Evaluation générale du fluide frigorigène sans critère d’inflammabilité

Le schéma de sélection et les critères associés sont montrés à la figure ci-après. La puissance calorifique volumétrique et le COP sont classés par référence au R-407C. Chaque sousgroupe (A1-A16) contient donc la liste des fluides vérifiant le chemin de caractérisation correspondant. Le groupe A1, par exemple, est le groupe optimum pour ce schéma de sélection.



Dans cette évaluation ayant pour but d’identifier des candidats susceptibles de remplacer le R-407C, la température de départ d’eau du condenseur de la PAC est fixée à 55 °C et la température d’entrée d’air à l'évaporateur est de 5 °C. Ce choix de température de départ d’eau permet une première évaluation des niveaux de pression au condenseur sans trop influencer la comparaison du COP et de la puissance comparativement au R-407C. L’influence de la loi d’eau sur le classement des mélanges est examinée ultérieurement dans la partie « évaluation restreinte ».



Le nombre des mélanges calculés s’élève à 224 875 correspondant à un nombre de fluides purs choisis de 10 et à un pas de concentration massique de 5 %. Au total, 68,6 % de ces mélanges sont classés et organisés suivant les multiples critères choisis, les 31,4 % restants sont des mélanges correspondant à des conditions supercritiques (9,5 %) ou des mélanges présentant des alertes de divergence par Refprop7 (21,9 %) (essentiellement ceux ayant de fortes concentrations en CO₂).

Parmi les mélanges classés, 74 % présentent des pressions au condenseur inférieures à 3 MPa et 26 % ceux qui présentent des pressions entre 3 et 4 MPa.

La majorité des mélanges classés dans A1 sont constitués de mélanges inflammables. Pour une loi d’eau passant par des niveaux plus élevés de température de départ d’eau de 75°C et plus, le nombre de mélanges vérifiant le chemin du groupe A1 tend vers zéro. Dans ce cas, seulement un nombre très limité des mélanges vérifie le chemin du groupe A9 avec des pressions au condenseur supérieures à 3 MPa et un COP et une puissance calorifique supérieurs à ceux du R-407C.

Les tableaux suivants présentent les listes des mélanges sélectionnés en fonction du niveaux de pression et de leurs performances par comparaison au R-407C.

Mélanges		Composition molaire	COP (% gain R-407C)	Puissance (% gain R-407C)	GWP
R-32 / R-152a / R-236ea / R-245ca	(Max COP)	6,6 / 88,5 / 2,3 / 2,6	(8,60 %)	(-38,26 %)	221
R-32 / R-125 / R-152a / R-227ea	(Max Puissance)	70,1 / 5,1 / 23,0 / 1,8	(3,11 %)	(28,73 %)	875
R-744 / R-1270	(Min GWP)	4,8 / 95,2	(-3,06 %)	(12,82 %)	19
Tableau 1 - Sélection des mélanges pour Pcond < 3 MPa (groupe A1 à A8)

Mélanges		Composition molaire	COP (% gain R-407C)	Puissance (% gain R-407C)	GWP
R-32 / R-125 / R-134a / R-152a	(Max COP)	71,3 / 2,6 / 12,1 / 14,0	(3,14 %)	(28,96 %)	778
R-744 / R-32 / R-125 / R-227ea	(Max Puissance)	7,2 / 79,2 / 7,9 / 5,7	(-4,75 %)	(57,73 %)	1392
R-744 / R-1270	(Min GWP)	14,4 / 85,6	(-9,64 %)	(34,85 %)	17
Tableau 2 - Sélection des mélanges pour 3 < P cond < 4 MPa (groupe A9 à A16)

Mélanges		Composition molaire	COP (% gain R-407C)	Puissance (% gain R-407C)	GWP
R-32 / R-134a /R-152a	(Max COP)	46,6 / 2,9 / 50,5	(5,84 %)	(0,28 %)	351
R-32 / R-125 / R-152a / R-227ea	(Max Puissance)	70,1 / 5,1 / 23,0 / 1,8	(3,11 %)	(28,73 %)	875
R-32 / R-1270 / R-152a	(Min GWP)	4,9 / 55,7 / 39,4	(0,18 %)	(2,96 %)	96
Tableau 3 - Sélection des mélanges appartenant au groupe A1 les plus optimisés en terme de COP, de puissance calorifique et de GWP

Mélanges		Composition molaire	COP (% gain R-407C)	Puissance (% gain R-407C)	GWP
Mélanges de 2 corps purs
R-32 / R-134a	(Max COP)	56,7 / 43,3	(3,13 %)	(10,16 %)	1000
Mélanges de 3 corps purs
R-32 / R-134a / R-152a	(Max COP)	46,6 / 2,9 / 50,5	(5,84 %)	(0,28 %)	351
R-32 / R-290 / R-152a	(Max COP)	44,8 / 6,6 / 48,6	(1,29 %)	(4,79 %)	287
R-32 / R-125 / R-152a	(Max COP)	46,8 / 2,5 / 50,7	(5,38 %)	(2,17 %)	456
R-32 / R-1270 / R-152a	(Max COP)	5,1 / 50,5 / 44,4	(1,68 %)	(1,53 %)	101
R-32 / R-152a / R-227ea	(Max COP)	52,4 / 45,8 / 1,8	(4,89 %)	(4,58 %)	482
R-32 / R-134a / R-236ea	(Max COP)	71,3 / 26,5 / 2,2	(2,97 %)	(24,7 %)	882
Tableau 4 - Sélection de quelques binaires et ternaires optimisés du groupe A1

Le gain de COP le plus élevé est de 8,6 % par comparaison au mélange de référence R-407C. Ce COP correspond à un mélange de 4 corps purs, composé de R-32, R-152a, R-236ea et R-245ca et présentant une diminution de la puissance calorifique de 38,2 % et un GWP de 221 (cf. tableau 1). Un gain maximal de puissance volumétrique de 57,7 % est observé avec le mélange (R-744/R-32/R-125/R-227ea) avec une perte de COP de 4,7 %, un GWP de 1392 et des pressions au condenseur supérieures à 3 MPa (cf. tableau 2).

Pour le chemin le plus optimisé du groupe A1 (cf. tableau 3), le mélange (R-32/R-134a/R-152a) présente la valeur de COP la plus élevée avec une amélioration de 5,8 % et une puissance calorifique proche de celle du R-407C. Pour ce groupe, la valeur de GWP la plus faible est observée avec le mélange inflammable composé de R-32, R-1270 et R-152a. Ce dernier vérifie un gain de puissance calorifique de 3 % et une valeur de COP proche de celle du R-407C.

D'autres mélanges binaires et ternaires composés essentiellement du R-32 et du R-152a et présentant des gains de COP et de puissance calorifique avec des GWP inférieurs à 1000 sont listés dans le tableau 4. Dans ce qui suit, ces mélanges sont examinés dans une étude plus approfondie incluant le critère d’inflammabilité.