ALTERNATIVES AUX HFC A FORT GWP DANS LES .commercial, froid industriel, transports frigorifiques

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  • Les pages suivantes sont extraites de ltude

    ALTERNATIVES AUX HFC A FORT GWP DANS LES APPLICATIONS DE REFRIGERATION ET DE

    CLIMATISATION

    Etude finance par lADEME, lAFCE et Uniclima

    RAPPORT FINAL (26 mai 2014) Rdacteurs du rapport : Denis CLODIC et Xueqin PAN EReIE ; Eric DEVIN, Thomas MICHINEAU

    Cemafroid ; Stphanie BARRAULT ARMINES CES

  • Premier extrait : lments relatifs certains fluides disponibles pour les usages

    de froid et leur historique

  • LES FLUIDES FRIGORIGENES DES SYSTEMES A COMPRESSION DE VAPEUR

    1 INTRODUCTION

    La banque de fluides frigorignes (CFC, HCFC, HFC, ammoniac, HC, CO2) est value au niveau

    mondial 3,5 millions de tonnes avec une mission moyenne annuelle de 17 %, soit de lordre de

    600 000 tonnes ce qui donne une mission en quivalent CO2 de 2,5 milliards de tonnes (donnes

    CEP ARMINES et EReIE).

    Ceci correspond au fait que les quipements compression de vapeur regroupe de lordre de 2,7

    milliards dquipements dont 1,5 milliards de rfrigrateurs domestiques.

    Tableau 41 Estimation du parc mondial des quipements

    Secteur Dure de vie Parc mondial estim

    (ans)

    Froid domestique 15 1 500 000 000

    Froid commercial 12 35 000 000

    Units de condensation

    Froid commercial 7 55 000 000

    Machines autonomes

    Froid commercial 10 300 000

    Systmes centraliss

    Systmes industriels (IAA et autres) hors 30 150 000

    groupes refroidisseurs deau (GRE)

    Transport rfrigrs routiers 10 2 000 000

    Containers rfrigrs 10 1 200 000

    Climatisation air / air 10 600 000 000

    Pompe chaleur (y compris chauffeeau) 12 7 000 000

    GRE centrifuges 30 170 000

    GRE volumtriques 20 2 600 000

    Climatisation automobile 10 500 000 000

    Total 2 700 000 000 Selon les secteurs, les changements de fluides frigorignes donnent lieu des renouvellements

    dquipements un peu acclr du fait de larrt de production dune catgorie de molcules. Un

    quipement converti vers un nouveau fluide dont les proprits thermodynamiques et dusage

    (incluant la scurit) sont trs proches de lancien fluide permet de prolonger son fonctionnement

    sur sa dure de vie usuelle.

    2 ORIGINE DU CHOIX DES CFC ET DES HCFC COMME FLUIDES FRIGORIGENES

    Le CFC12 a t invent vers 1930, par Midgey pour remplacer le propane et le SO2 dans les

    rfrigrateurs domestiques pour disposer dun fluide frigorigne ni inflammable, ni toxique. Ce fluide

    a progressivement remplac : le propane, le SO2 et le CO2 dans diffrentes applications frigorifiques.

  • Le HCFC22 a t invent dans les annes 50 pour disposer dune molcule disposant dune capacit

    volumtrique suprieure celle du CFC12 et, en fait, proche de celle de lammoniac. Enfin,

    diffrentes molcules, comme le CFC11, ont t inventes pour dautres usages que les applications

    frigorifiques comme solvants ou comme agents dexpansion des mousses disolation.

    3 DES CHLOROFLUOROCARBONES (CFC) AUX HYDROFLUOROCARBONES (HFC)

    Le trou dozone Ds 1970, la suite des tudes menes par la NOAA aux EtatsUnis pour analyser les ventuelles

    perturbations causes par lavion supersonique Concorde dans la stratosphre, des teneurs en

    CFC11 non ngligeables ont t mises en vidence. A la fin des annes 80, le trou dozone audessus

    de lAntarctique a t dcouvert, dont lanalyse sur une dizaine dannes a montr le rle de

    destruction catalytique de lozone (O3) par loxyde de chlore (ClO) qui provient de la destruction des

    CFC par les UV durs rencontrs ces altitudes (entre 10 et 50 km). Le trou constat la fin de

    lhiver austral est li labsence de soleil pendant de longs mois, qui empche la cration dozone et

    engendre ainsi un manque trs significatif et vrifiable dozone dans cette zone antarctique, qui est

    relativement isole du reste de latmosphre terrestre, du fait du continent antarctique luimme et

    ce, contrairement au ple Nord o il ny a pas de masse terrestre aussi significative.

    Le Protocole de Montral Ces analyses menes progressivement ont donn lieu quelques controverses, mais le consensus

    scientifique et politique sest fait la confrence de Vienne en 1985. Ensuite, le Protocole de

    Montral (1987) a mis en place un calendrier mondial darrt de production et de commercialisation

    des CFC pour le 1er

    janvier 1995 pour les pays dvelopps et 10 ans plus tard pour les pays en

    dveloppement (dit de lArticle 5 du Protocole de Montral). Un calendrier darrt de production et

    de commercialisation des HCFC sest ensuite mis en place avec une date darrt de dcembre 2010

    pour les pays dvelopps, lEurope ayant pris des mesures dinterdiction dusage ds 2000. Ce

    calendrier darrt des HCFC est en cours de mise en uvre pour les pays de larticle 5, avec un

    calendrier darrt complet (sauf maintenance 2,5 %) en 2030.

