Serge FRANÇOIS*

Le R�22, fluide frigorigène de typeHCFC, sera interdit dans

les installations neuves dès 2010.Dans l'existant, les fluides issusdu recyclage ne combleront pasles besoins. Les remplacements

possibles imposentune stratégie de choix.

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omment faire face au problème duretrait du R-22 du marché des flui-des réfrigérants à partir de 2010 ?En industrie, il est possible, si laréglementation le permet, de pas-

ser ces équipements à l'ammoniac ou derefaire l'installation avec une cascade CO2

plus ammoniac. Sous réserve de compa-tibilité technique et de respect de la régle-mentation. Sinon, comment poursuivrel'utilisation des installations encore exploi-tables au-delà de la date butoir ? Lerechargement avec du fluide récupérésemble risqué.En 2006, le stock de R-22 exploité étaitde 25 000 t - soit 25 à 30 % des instal-lations en fonctionnement - ; en 2010,15 000 t seront encore en usage. Entenant compte d'un taux de fuite moyende 10 à 15 %, il faut estimer à 1500-2000 t/an les besoins de fluide pour lamaintenance. Or, les prévisions annuellesde récupération de R-22 ne dépassentpas 300 t. En conséquence, le remplace-ment de ce fluide frigorigène s'avère unedémarche de précaution.L'opération est cependant complexe, et cepour plusieurs raisons. En premier lieu,les choix des mélanges dits “de transi-tion” sont en nombres limités. En second,à la différence des solutions de substitu-tion des CFC, les alternatives au R-22 nesont pas toujours aussi performantes. En

Coutre, les très courants R-134a et R-410Ane sont pas exploitables :● le R-134a en raison de sa productionfrigorifique volumétrique inférieure de 40 %à celle du R-22 ;● le R-410A, pour un motif inverse - sa pro-duction frigorifique est 35 % supérieure -,et aussi parce que la pression à appliquerdans les circuits est 50 % supérieure decelle du R-22. Un handicap rédhibitoire auregard de la réglementation sur les équi-pements sous pression.

Agir avec méthode

Pour déterminer leurs choix de reconver-sion des systèmes - reconversion simpleavec nettoyage facultatif, ou lourde avecchangement d'huile et nettoyage impératifafin d’obtenir un très faible taux résidueld'huile -, les opérateurs appliqueront descritères selon une grille d'analyse qui pla-cera le coefficient de performance de leurinstallation au second plan.Prioritairement, ils rechercheront :

1) à limiter les coûts d'opération, que cesoit en évitant le changement d'huile, quinécessite un rinçage, ou les modificationset le remplacement des composants ;

2) à garder les performances de l'instal-lation d'origine. Le fluide de remplace-ment doit ainsi avoir une productionfrigorifique volumétrique proche de celledu fluide d'origine.Selon cette grille d'analyse, une perte deperformance sera acceptable en climati-sation individuelle, mais devra être consi-dérée différemment en réfrigération pourrespecter la chaîne du froid.Ainsi, on recherchera l'usage de fluides :● à faibles pressions internes, ce quicontribuera à limiter les fuites ;● les plus performants, de manière à mainte-nir un coefficient de performance élevé. Maisdans tous les cas, on enregistre une baissede performances par rapport au R-22 ;● affichant un GWP (Global warmingpotential ou potentiel de réchauffementglobal) le plus faible possible ;

* Directeur technique de DEHON CLIMALIFE.

Systèmes R-22 :à quels fluides frigorigènesles convertir ?

TE HNIQUE

Plusieurs producteurs proposent des fluides de remplacement du R-22. Il faut lesconsulter ou leurs distributeurs pour savoir lequel est le plus adapté à votre machine.

(Doc

DU

PO

NT)

● à faible échauffement à la compressionpour assurer une bonne lubrification ;● et respectant la sécurité des person-nes, notamment au regard de la toxicitéet de l'inflammabilité.

