Le propane : Le nouveau héros du net zéro ?

Le propane est un réfrigérant hydrocarbure naturel respectueux de l'environnement, également connu sous le nom de R-290. Bien qu'il puisse être utilisé comme réfrigérant dans toute une série d'applications, le propane présente un intérêt particulier pour les marchés des pompes à chaleur et des refroidisseurs. En effet, les règlements sur les gaz fluorés limitant les réfrigérants à base d'hydrofluorocarbures (HFC) pour les pompes à chaleur, et les fabricants de refroidisseurs soucieux d'anticiper les changements réglementaires à venir, le R-290 est considéré comme un réfrigérant d'avenir, en particulier pour les applications de petite et moyenne taille. 

Pourquoi revenir aux réfrigérants naturels ?

Les réfrigérants naturels étaient utilisés dans les tout premiers systèmes de réfrigération. Avec l'évolution de la technologie, ils ont été remplacés par des réfrigérants synthétiques fabriqués par l'homme, conçus pour résoudre des problèmes tels que l'inflammabilité, la toxicité et la corrosion. Cependant, on a découvert que les réfrigérants synthétiques chlorofluorocarbones (CFC) et hydrochlorofluorocarbones (HCFC) avaient un impact désastreux sur la couche d'ozone. On a ensuite découvert que les HFC (les réfrigérants conçus pour remplacer les CFC et les HCFC) contribuaient au réchauffement de la planète. Dans le cadre du protocole de Montréal, un certain nombre de pays ont accepté d'éliminer progressivement les CFC et les HCFC. Par la suite, en vertu de l'amendement de Kigali, les pays se sont engagés à réduire progressivement les HFC, avec pour objectif une réduction de 80 à 85 % d'ici la fin des années 2040.

Des lois ont été adoptées dans le monde entier pour garantir l'élimination et la réduction progressive des réfrigérants nocifs. Les CFC et les HCFC sont interdits dans l'Union européenne (UE), les HFC étant contrôlés par les règlements relatifs aux gaz fluorés. Ces règlements visent à réduire les émissions de gaz fluorés de deux tiers d'ici 2030 par rapport aux niveaux de 2014, dans le cadre d'une approche progressive, en commençant par les plus nocifs pour l'environnement en fonction de leur potentiel de réchauffement planétaire (PRP). L'objectif est d'éliminer les réfrigérants HFC à fort PRG et de les remplacer par des réfrigérants naturels à faible PRG, des hydrofluoroléfines (HFO) et des mélanges de réfrigérants.

L'UE envisage de modifier à nouveau les règlements sur les gaz fluorés afin de mettre en œuvre une interdiction plus rapide et encore plus complète des HFC. Cela pourrait s'avérer désastreux pour le déploiement des pompes à chaleur utilisant des réfrigérants dont les PRP sont supérieurs à ceux envisagés dans le cadre des amendements. L'industrie doit trouver des moyens de s'adapter, et le propane pourrait apporter la réponse.

Les avantages de l'utilisation du propane

Les fabricants certifiés ouvrent la voie à l'utilisation du propane comme réfrigérant dans les refroidisseurs et les pompes à chaleur. Non seulement le R-290 présente des caractéristiques écologiques impressionnantes, mais il possède également d'excellentes propriétés thermodynamiques :

• Il a un faible impact sur l'environnement, avec un PRP de 3 et un PDO de 0.
• Le R-290 n'est pas toxique
• Comparé aux HCFC et aux HFC, le propane présente une perte de charge plus faible et un meilleur transfert de chaleur.
• Le R-290 a également une densité plus faible, ce qui permet de réduire la charge de réfrigérant.
• Il présente d'excellentes performances thermodynamiques, puisqu'il peut passer d'une température d'évaporation très basse à une température de condensation élevée.
• Il présente une bonne compatibilité avec les matériaux.
• Contrairement aux HFO, il ne se décompose pas dans l'environnement en acide trifluoroacétique (TFA) ou en d'autres substances nocives. 
• Le propane est facile à obtenir et son prix est relativement bas.
• Il a fait ses preuves, car il s'agit de l'un des premiers réfrigérants. 

Swegon est un fabricant certifié qui joue un rôle de premier plan dans le développement du propane. Désireux d'entendre ce qui se passe en première ligne de l'innovation, Eurovent Certita Certification (ECC) s'est entretenu avec Fabio Polo, Product Management Manager au sein du département Cooling & Heating Business Development de Swegon, au sujet des utilisations et des avantages du R-290. Fabio a soulevé plusieurs points : "Le propane, comparé aux réfrigérants synthétiques, présente l'avantage d'être conforme aux exigences à venir de la révision des gaz fluorés, grâce à son PRP négligeable (0,02 PRP (AR6), conformément à IPCC VI, évalué sur une période de 100 ans). Il ne sera pas non plus limité par la prochaine proposition de restriction REACH sur les PFAS. En d'autres termes, quelle que soit l'issue de ces processus législatifs, le propane constitue une solution d'avenir.

