LES CLES DU DIMENSIONNEMENT
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Fluides frigorigènes > Les mélanges de HFO et de HFC
Les changements de fluides frigorigènes, passage des CFC aux HFC ou HCFC, puis passage des HCFC (principalement le HCFC-22), aux HFC ont amené à une offre de mélanges de transition qui, par définition, ne vivent qu’un temps limité, celui de la prolongation de la vie d’installations dont l’amortissement justifiait l’opération de retrofit.
Le passage de fluides à fort GWP vers des fluides à bas GWP se fait dans un contexte réglementaire incertain, personne ne définissant ce qui sera fort et ce qui sera faible sur le long terme, les très nombreux fluides candidats au remplacement du R-410A, du R-404A et du HCFC-22, sont présentés successivement par rapport aux fluides qu’ils remplacent.
Note : Il existe des fluides de remplacement intermédiaire pour le HFC-134a que nous ne présentons pas étant donné que le R-1234yf d’une part et le R-1234ze d’autre part sont des candidats bien établis au remplacement du HFC-134a et que leur GWP respectifs de 4 et de 6 font que les autres candidats apparaissent comme de court terme.
Candidats au remplacement du R-410A
Les données de puissances volumétriques et de COP sont basées sur AHRI Test report n°1, mesurées sur un groupe refroidisseur d’eau volumétrique air/eau ; les calculs de TC et TNe sont effectués à partir de Refprop 9.0, les calculs de GWP à partir des données OMN 2010.
Dénomination commerciale | Composants et compositions | GWP | Tcritique et Tnormale d’ébullition (glissement) | Puissance volumétrique relative au R-410A | COP relatif au COP R-410A |
---|---|---|---|---|---|
R-410A | (R32/125) 50 /50 |
2100 | Tcritique = 71,4 °C Tnormale d’ébullition = -51,4 °C |
1 | 1 |
ARM-32 | HFC-32/125/134a/1234yf 25/30/25/20 |
1579 | Tcritique = 83,3 °C Tnormale d’ébullition= -42 °C (-39/-45 °C) |
1.08 | 0,98 |
ARM-70 | HFC-32/134a/1234yf 50/10/40 |
497 | Tcritique = 86,9 °C Tnormale d’ébullition= -43,5 °C (-41/-46 °C) |
0,89 | 1,07 |
DR-5 | HFC-32/1234yf 72,5/27,5 |
524 | Tcritique = 83,2 °C Tnormale d’ébullition = -47,5 °C (-45,6/ -49,4 °C) |
1,02 | 1,04 |
L-41a | HFC-32/1234yf/1234ze 73/15/12 |
524 | Tcritique = 81,8 °C Tnormale d’ébullition = -48°C (-46,2/-49,8 °C) |
0,98 | 1,03 |
L-41b | HFC-32/1234ze 73/27 |
524 | Tcritique = 80,5 °C Tnormale d’ébullition= -48,2°C (-46,5/-50 °C) |
0.96 | 1,04 |
HFC-32 | 716 | Tcritique = 86,9 °C Tnormale d’ébullition = -51,7 °C |
1,12 | 0,98 | |
Tableau 4.6 Caractéristiques de fluides candidats au remplacement du R-410A |
- l’objectif est de remplacer le R-125 dont le GWP est de 3420
- tous les candidats contiennent du HFC-32, qui est indispensable à l’obtention d’une puissance volumétrique identique ou proche
- le mélange ARM-32 est un mélange de transition dont le GWP est supérieur à celui du HFC-134a
- le GWP des mélanges de remplacement se situe autour de 500,
- l’obtention d’une puissance volumétrique presque identique implique que la composition en HFC-32 soit d’au moins 70 %
- le HFC-32 amène une puissance volumétrique supérieure de 12 % comparativement au R-410A
- tous les mélanges présentent un glissement de température au changement de phase qui varie de 4 à 6 °C.
Note sur les mélanges à glissement de température
Les fluides purs ou les mélanges azéotropes (série 500) se condensent ou s’évaporent à pression ET température constantes, les mélanges de la série 400 se condensent ou s’évaporent à pression constante ET température glissante, c’est-à-dire que la température de saturation liquide est inférieure à la température de saturation vapeur pour la même pression. Le R-410A est un proche azéotrope dont le glissement de température est de l’ordre de 0,1 °C alors que les mélanges candidats à son remplacement présentent des glissements de températures de plusieurs degrés Celsius. Le glissement de température peut avoir des avantages et des inconvénients. Dans les avantages : minimisation de l’écart de températures avec un fluide extérieur qui varie fortement de température entre l’entrée et la sortie de l’échangeur. Inconvénients : givrage plus précoce, difficulté de réglage de la surchauffe surtout lors d’un remplacement de fluide « drop-in ». Le glissement de température indique aussi, qu’en cas de fuite, le composant le plus volatil du mélange va s’échapper de manière préférentielle et que la formulation du mélange va changer.