Reconversions :cinq fluides possibles

De fait, le choix de fluides de substitutionreste limité. Il s'agit des R-404A, R-507,R-407C, R-422D (Isceon MO) et R-427A

● Le R 427A convient pour les systèmesà détente directe, que ce soit en produc-tion de froid négatif ou positif, lors d'unchangement d'huile, mais avec un net-toyage facultatif. La charge résiduelled'huile peut atteindre 15 % selon les don-nées du producteur de fluides, mais ilfaut préférer un résiduel maximal de 2 à5 % en froid négatif, et de 5 à 7% enfroid positif. Ce fluide se révèle en réalitéêtre un R-407C auquel a été ajouté un peude R-143a pour lui allier les propriétés deproduction frigorifique volumétrique et deconsommation énergétique de manièreà ne pas consommer plus qu'avec unR-22. La nouvelle charge s'effectueraavec une huile polyolester. Il faut anticiperune perte de production frigorifique instan-tanée par une augmentation des temps defonctionnement des groupes ou par uneextension des installations pour compen-ser la perte de puissance.● L'Isceon 29, toujours pour système àdétente directe et compatible pour le froidpositif et le froid négatif, accepte une huiled'origine (minérale, alkybenzène, semi-synthétique ou polyolester). Il faut, ici aussi,anticiper une perte de production frigori-fique instantanée par une augmentationdes temps de fonctionnement ou parextension d'installation. Cette solutionconvient pour les installations avec desréseaux courts. Sinon, il faut opter pour unchangement d'huile. Et, par expérience, ilest conseillé de passer en huile polyoles-ter pour limiter la perte de puissance liéeau mauvais retour d'huile.

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S y s t è m e s R � 2 2 : à q u e l s f l u i d e s f r i g o r i g è n e s l e s c o n v e r t i r ? TE HNIQUE

(Forane FX 100) (voir le tableau ci-contre).En reconversions simples (voir figure 1),deux fluides sont proposés par les pro-ducteurs : le R-427A, ou Forane FX100d'ARKEMA, et l'Isceon MO29 ou R-422Dde DU PONT REFRIGERANTS. Cepen-dant, ils sont inadaptés à une reconversionsur des installations nécessitant une puis-sance frigorifique instantanée ou une tem-pérature de soufflage fixe, par exemple en“process” (voir figures 2, 3 et 4).

Tableau 1. Les HFC comparés au R-22. Pour choisir le type de reconversion des systèmes, les opérateurs privilégieront le coûtde l'intervention. Le coefficient de performance de leur installation passe au second plan (source : DEHON).

R-22 R-407C R-404A R-422D /Isceon MO 29

R-427A /Forane FX 100

Composition Corps pur23 % R-3225 % R-12552 % R-134a

50% R-143a50% R-125

65,1 % R-12531,5 % R-134a3,4 % R-600a

50 % R-134a25 % R-12515 % R-3210 % R-143a

Glissementde température - 7 K < 1 K + 5 K + 7 K

Effet de serre direct(GWP) en kg CO2/kg 1700 1800 3900 2700 2100

Mise en œuvre - Reconversion simple Reconversioncomplexe Reconversion simple Reconversion simple

Usage d'huilepolyolester Possible Obligatoire

(résiduel < 3 %)Obligatoire(résiduel < 3 %)

Conseillé(si circuit complexe,résiduel � 5 %)

Obligatoire(résiduel � 15 %Si circuit complexeet T °C � 2 à 7 %)

Pression HPPression BP

--

EquivalentesEquivalentes P � à 20 % � 5% -

Performances suivantrégime et applications

COP Puissance frigo. Consommations

COP P. frigo. � 5 à 10 %Consommations

COP Puissance frigo. =Consommations

COP P. frigo. � 12 à 20 %Consommations

COP P. frigo. � 5 à 10 %Consommations =

Température critique + 96 °C + 86 °C + 72,1 °C + 79,6 °C + 86,8 °C

Charge en liquideet en poids - Recharge possible Recharge possible � 5 à 15 %

Recharge possible� 5 à 15 %Recharge possible

● ● ●

Figure 1. Les expériences ne donnent actuellement des informationsque sur les systèmes à détente directe.

COP Compresseur à vis

COP Compresseur scroll

Figure 2. COP : les tests effectués avec les différents fluides montrent une baisse de performance d'environ 5 à 15 %,quelle que soit la technologie de compresseur.

Comparatif avec le R-22 : COP Compresseur piston

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TE HNIQUE S y s t è m e s R � 2 2 : à q u e l s f l u i d e s f r i g o r i g è n e s l e s c o n v e r t i r ?

Puissance frigorifique avec compresseur à piston

Puissance frigorifique avec compresseur scroll

Puissance frigorifique avec compresseur à vis

Figure 3. Puissance frigorifique : les R-407C et R-404A affichent les meilleurs résultats.

