Il n’y a pas d’alternative au R290 pour les pompes à chaleur domestiques
La réduction des émissions de gaz a effet de serre pousse vers les pompes à chaleur. Le règlement européen F-gaz encourage l’adoption massive du R290 dans les pompes à chaleur monobloc extérieures.
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Rappelons le contexte.
Premièrement, un fort développement des pompes à chaleur est organisé en Europe par le plan RePowerEU qui programme une baisse des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES) en Europe d’au moins 55 % d’ici 2030. Ce qui se traduit par un remplacement progressif des chaudières gaz et fioul existantes par des pompes à chaleur et la généralisation des pompes à chaleur en construction neuve.
Deuxièmement, des accords mondiaux, comme l’Amendement de Kigali au Traité de Montréal, et des règlements européens, dont le règlement F-Gaz 2024/573 modifié au printemps 2024, poussent à l’emploi de fluides frigorigènes à bas GWP.
Troisièmement, une partie de ces fluides à bas GWP, les HFO, se dégradent en PFAS, substances particulièrement nocives, et l’Union Européenne pourrait interdire leur emploi dès 2025. Le règlement européen F-Gaz, dans sa version 2024, interdit tout gaz fluoré (HFC) dans les nouveaux systèmes de moins de 12 kW en 2035, puis met fin à la commercialisation des HFC en 2050.
En 2024, à travers tous les salons européens du chauffage et de la thermodynamique, l'adoption du R290 était la constante principale. Le R290 permet notamment d'atteindre des températures de départ d'eau élevées et de conserver la puissance par température d'air extérieure négative. ©
PP
Les hydrocarbures sont des frigorigènes performants, mais inflammables
Dans ce contexte, les fluides frigorigènes naturels, comme les hydrocarbures, dont le R290, le R600, le R600a et le R1270, se généralisent dans les pompes à chaleur domestiques.
Parmi ces quatre fluides, le R290 est considéré comme le mieux adapté aux pompes à chaleur. Leurs propriétés thermodynamiques sont excellentes et, estime l’IIF (l'Institut International du Froid), basé à Paris, dans un rapport publié en novembre 2024, "ils devraient présenter une efficacité énergétique égale, voire supérieure à celle des fluides de synthèse, avec un champ d’application étendu".
Mais voilà, les hydrocarbures sont classés A3 : non-toxiques, mais facilement inflammables. Les normes de sécurité portant sur la conception des appareils chargés en hydrocarbures ont été révisées par la norme IEC 60335-2-40:2022 qui traite de la sécurité :
– des pompes à chaleur électriques,
– des pompes à chaleur pour production d'eau chaude sanitaire,
– des climatiseurs qui comportent des motocompresseurs ainsi que des ventiloconvecteurs hydroniques,
– des déshumidificateurs (avec ou sans motocompresseur),
– des pompes à chaleur thermoélectriques,
– et, enfin, des unités partielles.
En ce qui concerne l’installation de ces pompes à chaleur, deux normes européennes – EN 60335-2 et EN 378 – "présentent un éventail de stratégies d’atténuation du risque d’inflammabilité selon le type de système, l’emplacement de l’installation ou la charge en frigorigène, entre autres", comme le dit l’IIF. Il s’agit notamment de la détection et de la réduction des fuites, de la minimisation des sources d’ignition, de la mise en place d’une circulation de l’air permettant la dispersion des fuites, et de la communication d’informations claires aux utilisateurs et aux opérateurs.
On a compris que le R290 s'imposait, lorsque même les princiapux industriels asiatiques l'adoptent pour leur pompes à chaleur air/eau domestiques. © PP
La part de marché des pac au R290 grandit
Selon l’IIF, la part de marché des pompes à chaleur au R290 atteint déjà 20 % en Allemagne, en ce qui concerne les pompes à chaleur domestiques. Parmi les pompes à chaleur, les solutions air/eau monobloc sont déjà largement passées au R290. Les restrictions d’installation, imposées par la norme EN 378, sont moindres en ce qui concerne les pompes à chaleur monobloc installées à l’extérieur et avec une liaison en eau vers le système de chauffage et de production d’eau chaude sanitaire.
Dans sa 58e note d’information sur les technologies du froid ("Pompes à chaleur domestiques utlisant des hydrocarbures : état actuel et aperçu du marché européen"), l’IFF indique que le R290 est le fluide le plus efficace pour les pompes à chaleur domestiques et que les pac au R290 ne mobilisent pas plus de matière, au contraire, que les pac au R410A ou au R32. Bref, elles ne coûtent pas plus cher.
Des industriels européens, proposent des machines au R290 pour le collectif, l'industriel et même pour les réseaux de chaleur. © PP
La charge de fluide
La note remarque de l’IFF indique que "la réduction de la charge n’a jamais été une priorité dans la conception des PAC domestiques. Au contraire, les systèmes ont souvent été conçus dans le but de pouvoir continuer à fonctionner correctement même en cas de perte importante de quantité de charge à cause de fuite mineure voire substantielle. À l’époque où les effets nocifs de certaines émissions de frigorigènes sur l’environnement étaient inconnus, cette stratégie de conception était rationnelle." L'IIF poursuit : "avec la prise de conscience de ces effets en parallèle de l’utilisation de frigorigènes inflammables, il est impératif de rechercher en priorité à la fois une charge minimale et l’absence de fuites. En ce sens, il est nécessaire de revoir la conception de tous les composants des PAC domestiques afin de diminuer autant que possible la charge en frigorigène sans réduire le niveau d’efficacité." L’IIF conclut qu’il est possible d’atteindre des puissances relativement élevées avec une charge de 1 kg de R290.
De plus, indique l’IIF, "des charges spécifiques très faibles ont été obtenues dans des prototypes élaborés par plusieurs laboratoires. Ces charges sont souvent de l’ordre de 10-15 g de R290/kW dans les unités monobloc pour une puissance adaptée à une maison individuelle. Pour les unités split, les charges rapportées sont plus élevées (puissance frigorifique d’environ 80 g/kW), mais la variété des résultats suggère également qu’une amélioration de ces valeurs est possible."
Tous les composants pour concevoir des pompes à chaleur sont désormais disponibles chez les principaux fabricants mondiaux : Danfoss, Mitsubishi Electric, Saunhua, etc. ©
PP
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