Quelques précieuses informations pour choisir un fluide frigorigène.

Bulletin d’information technique pour les professionnels (4)
Un savoir-faire utile
Quelques précieuses informations pour choisir
un fluide frigorigène.
Résultat détaillé d'une comparaison, obtenu sous forme d'un tableau à l'aide de KLEAcalc.
R-134a
R-404A
R-407C
R-410A
R-507
R-508
R-23
R-32
R-125
23 %
50 %
44
25
50
50
%
%
%
%
R-134a R-143a
100 %
4%
52 %
R-23
R-116
39 %
100 %
61 %
52 %
50 %
Les fluides frigorigènes de Westfalen et leurs compositions.
Quel fluide frigorigène pour quelle installation ? La multitude de produits et leurs nombreuses capacités potentielles pour plusieurs
secteurs d'utilisation ne facilitent souvent pas la
prise de décision. Choisir le fluide frigorigène le
mieux adapté permet de réduire, de façon
significative, le coût de construction et la consommation en énergie. Nous vous proposons, à
cet effet, ce petit guide empli de conseils et
d'informations techniques.
Des fluides frigorigènes pour les équipements
de climatisation installés dans les véhicules
automobiles.
Les fabricants de voitures particulières préconisent le R-134a aussi bien pour des installations
neuves que dans le cadre des conversions. Ils
ont élaboré des instructions précises dans le
domaine, notamment, de la conversation étant
donné l'absence de recul suffisant, dans la
pratique, concernant d'autres fluides frigorigènes
dits "drop in", susceptibles de provoquer une
perte de fluide frigorigène et d'endommager
sérieusement des installations.
Des fluides frigorigènes pour les installations de
climatisation fixes et pompes à chaleur.
Auparavant, le R-12 et en particulier, après
l'interdiction des CFC dans les installations neuves, le R-22, étaient employés en présence de
températures d'évaporation élevées. Cependant,
les deux fluides frigorigènes ne satisfont plus les
normes "contemporaines" environnementales :
la maîtrise des stocks de R-12 employé dans des
installations anciennes n'est plus effective depuis
le 30 juin 1998 et depuis cette date, ce produit
est interdit à la vente. Le R-22 ne doit plus être
utilisé pour des installations neuves depuis Janvier 2000 et ses quantités sont contrôlées et
limitées. Le R-134a, ainsi que le mélange R-407C
et le mélange R-410A, conviennent tout à fait
comme produit de remplacement. Le R-404A est
également utilisé sporadiquement : cette solution représente une alternative moins intéressante
à cause de ses coefficients d'efficacité frigorifique peu satisfaisants à des températures d'évaporation élevées.
Certains fabricants d'appareils de série utilisent
le R-410A surtout dans le domaine des climatiseurs compacts. Ce fluide frigorigène génère, par
rapport au R-22, des pressions et capacités frigorifiques volumétriques nettement plus élevées en
raison de la densité du gaz d'aspiration obtenue.
L'installation doit être conçue avec rigueur et
précision étant donné les pressions appliquées
coté liquéfacteur (nota : 26 bar à 43°C !).
Celles-ci, d'ailleurs, doivent être définies en concertation avec les fabricants des compresseurs,
des échangeurs thermiques et autres composants
majeurs de l'installation.
Évaluation générale.
Point d'ébullition/
point de bulle
Avantages
Inconvénients
R-134a
-26,2 °C
Coefficient d'efficacité frigorifique satisfaisant
Idéal pour des turbomachines
Capacité frigorifique moins élevée
par rapport au R-22 dans les
machines à piston
R-407C
-44,3 °C
Même performance que le R-22
Coefficient d'efficacité frigorifique satisfaisant
Convient pour les conversions
Une étude préalable est
indispensable dans le cadre de
systèmes immergés
R-410A
-52,5 °C
Capacité frigorifique élevée
Pressions élevées
Moins de composants adaptés
Comparaison des capacités sur la base des données substance.