    La dcision XIX/6, des parties au protocole de septembre 2007, fixe le tableau de rduction suivant

    pour les pays de lArticle 5 pour le niveau de consommation de 2013.

    Tableau 4.2 Calendrier de rduction de la production et de la commercialisation des HCFC

    pour les pays de lArticle 5 Rduction Date

    10 % 31/12/2015

    35 % 31/12/2020

    67,5 % 31/12/2025

    Recharge en maintenance 2,5 % pour 2030 2040

    Pour les principaux CFC (chlorofluorocarbures), le tableau 4.3 donne les domaines dapplication

    historiques de ces fluides.

    Tableau 4.3 Domaines dapplication des CFC

    CFC commercialis Domaine dapplication

    CFC12 Froid domestique, petit froid commercial, transports

    frigorifiques, climatisation automobile, chillers centrifuges CFC11 Chillers centrifuges

    CFC114 Pompes chaleur industrielles, sousmarins

    R502 (HCFC22/115 48,8/51,2) Froid commercial

  • Le tableau 4.4 donne les domaines dapplication pour les principaux HCFC (Hydrochlorofluoro

    carbures). Pour les deux types de molcules, les applications de niche ne sont pas prcises.

    Tableau 4.4 Domaines dapplication des HCFC

    HCFC commercialis Domaine dapplication HCFC22 Climatisation air, chillers volumtriques, froid

    commercial, froid industriel, transports frigorifiques HCFC142b Pompes chaleur industrielles

    A partir de lapplication du Protocole de Montral, les HFC ont remplac aussi bien les CFC que les

    HCFC tout en tant en concurrence avec les hydrocarbures, lammoniac et le CO2. Comme on le sait,

    les HFC sont devenus dominants de 1992 maintenant et leur GWP est la cause des limitations, puis

    des interdictions dusage venir.

    Le tableau 4.5 prcise quels HFC se substituent aux molcules interdites de production. L aussi,

    nous ne rentrons pas dans les dtails des mlanges intermdiaires qui ont remplac les CFC et qui

    contenaient des HCFC.

    Tableau 4.5 Principaux HFC ayant remplacs les CFC et les HCFC

    Molcules interdites par le Protocole HFC de remplacement

    de Montral CFC12 HFC134a

    R502 (HCFC22/115 48,8/51,2) R404A (R125/143a/134a 44/52/4)

    R507A (R125/143a 50/50) HCFC22 R404A (R125/143a/134a 44/52/4)

    R410A (HFC32/125 50/50) R407C (HFC32/125/134a 23/25/52)

    Nous sommes volontairement rests sur les fluides les plus utiliss qui reprsentent 90 % du march,

    ce qui indique que la multiplicit des options proposes un moment donn se simplifiera pour des

    raisons de standardisation associes la production de masse de la plupart des quipements

    frigorifiques et de climatisation. Note : dans la suite de ce chapitre, les fluides frigorignes sont

    prsents sous forme de fiches synthtiques inspires des fiches du rapport TEAP 2013.

    HCFC22 Caractristiques principales ODP : 0,05 GWP : 1790 Tcritique = 96 C Point normal dbullition : 40,8 C Etendue de Le fluide le plus utilis dans le monde aussi bien dans le froid commercialisation commercial, les procds industriels que surtout dans les systmes de climatisation air/air. La banque de ce fluide peut tre estime 1,6 millions de tonnes pour le monde. Efficacit nergtique Lefficacit nergtique de ce fluide a servi de rfrence pour la (avec prise en compte des validation de ses remplaants : le R404A en froid commercial et conditions ambiantes) industriel et les R407C et R410A en climatisation. La puissance frigorifique volumtrique du R407C est identique celle du HCFC22, celle du R404A est 10 % suprieure, celle du R410A, 20 %. Les COP de ses successeurs sont du mme ordre de grandeur que celui du HCFC22. Cots, rentabilit (par Le prix de ce fluide varie selon le pays. En raison de son arrt de rapport une rfrence) production dans les pays dvelopps, son prix en tant que fluide de maintenance peut tre localement lev (de 30 50 /kg) dans les annes qui viennent. En Europe, le HCFC22 sera interdit en maintenance au 1er janvier 2015. Obstacles et restrictions Lobstacle est tout simplement larrt de production programm.

  • HFC134a

    Caractristiques principales GWP : 1370 Tcritique = 101 C

    Point normal dbullition : 26 C Etendue de commercialisation Ce fluide est le HFC le plus utilis du fait de son utilisation massive

    en climatisation automobile. Sa banque en 2012 est value 1,2 millions de tonnes dans le monde.

    Efficacit nergtique (avec Le HFC134a sert de rfrence pour ses remplaants pour les

    prise en compte des diffrentes applications o il a t utilis ou o il est encore utilis

    conditions ambiantes) essentiellement le froid domestique, les groupes refroidisseurs deau ce