Candidats au remplacement du R-404A
Les données de COP et de puissance volumétrique sont basées sur le rapport « AHRI Test report n°9 » sur groupe frigorifique d’un groupe frigorifique autonome de camion. Les calculs de TC et TNe sont effectués à partir de Refprop 9.0, les calculs de GWP à partir des données OMN 2010.
Dénomination commerciale | Composants et compositions | GWP | Tcritique et Tnormale d’ébullition (glissement) | Puissance volumétrique relative au R-410A | COP relatif au COP R-410A |
---|---|---|---|---|---|
R-404A | (R-125/143a/1340) 44 /52/4 |
3700 | Tcritique = 72 °C Tnormale d’ébullition = -46,2 °C |
1 | 1 |
ARM-30a | HFC-32/1234yf 29/71 |
210 | Tcritique = 90,2 °C Tnormale d’ébullition= -39 °C (-36,7/-41,4 °C) |
0,81 | 0,89 |
DR-7 | HFC-32/1234yf 36/64 |
259 | Tcritique = 89,2 °C Tnormale d’ébullition= -40,7 °C (-38,2/-43,2 °C) |
1,02 | 1,07 |
L-40 | HFC-32/152a/1234yf/1234ze 40/10/20/30 |
302 | Tcritique = 89,9 °C Tnormale d’ébullition = -40,8 °C (-37/-44,6 °C) |
0,83 | 0,86 |
Tableau 4.7 Candidats au remplacement du R-404A |
- tous les candidats contiennent du HFC-32 et du R-1234yf
- le GWP des mélanges de remplacement du R-404A se situe entre 200 et 300
- les températures critiques sont plus élevées et permettent aussi de remplacer le HCFC-22 en froid commercial
- tous les mélanges présentent un glissement de température au changement de phase qui varie de 4 à 7 °C, ce qui empêche ces fluides d’être utilisés dans les systèmes à recirculation par pompe et plus généralement dans les évaporateurs noyés, car ces mélanges vont alors distiller et les compositions changer en fonction de la durée de fonctionnement
- le DR-7 est formulé pour les plus basses températures d’évaporation et son COP est supérieur à celui du R-404A
- le L-40 et l’ARM-30a manquent de puissance frigorifique volumétrique à (-20 %) à basse température d’évaporation et haute température de condensation
- les écarts très sensibles de performances (COP et puissance frigorifique) entre l’ARM-30a et le DR7 paraissent surprenants en constatant que les composants sont identiques et les compositions très proches.
Candidats au remplacement du HCFC-22
Les données de COP et de puissance volumétrique sont basées sur le rapport « AHRI Test report n°6» sur un chiller volumétrique air/eau. Les calculs de TC et TNe sont effectués à partir de Refprop 9.0, les calculs de GWP à partir des données OMN 2010.
Dénomination commerciale | Composants et compositions | GWP | Tcritique et Tnormale d’ébullition (glissement) | Puissance volumétrique relative au R-410A | COP relatif au COP R-410A |
---|---|---|---|---|---|
HCFC-22 | 1790 | Tcritique = 96,1 °C Tnormale d’ébullition = -40,8 °C |
1 | 1 | |
ARM-32a | HFC-32/125/134a/1234yf 25/30/25/20 |
1548 | Tcritique = 83,3 °C Tnormale d’ébullition= -42,3 °C (-39,3/-45,3 °C) |
1,06 | 0,93 |
DR-7 | HFC-32/1234yf 36/64 |
259 | Tcritique = 89,2 °C Tnormale d’ébullition= -40,7 °C (-38,2/-43,2 °C) |
1,1 | 0,93 |
L-20 | R32/152a/1234yf/1234ze 40/10/20/30 |
302 | Tcritique = 89,9 °C Tnormale d’ébullition = -40,8 °C (-37/-44,6 °C) |
1 | 0,98 |
LTR4X | HFC-32/125/134a/1234ze 28/25/16/31 |
1276 | Tcritique = 83,2 °C Tnormale d’ébullition = -42,2°C (-38,4/-46,1°C) |
1 | 0,95 |
LTR6A | HFC-32/744/1234ze 30/7/63 |
219 | Tcritique = 87,9 °C Tnormale d’ébullition = -45,6 °C (-35/-56,2 °C) |
1,01 | 0,98 |
D52Y | HFC-32/125/1234yf 15/25/60 |
965 | Tcritique = 85,7 °C Tnormale d’ébullition = -39,6 °C (-37,2/-42 °C) |
0,95 | 0,93 |
Tableau 4.8 Candidats au remplacement du HCFC-22 |
- tous les candidats contiennent du HFC-32 et du R-1234yf ou du R-1234ze
- le GWP des mélanges ARM-32a, LTR-4X et D52Y ont des valeurs trop élevées pour être des candidats de long terme
- le DR-7 est proposé aussi bien pour remplacer le HCFC-22 que le R-404A
- les COP de performances demandent à être améliorés
- tous les mélanges présentent un glissement de température au changement de phase qui varie de 5 à 7 °C et même 21 °C pour LTR-6A compte tenu de la présence de 7 % de CO2
- le DR-7 est formulé pour les plus basses températures d’évaporation et son COP est nettement supérieur à celui du R-404A