"Le propane possède également d'excellentes propriétés thermodynamiques et peut être utilisé dans une grande variété d'appareils de chauffage, de ventilation et de climatisation. Il est particulièrement adapté aux pompes à chaleur à haute température grâce à son diagramme pression/température". En effet, le propane pourrait constituer une véritable solution pour accélérer le passage des chaudières à gaz aux pompes à chaleur. Les pompes à chaleur traditionnelles fonctionnent à une température maximale de 50^oC à 55^oC. Les pompes à chaleur à haute température peuvent fournir de l'eau chaude jusqu'à 70°C, ce qui les rend plus compatibles avec les systèmes de chauffage central à radiateurs préexistants et permet d'obtenir des températures d'eau chaude sanitaire plus élevées.

Les inconvénients de l'utilisation du propane

Si l'on peut s'émerveiller des avantages du propane et de ses capacités frigorifiques éprouvées depuis longtemps, on ne peut ignorer son principal inconvénient, à savoir son inflammabilité. Le propane est plus dense que l'air, ce qui signifie qu'il tombera au point le plus bas. Il en résulte un risque d'explosion (en particulier dans les espaces clos) si le propane qui a fui entre en contact avec une flamme, une étincelle ou une autre source d'inflammation. Il s'agit également d'un problème qui rend impossible la mise à niveau, car les systèmes doivent être construits en tenant compte de l'inflammabilité. Ceux qui utilisent déjà des substances inflammables telles que le GPL ou le gaz naturel pour chauffer les bâtiments ne seront peut-être pas surpris par la combustibilité du propane, mais pour d'autres, c'est un point délicat. 

Fabio poursuit : "D'un point de vue théorique, grâce à ses propriétés thermodynamiques, le propane peut être utilisé dans de nombreuses applications. Cependant, pour l'instant, il y a des limitations dues à son inflammabilité. Cela signifie qu'il est plus simple de l'utiliser comme réfrigérant dans les systèmes monoblocs externes de petite et moyenne taille, où il n'y a pas de risque de fuite de propane dans une zone confinée. Actuellement, les grandes unités souffrent de certaines limitations dues à la disponibilité des composants, ainsi que d'une certaine nervosité de la part des utilisateurs finaux à l'idée d'avoir des charges plus élevées.

"Les unités internes (comme les refroidisseurs/ pompes à chaleur eau/eau) peuvent utiliser du propane en plus petites quantités que les unités externes, du moins si les exigences d'installation sont maintenues à un niveau minimum. À l'heure actuelle, les limitations les plus élevées s'appliquent aux unités air-air qui traitent l'air des espaces occupés. Le propane n'est pas toujours adapté à ce type d'applications".

L'ECC tient à dissiper certains des mythes qui entourent ce réfrigérant polyvalent, en examinant les moyens mis en œuvre par les fabricants pour minimiser les risques lors de la fabrication, de l'installation, de l'entretien et de la maintenance des systèmes au propane. 

Fabio poursuit : "Swegon a déjà modernisé ses lignes de production pour gérer correctement l'inflammabilité du propane. Nous avons investi massivement pour nous assurer que nous pouvons produire et tester les unités en toute sécurité. Nous avons également investi dans la formation du personnel chargé de la fabrication des unités, afin qu'il soit prêt à gérer les circuits de réfrigérant A3."

"L'installation est sans aucun doute l'un des points clés. Nous avons fait le choix de ne pas éviter ou ignorer le sujet de l'inflammabilité. L'objectif n'est pas de réécrire les règles, mais de fournir des conseils dès le début du processus, afin de permettre à celui qui conçoit le projet d'entrer dans le bon état d'esprit et de s'assurer que les risques potentiels sont évalués immédiatement. Dans ce cas, le plus tôt sera le mieux".

"Il est également important de souligner que les exigences du site varient en fonction de la conception du système et des choix effectués par le fabricant de l'unité. L'un des principaux objectifs que nous poursuivons dans la conception de nos produits est de minimiser (dans la mesure du possible) les contraintes imposées aux systèmes au propane, et de nous assurer que nous répondons aux exigences réglementaires ainsi qu'aux exigences du client final et de l'installation locale."

En ce qui concerne l'entretien et la maintenance, Swegon souligne que le travail sur une unité utilisant le réfrigérant A3 est différent de celui sur une unité utilisant les réfrigérants A1 ou A2L. "C'est pourquoi nous n'avons pas seulement développé des produits utilisant du propane, nous avons également lancé la ZERO Academy. Il s'agit d'une plateforme de formation et de partage des connaissances liée à l'utilisation de réfrigérants inflammables dans les applications de climatisation, dont l'objectif est de faciliter cette transition essentielle. Nous avons créé une documentation spécifique, notamment un guide sur les réfrigérants A3, dans lequel nous expliquons notre point de vue et qui traite également de l'installation et de l'entretien. Nous formons également tous nos ingénieurs de service et nos ingénieurs partenaires au moment des premières ventes dans chaque pays.