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Puissance absorbée avec compresseur à piston

% P

uiss

ance

abs

orbé

e (k

W)

- 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 - 5 0 5 10 15

Puissance absorbée avec compresseur scroll

Puissance absorbée avec compresseur à vis

Figure 4. Puissance absorbée : à 0 °C, avec le R-404A, on enregistre + 15 % de consommation énergétique.

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En reconversion lourde (figure 5), troisoptions de fluides sont offertes, dont deuxpour la production de froid négatif pardétente directe ou par évaporateur noyé- les R-404A ou R-507 -, et une pour lefroid positif par détente directe - le R-407C.Les R-404A et R-507 présentent cepen-dant l'inconvénient, pour une même puis-sance frigorifique, de délivrer un débit devolume liquide 1,8 fois supérieur au R-22.Compte tenu des pertes de charges, lespertes de performances peuvent atteindrejusqu'à 25 %. En outre, la reconversionoblige à un arrêt du process et à descoûts d'intervention élevés.Ici, les contraintes sont le changementd'huile par un polyolester et le nettoyagedes réseaux pour atteindre un résidueld'huile inférieur à 1 % en basse tempéra-ture ou inférieur à 3-4 % à haute tempé-rature. Nous conseillons pour cela desremplacements d'huile successifs (géné-ralement, 3). Les huiles ester ont la faculté

On entend beaucoup parler de l'arrêtdes HFC. Il faut arrêter de propagerces bruits. Une telle décision constitue-rait une catastrophe. Certes, ils sontdans le collimateur de l'administrationeuropéenne. Mais si les entreprises fontle nécessaire pour les utiliser correcte-ment et pour mettre en place le confine-ment des produits, on nous laissera lesutiliser. Il se peut qu'un jour s'applique,sur des HFC ayant un effet de serreimportant, des quotas de production.Mais, il n'est pas imaginable d'utiliserdu butane ou du propane partout. D'au-tant qu'il est difficilement imaginable,dans le cadre du commerce internatio-nal, de refuser le commerce d'un fluidetel que le R-410.

Figure 5. Suivant le type d'installation, lecompresseur, la température d'évaporationet la configuration de l'installation,la vidange d'huile s'effectuera parrinçages successifs avec un polyolester.

d'être miscibles avec le R-22 et permet-tent ainsi, par passages successifs, denettoyer les circuits. Il est aussi possibled'employer un solvant pour le nettoyagedes circuits (Nettogaz GC1 ou Facilisolv).Avec les R-404A ou R-507, s'ajoutent desmodifications techniques plus importan-tes. Exemples :● les détendeurs devront être remplacéspour compenser la différence de pres-sion de fonctionnement ;● les joints des électrovannes seront chan-gés ;● les lignes “liquide” ainsi que les conden-seurs seront redimensionnés pour assu-rer les bonnes performances.De manière générale, ces solutions restentintéressantes dans le cas où les installa-tions existantes ne peuvent accepter unediminution de performance. Globalement,70 % des reconversions sont réalisablessans difficultés majeures, les 30 % res-tants demandant des études de faisabi-lité poussées comme les évaporateursnoyés (ex : patinoire). ■

Et les HFC ?

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TE HNIQUE

Le R-22 et la réglementation

Dans le droit fil de l'abandon des chlorofluorocarbones (CFC) après la protocole deMontréal en 1987, l'Europe s'est attaquée à partir de 1994 à l'autre famille de flui-des frigorigènes contenant du chlore nuisible à la couche d'ozone et générateur d'ef-fet de serre : les hydrochlorofluorocarbones (HCFC). Le règlement CEE 2037/2000du 19/06/2000 paru au JOCE du 29 septembre 2000 programme la diminutionprogressive des quantités utilisées (article 5) : “À partir du 1er janvier 2010, l'utili-sation d'hydrochlorofluorocarbones vierges est interdite dans la maintenance etl'entretien des équipements de réfrigération et de conditionnement d'air existant àcette date ; l'ensemble des hydrochlorofluorocarbones sont interdits à compter du 1er

janvier 2015.” Ce texte envisage plus loin l'utilisation de fluides de substitution : “Lessolutions de remplacement envisagées devraient avoir des effets sensiblement moinsactifs sur l'environnement que les hydrochlorofluorocarbones”.