Fluides frigorigènes pour la pompe à chaleur

Fluides frigorigènes pour la pompe à chaleur

Les pompes à chaleur sont un système de chauffage en vogue. Toutefois, des règles strictes s'appliquent au fluide frigorigène qu'ils contiennent. Pour tout savoir sur les lois et les alternatives possibles, c’est ici.

Table des matières :

• Fonction et propriétés du fluide frigorigène
• Le fluide frigorigène de la pompe à chaleur est-il sûr?
• Quels sont les types de fluide frigorigène disponible pour la pompe à chaleur?

Fonction et propriétés du fluide frigorigène

Les pompes à chaleur se sont imposées comme le système de chauffage préféré, en particulier dans les nouveaux bâtiments. En effet, les pompes à chaleur sont un système de chauffage écologique qui consiste en une méthode de production d'énergie thermique particulièrement efficace sur le plan énergétique car elle a de faibles émissions de CO₂. Pour que la chaleur naturelle accumulée dans le sol, les nappes phréatiques et l'air extérieur puisse être utilisée à des fins de chauffage, la pompe à chaleur a besoin d'un fluide frigorigène, utilisé pour le transfert de chaleur.  

Contrairement à l'eau, le système ne doit pas chauffer le réfrigérant à 100 degrés Celsius pour qu'il s'évapore. Ce processus se produit déjà à environ 0 degré Celsius. Il absorbe donc la chaleur à basse température et à basse pression et la restitue ensuite dans l'eau de chauffage à plus haute température et à plus haute pression. L'ensemble du processus se déroule dans un cycle hermétiquement fermé. Au cours de ce processus, le réfrigérant (fluide frigorigène) s'évapore encore et encore, se comprime, se liquéfie et se dilate. Ainsi, il est possible d'utiliser jusqu'à 80% de la chaleur naturelle disponible dans l'environnement pour chauffer la maison.

Quelle est la différence entre le fluide frigorigène et le liquide de refroidissement?

Dans le langage courant, les deux termes sont souvent utilisés sans distinction. Il existe toutefois une différence importante: ni la pompe à chaleur ni le réfrigérateur ne fonctionnent avec un liquide de refroidissement. En effet, dans un processus de réfrigération, le liquide de refroidissement ne peut que transporter l'énergie thermique d'un objet dont l'environnement est plus froid vers un endroit où la température est plus basse. Un fluide frigorigène, en revanche, est capable de transporter de la chaleur même si la température ambiante est supérieure à celle de l'objet à refroidir.

Le fluide frigorigène de la pompe à chaleur est-il sûr?

Il ne faut pas s'en inquiéter. Ce n'est pas pour rien que la pompe à chaleur présente un fort potentiel en tant que système de chauffage durable. Le fluide frigorigène n'est ni toxique ni inflammable. On ne peut pas non plus l'épuiser. Comme il n'est soumis à aucun processus de vieillissement, il n'y a pas non plus de raison de remplacer le fluide frigorigène dans la pompe à chaleur.

Le circuit de la pompe à chaleur dans lequel circule le réfrigérant (fluide frigorigène) est toujours hermétiquement fermé. C'est-à-dire qu'il est impénétrable ou étanche à l'air et à l'eau. Sans dommages manuels intentionnés, les fuites sont impossibles. Afin de garantir l'étanchéité, les pompes à chaleur sont soumises à des procédures de test élaborées au cours de la production.

Quels sont les types de fluide frigorigène disponible pour la pompe à chaleur?

Dans les premières années, il y avait principalement des pompes à chaleur électriques avec les chlorofluorocarbones CFC et HCFC. En raison de leur potentiel élevé de déplétion ozonique (PDO), les CFC ont été interdits. Chacune de ces interdictions était assortie d'une période de transition au cours de laquelle il était permis de continuer à utiliser les réfrigérants, mais pas de les recharger ni de les utiliser dans de nouveaux systèmes. Ainsi, l'interdiction totale des CFC n'a pris effet qu'en 2004 et au 1er janvier 2015 pour les HCFC.

Interdiction mondiale des gaz à effet de serre fluorés

Le nombre de pompes à chaleur et de dispositifs de refroidissement augmentant rapidement, il est donc nécessaire d'utiliser des réfrigérants (comme un fluide frigorigène) à très faible PRG. Compte tenu du réchauffement climatique, les responsables politiques veulent y parvenir par le biais d'exigences légales. La Commission européenne et 24 gouvernements ont signé le protocole de Montréal en septembre 1987, ce qui a permis d'éliminer progressivement la production et l'utilisation des CFC dans le monde entier.  

Le 16 septembre 2009, 197 États signataires ont signé le protocole de Montréal. Par rapport à 1987, le volume de production de ces substances a diminué de 95% à ce jour. En 2016, la communauté internationale a prévu la réduction progressive de l'utilisation mondiale des HFC.

Règlement sur les gaz fluorés

Dans le cadre de l’Accord de Paris, la révision de la loi sur le CO₂ de 2020 doit permettre à la Suisse de concrétiser ses engagements contre le réchauffement climatique. Celle-ci vise une réduction des émissions de gaz à effet de serre de 50% d’ici 2030 par rapport à leur niveau de 1990. Cette révision permettrait également de limiter le réchauffement climatique à 1,5 degré.

Les industriels du secteur des pompes à chaleur sont donc confrontés à un défi de taille en raison de la réglementation sur les gaz à effet de serre fluorés. Mais toutes les alternatives développées jusqu'à présent sont pour la plupart toxiques ou inflammables. Par conséquent, les mesures de sécurité nécessaires rendent ces appareils assez coûteux.

Fluides frigorigènes alternatifs

Les fluides frigorigènes naturels tels que le propane R-290, dont le PRG est de 3, le CO₂ R744, dont le PRG est de 1, ou l'ammoniac R-717, dont le PRG est de 0, ne nécessitent pas autant d'entretien que les gaz fluorés:

• Aujourd'hui, le CO₂ est le choix privilégié pour le refroidissement commercial. En revanche, pour les pompes à chaleur, le CO₂ ne s'avère vraiment efficace que si la différence entre les températures de départ et celles de retour est relativement importante. On retrouve cette situation, notamment, pour la production d'eau chaude.
• L'ammoniac est très efficace, mais toxique. Les exigences en matière de sécurité sont donc élevées. Pour cette raison, il n'est utilisé que dans les grandes usines.
• Le propane (R290), en revanche, a de bonnes chances d'être une alternative pour les systèmes de pompe à chaleur de petite et moyenne taille. Pour les pompes à chaleur dans les maisons très bien isolées et en combinaison avec un système de chauffage à basse température, le gaz a déjà obtenu des résultats convaincants lors de tests. Respectueux de l'environnement et bon marché, le propane permet une efficacité optimale avec des coefficients de performance élevés. Cependant, les règles de sécurité sont élevées. Les choses pourraient bientôt changer. L'Institut Fraunhofer pour les systèmes d'énergie solaire ISE a mis au point une pompe à chaleur au propane qui peut fonctionner à domicile sans précautions supplémentaires. Avec seulement 150 grammes de LC150, nom de travail, on est parvenu à une capacité de chauffage d'environ 8 kilowatts.