Pression de condensation (bar)
Pression d'évaporation (bar)
Qo, kW (avec surchauffe)
Qo, kW (sans surchauffe)
R-22
R-134a
R-407C
17,3
5,3
92,8
89,6
11,6
3,1
58,1
55,6
18,7
5,3
93,0
89,6
R-410A
27,4
8,6
132,7
126,3
To = 2°C, Tc = 45°C (pour le R-407C : températures intermédiaires). Surchauffe au niveau de l'évaporateur = 7 K
(pour le R-407C : au point de rosée). Température gaz aspiré à l'entrée du compresseur : 15°C. Sur-refroidissement = 2 K
(R-407C : à partir du point de bulle). Débit volumique dans compresseur : 100 m3/h.
Des fluides frigorigènes pour le refroidissement
normal.
Pour le refroidissement normal, l'industrie des
fluides frigorigènes a également dû trouver de
nouvelles solutions afin de satisfaire aux réglementations en vigueur comme le Protocole de
Montréal et les décrets européens. Plusieurs produits se sont brillamment illustrés ces dernières
années dans différents secteurs d'utilisation,
s'étendant de l'appareil ménager au refroidissement normal industriel et commercial.
Évaluation générale.
Point d'ébullition/
point de bulle
Avantages
Inconvénients
R-134a
-26,2 °C
Coefficient d'efficacité frigorifique
satisfaisant
R-404A
R-507
R-407C
-46,5 °C
-47,2 °C
-44,3 °C
Convient également pour la
réfrigération
Coefficient d'efficacité frigorifique
satisfaisant
Capacité frigorifique moins élevée
par rapport au R-22 dans les
machines à piston
Ne convient pas à la réfrigération
Coefficient d'efficacité frigorifique
peu satisfaisant
Ne convient pas à la réfrigération
Comparaison des capacités sur la base des données substance.
Pression de condensation (bar)
Pression d'évaporation (bar)
Qo, kW (avec surchauffe)
Qo, kW (sans surchauffe)
Coefficient d'efficacité frigorifique (avec surchauffe)
Coefficient d'efficacité frigorifique (sans surchauffe)
R-22
R-134a
17,3
3,5
57,5
55,6
2,9
2,6
11,6
2,0
34,2
32,7
3,0
2,6
R-404A
R-507
20,9
4,5
55,2
51,9
2,6
2,2
R-407C
18,7
3,5
55,5
53,4
2,8
2,5
To = -10°C, Tc = 45°C (pour le R-407C : températures intermédiaires). Surchauffe au niveau de l'évaporateur = 7 K
(pour le R-407C : au point de rosée). Température gaz aspiré à l'entrée du compresseur : 15°C. Sur-refroidissement = 2 K
(R-407C : à partir du point de bulle). Débit volumique dans compresseur : 100 m3/h.
Des fluides frigorigènes pour la réfrigération.
Comme pour le refroidissement normal,
des substances de remplacement adaptées
étaient disponibles pour la réfrigération.
Cette nouvelle génération de fluides frigorigènes propose le produit adéquat pour
chaque type d'installation.
Évaluation générale.
Point d'ébullition/
point de bulle
Inconvénients
Avantages
R-404A
R-507
-46,5 °C
-47,2 °C
Large diffusion
Température de compression basse
Convient également pour le
refroidissement normal
R-407C
-44,3 °C
Coefficient d'efficacité frigorifique
satisfaisant
HGWP(*) faible
Une seule bouteille pour déchets à
valoriser pour les R-134a
R-407C/R-410A suffit
Capacité frigorifique moins
satisfaisante qu'avec le R-404A
et le R-507
R-410A
-52,5 °C
Capacité frigorifique élevée
Pressions élevées
Moins de composants adaptés
Comparaison des capacités sur la base des données substance.
