de chauffage (Pompe à chaleur).
Les fluides frigorigènes peuvent être classés en 3 grandes familles :

  • les fluides organiques purs : eau, ammoniac, CO2…
  • les hydrocarbures : butane, isobutane, propane, propylène…
  • les hydrocarbures halogénés: chlorofluorocarbures (CFC), hydrofluorocarbures (HFC) et hydrochlorofluorocarbures (HCFC) et les perfluorocarbures (PFC)

Critères de sélection d’un fluide frigorigène

Le choix du fluide frigorigène se fait selon plusieurs critères :

  • Réglementation en vigueur (F-Gaz)
  • Utilisation : Climatisation, rafraichissement, froid industriel…
  • Critères thermodynamiques : COP élevé, température critique élevée, pression adaptée aux conditions d’utilisation.
  • Critères environnementaux : GWP (Potentiel de réchauffement global)
  • Critères de sécurité : Toxicité, Inflammabilité
  • Critères économique : viable dans le temps, rapport efficacité/prix

La réglementation

La réglementation européenne, F-Gaz, sur les fluides frigorigènes implique de nombreux changements dans l’utilisation des réfrigérants. 
L’industrie de la réfrigération et de la climatisation et en conséquence également la filière de la construction, se voient obligé d’adapter leurs habitudes afin de réduire leur impact environnemental.

Figure 1- Evolution des normes depuis le protocole de Montréal

F-gas a formulé des réglementations concernant la récupération, l’utilisation et la destruction des gaz fluorés. Elle impose un calendrier de réduction progressive des émissions de gaz à effet de serre d’ici 2030. Ce calendrier a été mis en place en fonction du potentiel de réchauffement global des fluides (PRG ou GWP en anglais).

Le GWP est un indicateur de la nocivité des gaz par rapport à l’effet de serre et pour un temps donné, le fluide de référence est le CO2 dont le GWP est de 1.
Par exemple, 1 kg de R404A, mélange HFC, a un potentiel de réchauffement climatique équivalant à 3922 kg de CO2. A tire comparatif en simplifiant au maximum cela équivaut à faire 43 fois Paris-Marseille en voiture.

Selon ce critère un impact largement inférieur est celui représenté par le GWP du propane, le R290, équivalent à 3kgCO2 équivalent qui intègre par contre un classement de sécurité A3 (Hautement inflammable), soit 3 classes plus « dangereux » du R404A, classé A1 (non inflammable).

Toxicité et inflammabilité 

Une ultérieure classification des fluides frigorigènes est faite en fonction de leur toxicité et inflammabilité.

Toxicité – Inflammabilité. Classification ASHRAE Standard 34 34

Figure 3- Classification Toxicité – Inflammabilité des fluides
ClassesCaractéristiques
Classe
A
Toxicité faible < de 400 ppm. (exposition de plus de 30 min ou plus peut amener vers de grave danger pour la santé)
Classe
B
Toxicité forte > 400 ppm. (mortel sur la durée)
Classe
1
Le fluide frigorigène ne permet pas une propagation de la flamme dans de l’air à 21 °C et 101 kPa.
Classe
2
Le fluide frigorigène a une limite inférieure d’inflammabilité supérieure à 0,10 kg/m3 à 21 °C et 101 kPa et une chaleur de combustion inférieure à 19 kJ/kg.
Classe
2L
Même caractéristiques que la classe 2 mais le fluide frigorigène a une vitesse de propagation supérieur (< 0,1 m/s).
Classe
3
Le fluide frigorigène est hautement inflammable avec une limite inférieure d’inflammabilité inférieure ou égale à 0,10 kg/m3 à 21 °C et 101 kPa ou une chaleur de combustion supérieure ou égale à 19 kJ/kg.

Evolution règlementaire et sélection des fluides frigorigènes

A suivre des tableaux montrant l’évolution d’interdiction d’usage de certains fluides en fonction du GWP, ainsi que le classement de ceux que nous pourrons continuer à utiliser à partir de 2030, en fonction de composition, GWP et typologie d’utilisation.

Aujourd’hui les fluides ayant un GWP> 2500 sont interdits, en 2025 les fluides ayant un GWP > 1500 seront interdits et en 2030 le GWP des fluides utilisés ne devra pas dépasser un GWP de 150.

Calendrier d’interdiction d’usage de certains fluides

1er janvier 2020
GWP > 2500
1er janvier 2025
GWP > 1500
1er janvier 2030
GWP > 150
R 404AR 407R 32
R 422R 407CR 134A
R 422AR 407FR 448A
R 507R 410AR 449A
R 422DR 452AR 450A
R 513
Figure 2- Evolution d’interdiction d’usage de fluides par période de temps
Fluides frigorigènesCompositionGWPClassificationUtilisation
R 454CHydrofluorooléfine 150A2LFroid (+ et -)…
R 455ADifluoromethane146A2LFroid (- et +), PAC…
R 152ADifluoroethane124A2Climatisation automobile, aérosol…
1234ZEHFO 1234ZE7A2LClimatisation, PAC…
1234YFHFO-1234yf4A2LClimatisation, PAC…
R 290Propane3A3Froid (+ et -), PAC, split système…
R 744Dioxyde de Carbonne1A1Agroalimentaire, froid (-), PAC…
R 717Ammoniac0B2Production d’eau glacé, chambre climatique, PAC …
R 718Eau0Froid (+)

Possibles pistes de développement

Entre les possibles pistes d’évolution technique sur les fluides frigorigènes, on remarque les premières applications sur chillers et PAC, y compris à haute température, des fluides 1234 ZE et YF, gaz fluorés de la famille des hydrofluoro-olefines (HFO) à GWP tendant à 0.

Bibliographie

https://www.hvac-intelligence.fr/reglementation-fluides-frigorigenes/
Fluides frigorigènes dans le bâtiment. Vers un remplacement de l’ensemble des installations ?
(clever-energies.com)

Auteurs

Marco NICO & Maxime VIANA
(MECOBAT)

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