Enfin, M. Swegon a souligné que les règles relatives au transport du propane sont assez claires (en fonction de la charge et du type de transport), car les substances inflammables sont transportées dans le monde entier depuis de nombreuses années. Les compagnies maritimes peuvent fournir des informations sur le transport. En outre, Swegon est disponible pour aider à trouver la bonne solution dans des projets spécifiques où il y a des obstacles à surmonter.

Autres aspects du R-290

L'inflammabilité étant réglée, nous passons aux autres considérations relatives au propane. Comme nous l'avons mentionné, le propane ne peut pas être installé a posteriori, car les systèmes doivent être spécialement conçus pour utiliser le réfrigérant. Si la plupart des composants restent identiques à ceux utilisés dans les systèmes utilisant des réfrigérants HFC, l'un des principaux changements de conception concerne le compresseur, dont les limites de pression et de température doivent être adaptées au propane, ainsi que les composants électriques fabriqués pour réduire le risque d'inflammation. Les composants tels que les échangeurs de chaleur et les dispositifs d'expansion peuvent également être conçus différemment pour les systèmes au propane. Un équipement de contrôle de la détection des fuites doit être installé.

Fabio a également souligné que, d'un point de vue théorique, il s'attendrait à ce que la plupart des unités au propane soient plus grandes que celles au R-32 pour une capacité et un niveau d'efficacité similaires. Et d'ajouter : "Actuellement, la norme EN 378 définit clairement certaines exigences d'installation et restrictions d'accessibilité spécifiques qui différencient les fluides frigorigènes A3 et A2L. Cette transition ira donc au-delà du simple produit - elle aura un impact sur l'ensemble de l'industrie. C'est pourquoi nous avons lancé l'idée de la ZERO Academy. L'idée est de produire de la documentation, d'organiser des séminaires et de partager notre expertise afin de faire passer au plus grand nombre le message que cette transition est possible et réalisable, mais que nous devons la concrétiser.

Passant au sujet de l'efficacité énergétique, Fabio a déclaré : "Associer l'efficacité d'un produit uniquement au réfrigérant n'est pas correct, c'est un raccourci qui peut conduire à des erreurs. L'efficacité d'un appareil dépend de nombreux facteurs, dont la conception du produit et les technologies disponibles. En effet, il s'agit souvent d'un compromis entre les différents objectifs du projet tels que la compacité, le silence, le coût, etc. Par conséquent, on ne peut pas comparer les produits uniquement sur la base des chiffres globaux de l'unité et des réfrigérants, ce qui conduit à une simplification grossière".

Heureusement, ECC s'y connaît en matière de données sur les produits. De l'efficacité énergétique à l'acoustique, la certification teste les performances des produits de manière fiable, indépendante et impartiale. C'est pourquoi les prescripteurs, concepteurs, professionnels, acheteurs et responsables de l'exploitation des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation ont accès gratuitement à son annuaire en ligne des produits certifiés. Les internautes peuvent consulter et comparer des milliers de pompes à chaleur et de refroidisseurs certifiés en appuyant simplement sur un bouton à l'adresse www.eurovent-certification.com. 

Le propane : Une solution naturelle pour les refroidisseurs et les pompes à chaleur

L'utilisation du propane va se développer dans de nombreux domaines de l'industrie du chauffage, de la ventilation et de la réfrigération, les marchés des refroidisseurs et des pompes à chaleur étant les premiers concernés. Les raisons sont nombreuses, depuis ses excellentes caractéristiques thermodynamiques jusqu'à ses qualités écologiques. Les fabricants tournés vers l'avenir ont adopté son utilisation et ont développé des produits qui respecteront les réglementations pour les années à venir. Des fabricants comme Swegon ont commencé à développer des produits à base de propane bien avant que les processus législatifs visant à interdire les HFC ne commencent sérieusement, et l'entreprise est fermement convaincue que le propane sera l'un des principaux fluides frigorigènes de l'avenir. 

Si les HFO à faible PRG et les mélanges de réfrigérants devront couvrir les applications où l'inflammabilité est un problème, il n'y a pas d'échappatoire pour continuer à utiliser des réfrigérants synthétiques. Fabio conclut : "C'est tout le contraire. Nous voyons un avenir où le rapport entre les réfrigérants synthétiques et naturels sera l'inverse de ce qu'il est aujourd'hui. Préparons-nous donc, car ce n'est pas une question de "si", mais seulement de "quand". Utilisons le propane comme réfrigérant et veillons à ce qu'aucun gramme de combustible fossile ne soit utilisé dans un système de chaudière. C'est l'un des objectifs les plus importants pour notre industrie dans les années à venir.

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