R-22
Pression de condensation (bar)
Pression d'évaporation (bar)
Qo, kW (avec surchauffe)
Qo, kW (sans surchauffe)
Coefficient d'efficacité frigorifique (avec surchauffe)
Coefficient d'efficacité frigorifique (sans surchauffe)
17,3
1,6
24,7
23,9
1,8
1,5
R-404A
R-507
20,9
2,2
22,6
21,1
1,6
1,2
R-407C
R-410A
18,7
1,5
22,2
21,4
1,7
1,4
27,4
2,7
35,4
33,9
1,7
1,4
To = - 30°C, Tc = 45°C (pour le R-407C : températures intermédiaires). Surchauffe au niveau de l'évaporateur = 7 K (pour le
R-407C : au point de rosée). Température gaz aspiré à l'entrée du compresseur : 10°C. Sur-refroidissement = 2 K (R-407C : à partir
du point de bulle). Débit volumique dans compresseur : 100 m3/h.
(*) Halocarbon Global Warming Potential.
Des fluides frigorigènes pour la cryogénie.
Fluides frigorigènes de remplacement pour
le R-13 et le R-503.
Dans le cadre de températures d'application variant entre -80°C et -100°C, le R-23
(remplaçant du R-13) et le R-508 (remplaçant du R-13 et du R-503) constituent des
substances de remplacement inoffensives
pour la couche d'ozone.
Il convient cependant de veiller à la température relativement élevée du gaz chaud,
lors de la conversion au R-23 d'installations
chargées au R-13.
Le R-508 permet d'obtenir des températures de compression particulièrement basses. C'est pourquoi nous recommandons ce
fluide frigorigène pour des installations
compactes (lyophilisation, armoire frigorifique pharmaceutique, etc…).
Remplacement du R13B1 par le R-410A
Ses températures finales de compression
étant basses et ses taux de compression,
faibles, le R-13B1 était principalement
employé en surgélation (surtout à des fins
biomédicales et pour le refroidissement
industriel de process) pour des locaux réfrigérés présentant des températures comprises entre -50°C et -60°C.
De ce fait, il pouvait souvent être utilisé
avec des installations de compression à
un étage et même pour des liquéfacteurs
refroidis par air. Malheureusement, aucun
fluide frigorigène équivalent et inoffensif
pour la couche d'ozone n'est actuellement
disponible pour des installations de compression à un étage. Néanmoins, le R-410A
s'est avéré très prometteur, en tant que
fluide frigorigène de remplacement, dans le
cas d'installations de compression à deux
étages.
Comparaison des fluides frigorigènes R-508 et R-23.
Pression de condensation (bar)
Pression d'évaporation (bar)
R-508
R-23
15,98
14,1
0,78
0,63
Capacité frigorifique sans surchauffe (kW)
13,04
12,18
Capacité frigorifique avec surchauffe (kW)
13,74
12,6
Coefficient d'efficacité frigorifique sans surchauffe
1,35
1,37
Coefficient d'efficacité frigorifique avec surchauffe
1,65
1,56
71,91
133,69
Température finale compression (°C)
To = -90°C, Tc = 20°C Surchauffe au niveau de l'évaporateur = 10 K.
Température gaz aspiré à l'entrée du compresseur : -50°C. Sur-refroidissement au niveau de la soupape de détente = 20 K. Débit volumique dans
compresseur : 100 m3/h.
Comparaison des fluides frigorigènes R-13B1 et R-410A.
Pression de condensation (bar)
R-13B1
R-410A
14,33
14,44
Pression d'évaporation (bar)
0,91
0,66
Densité de vapeur à l'entrée du compresseur ((kg/m3)
6,81
2,43
Débit volumique à l'entrée du compresseur (m3/h)
Débit massique (kg/s)
71
71
0,13
0,05
Différence d'enthalpie dans l'évaporateur (kJ/kg)
97,58
235,63
Capacité frigorifique Qo avec
surchauffe utile 15 K (kW)
13,08
11,29
To = -60°C, Tc = 20°C Surchauffe au niveau de l'évaporateur = 15 K.
Surchauffe gaz aspiré à l'entrée du compresseur : 26 K. Sur-refroidissement = 40 K. Débit volumique dans compresseur : 100 m3/h.
