Les fluides purs choisis et leurs performance

Les corps purs choisis pour l’optimisation des mélanges ne contiennent pas d'atome de chlore et sont disponibles sur le marché. Certains sont fortement inflammables, d’autres modérément ou non inflammables. La liste de ces fluides est donnée dans le tableau ci-dessous par ordre croissant de GWP. Les courbes de saturation liquide et vapeur sont dessinées sur un diagramme (TS). Pour faciliter la comparaison, l’entropie est non dimensionnelle et est normalisée à 1.



Symbole	Nom complet	Mm (g/mol)	Tcrit (°C)	Pcrit (kPa)	TD (°C)	PRG (GWP) [100]
R-744	dioxyde de carbone	44,00	30,97	7104,15	-78,40	1
R-290	propane	44,09	96,67	3973,94	-42,09	20
R-1270	propène (propylène)	42,08	92,42	4391,45	-47,69	20
R-152a	1,1-difluoroethane	66,05	113,26	4243,60	-24,02	120
R-32	difluorométhane	52,02	78,10	5508,85	-51,65	550
R-245ca	1,1,2,2,3-pentafluoropropane	134,04	174,42	3651,85	25,13	640
R-236ea	1,1,1,2,3,3-hexafluoropropane	152,03	139,29	3228,83	6,19	1200
R-134a	1,1,1,2-tetrafluoroethane	102,03	101,06	3786,13	-26,07	1300
R-125	pentafluoroéthane	120,02	66,02	3344,55	-48,09	3400
R-227ea	1,1,1,2,3,3,3-heptafluoropropane	170,02	101,65	2652,85	-16,45	3500
Nomenclature, propriétés physiques et pouvoir de réchauffement global des corps purs choisis Mm : masse molaire ; Tcrit : température critique ; Pcrit : pression critique ; TD : température d’ébullition ; PRG (GWP) : pouvoir de réchauffement global

La forme de la courbe de saturation influe fortement sur le choix du fluide frigorigène. Des corps tels que le R-245ca, le R-236ea, et le R227ea peuvent subir des compressions humides au cours de la compression. D’autre part, la perte exérgétique due à la détente isenthalpe s’accroît à cause d’un titre vapeur plus élevé à la sortie du détendeur. Ces limitations sont généralement résolues par l’utilisation d’un échangeur liquide-vapeur qui permet de transférer la chaleur du liquide saturant du condenseur à la vapeur sortant de l’évaporateur.

La figure 2 montre l’évolution de la pression de saturation en fonction du niveau de température et permet la lecture rapide des températures atteignables pour des limitations liées à la pression. Pour une pression maximale de 3 MPa, la température de condensation admissible est de – 5°C pour le CO2 , de 50 °C pour le R-32, 65 °C pour le R-407 etc.

Le coefficient de performance (COP), la température de refoulement, la puissance calorifique volumétrique et le taux de compression sont calculés en fonction des conditions extérieures et de la température de départ liée à la loi d’eau MT :





La PAC air/eau avec la loi d’eau moyenne température (MT) et la loi d’eau haute température (HT) ne peut pas fonctionner avec le R-744 et le R-125 compte tenu de leur faible valeur de température critique.

Le R-32 présentant une puissance calorifique volumétrique élevée ne peut être utilisé seul. La pression au condenseur et la température de refoulement de ce fluide ne sont pas admissibles. Le R-152a est directement identifié pour ses performances élevées, cependant ce fluide est inflammable et sa puissance calorifique volumétrique est relativement faible.

La température d’ébullition (TD) peut être utilisée comme un critère souvent suffisant pour classer les corps purs selon leur puissance calorifique volumétrique. Plus la température d’ébullition est faible, plus la puissance calorifique volumétrique est élevée (cf. tableau et figure 3).

La figure 4 permet d’identifier les conditions extrêmes acceptables liées au taux de compression et à la température de refoulement. A partir de ces limites, le passage à un fonctionnement à deux étages est souhaitable. La température extérieure minimale acceptable est de 2 °C et de -6 °C pour le R-32 et le R-407C respectivement. Les températures limites peuvent être encore plus élevées pour des consignes de départ d’eau elles aussi plus élevées.

Le R-407C, présentant un compromis entre ces différents critères, est mieux placé pour le fonctionnement de la PAC comparativement aux corps purs choisis.