Une étude de Mark O. McLinden, du National Institute of Standards and Technology (NIST) des États-Unis, publiée dans l’International Journal of Refrigeration, examine les caractéristiques thermodynamiques et de sécurité qui ont favorisé l’utilisation généralisée des fluides frigorigènes fluorés. L’article étudie la manière dont les restrictions environnementales réduisent le choix des fluides frigorigènes et les conséquences de cette évolution sur la conception des systèmes de froid et de climatisation.
Selon cette étude, les fluides frigorigènes fluorés se sont imposés parce qu’ils offraient une inflammabilité réduite, une faible toxicité et des propriétés thermodynamiques adaptées aux cycles à compression de vapeur. L’ajustement de la teneur en fluor des molécules de fluide frigorigène permet également d’adapter leurs propriétés à différentes applications. Cependant, certains F-Gas présentent un potentiel de réchauffement global (GWP) élevé, tandis que la dégradation atmosphérique de certains HFC et HFO peut produire de l’acide trifluoroacétique (TFA) persistant.
L’étude analyse les implications du règlement F-Gas 2024 de l’UE, qui introduit des restrictions sur les fluides frigorigènes fluorés dans diverses catégories d’équipements et prévoit l’élimination complète des HFC d’ici 2050. Certains petits systèmes dont la puissance frigorifique est inférieure à 12 kW (environ 40 900 BTU/h) sont concernés par des interdictions visant les fluides frigorigènes fluorés, y compris les HFO, avec des dates d’application comprises entre janvier 2026 et janvier 2035. La plupart des autres systèmes sont soumis à un GWP maximal de 150, avec certaines exemptions liées à la sécurité.
Les fluides frigorigènes naturels, notamment l’ammoniac (R-717), le CO2 (R-744), le propane (R-290) et l’isobutane (R-600a), offrent des solutions alternatives, mais présentent des défis techniques différents. L’ammoniac et le propane affichent des propriétés favorables en matière d’efficacité et de transport, tandis que leur toxicité ou leur inflammabilité nécessite des mesures de sécurité. Le CO2 est ininflammable et présente une faible toxicité, mais sa faible température critique et ses pressions de fonctionnement élevées peuvent nécessiter des conceptions de systèmes plus complexes.
McLinden conclut que la restriction du choix des fluides frigorigènes fera évoluer l’approche de conception, qui ne consistera plus à sélectionner des fluides correspondant aux exigences des équipements, mais à adapter les équipements aux fluides frigorigènes disponibles. Cela pourrait impliquer des modifications des cycles à compression de vapeur, des échangeurs de chaleur plus complexes afin de réduire la charge de fluide frigorigène et des conceptions alternatives de compresseurs.