Comparaison du comportement estimé d'une installation à deux étages
convertie.
R-13B1
R-410A
Pression d'évaporation (bar) To = -75°C
0,41
0,27
Pression dans étage intermédiaire (bar)
1,80
1,50
Pression de liquéfaction (bar)
Coefficient d'efficacité frigorifique
15,2
1,35
15,5
1,39
Capacité frigorifique volumique compresseur
basse pression (kJ/m3)
318
Débit massique dans soupape de détente
100 %
48 %
Débit massique dans soupape étage intermédiaire
100 %
38 %
Compresseur haute pression grande capacité (BP=100%)
39 %
31 %
Température à la sortie du compresseur (°C)
85
250
107
Des fluides frigorigènes de transition pour
les installations CFC.
Différents mélanges en tant que fluides
frigorigènes de transition sont proposés pour
la conversion des installations anciennes
fonctionnant avec des CFC. Ils contiennent le
plus souvent des HCFC afin de garantir une
miscibilité avec des huiles pour machines
frigorifiques traditionnelles. Le R-413A ne
contient aucun HCFC, mais à la place, le
fluide frigorigène R-218.
Le R-417A est utilisé pour la conversion
des installations chargées au R-22 (HCFC).
Il contient, entre autre, 3,5% de R-600, ce
qui améliore la miscibilité avec des huiles
minérales.
Les fabricants de compresseurs recommandent, dans le cas d'installations avec des
taux élevés de circulation d'huile, d'employer
l'huile-ester.
Composition des fluides frigorigènes de transition.
R-22 R-124 R-125 R-134a R-142b R-143a R-152a R-218
R-401A 53 % 34 %
R-600
R-600a
60 %
R-408A 47 %
7%
R-502
2%
R-502
46 %
R-409A 60 % 25 %
R-12
15 %
R-413A
88 %
46,5 %
50 %
remplace
le
R-12
13 %
R-402A 38 %
R-417A
R-290
9%
3%
3,5 %
R-12
R-22
Aperçu.
Des fluides frigorigènes inoffensifs pour la
couche d'ozone pour remplacer les fluides
frigorigènes nuisibles : le tableau ci-dessous
fournit un aperçu des possibilités d'interchangeabilité pour les principaux produits.
Toutefois, nous vous recommandons d'effectuer une étude plus approfondie avant de
choisir définitivement un produit. Les spécialistes en fluides frigorigènes de Westfalen
sont à votre disposition pour vous accompagner dans votre décision.
Interchangeabilité potentielle.
134a
Fluides frigorigènes inoffensifs pour la couche d'ozone
404A
407C
410A
508
507
23
Fluides frigorigènes nuisibles
pour la couche d'ozone
R-12
R-22 Clima
R-22 NK
R-22 TK
R-502
R-13B1
R-13
R-503
++
+
o
--
++
+
-----
-+
++
++
----
o
++
++
+
o
----
-+
+
+
+
o
---
-----++
++
-----+
+
: convient parfaitement, même pour la conversion d'installations anciennes
: adapté, avec éventuellement pertes de puissance, modifications de l'installation ou besoin d'une installation neuve
: peu adapté, pertes de puissance, éventuellement pour des installations neuves seulement
: uniquement en acceptant des inconvénients manifestes
: ne convient pas
Autres informations.
Nous sommes à votre disposition pour répondre à toutes vos autres questions ou pour vous adresser les guides
d'informations déjà publiés dans la série "Bulletin d`information technique pour les professionnels", à savoir :
- Bulletin d`information technique pour les professionnels (1):
Manipulation adèquate des fluides frigorigènes.
- Bulletin d`information technique pour les professionnels (3):
La manipulation des fluides frigorigènes zeotropes.
- Bulletin d`information technique pour les professionnels (4):
Quelques précieuses informations pour choisir un fluide frigorigène.
Gaz industriels I Fluides frigorigènes I Propane
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