Les fluides frigorigènes tiennent une place importante dans la conception des pompes à chaleur et des groupes d’eau glacée du fait que le règlement européen 842/2006 sur les gaz fluorés (F-Gaz) vise à éliminer progressivement les fluides particulièrement nocifs pour l'environnement. A horizon 2030, cette réglementation interdira les fluides frigorigènes ayant un potentiel de réchauffement global (PRG) supérieur à 150.

Les fluides frigorigènes ont des propriétés très différentes, ils influencent les coûts, le domaine d'application et la consommation d'énergie d'une installation. Les fluides naturels, dont le propane (R290), présentent deux avantages : être facilement disponibles et respectueux de l’environnement. Mais leur utilisation entraîne des coûts d’investissement plus élevés et une planification plus complexe.

De plus en plus, le propane a le vent en poupe, surtout dans le secteur résidentiel. Alors, faisons le point. Que retenir de ce réfrigérant ?

Qu'est-ce que le propane ?

Contrairement aux fluides frigorigènes synthétiques comme le R32, le propane est un hydrocarbure saturé, présent dans le gaz naturel ou le pétrole. Il est donc un "sous-produit" naturel qui présente l’avantage de bouillir à -45°C sous la pression atmosphérique, et donc se liquéfie aisément par compression ce qui est pratique pour son transport et son stockage.

Si l'on compare les propriétés du propane à celles d'autres fluides frigorigènes, on remarque principalement qu'il possède un faible potentiel de réchauffement global (PRG=3). 

Exemple : 1 kg de R290 équivaut à 3 kg de CO2 contre 675 kg pour le R32 (et 2088 kg pour le R410a)

En outre, il présente un potentiel d'appauvrissement de la couche d’ozone nul (ODP=0) et il est également peu toxique. 

Par contre, le propane est extrêmement inflammable (classification A3) et c’est d’ailleurs grâce à cette combustion qu’il détient de haute performance en matière de chauffage. Le risque d’explosion entraîne donc des contraintes importantes au niveau de la conception des équipements mais aussi au niveau de la planification, de l’installation et de l’exploitation du système de refroidissement / chauffage.

Au niveau de la conception

Tout fabricant doit prendre certaines mesures de sécurité dans la conception même de l’unité. Par exemple, le système électrique doit être séparé afin d'éviter les sources d'inflammation. Des capteurs de fuite doivent pouvoir arrêter l'installation et déclencher automatiquement une purge.

Dans le cas du Titan Sky, la nouvelle unité au R290 signée Swegon, l’unité est dotée d’un détecteur de fuite et d’un ventilateur d’extraction, tous deux de type ATEX ⁽¹⁾ et tous les capteurs sont brasés afin d’éviter les risques de fuite sur les raccords.

En cas de fuite, le détecteur commande la mise en marche de la ventilation afin de disperser le propane à une concentration non dangereuse (fixée à -10% de la limite inférieure d’inflammabilité du propane). Le ventilateur est bien entendu alimenté de manière permanente par une ligne de secours.

Au niveau de la planification, installation et exploitation

Pour chaque installation d'un groupe d'eau glacée ou d'une pompe à chaleur, les surfaces d'installation, les quantités de réfrigérant, les accès, les distances etc. sont importants. Néanmoins, dans le cas des équipements fonctionnant au propane, la sécurité joue un rôle central : il convient de respecter des distances (environ de 1,5 mètre autour de l’équipement) et de renforcer la sécurité au niveau des zones d’écoulement, la signalisation et des mesures de protection (chocs / perforations interdits). Cela conduit à une zone d'accès réservée aux personnes autorisées, classée en « zone 2 » par ATEX ⁽²⁾.

Ce type d’équipement est conçu généralement pour être installée sur des sites de classe III selon la norme EN378-1 (installation en plein air). Par conséquent, le transport, le stockage, l’installation et l’utilisation nécessite une étude approfondie et la conformité aux réglementations européennes EN378-1 à 4, EN60079-10-1, EN13313, EN13136 : 2019 (non exhaustif) mais aussi aux réglementations nationales, telles que la réglementation incendie selon la typologie de l’établissement.

Parmi les tâches de l'exploitant de l'installation figure une évaluation des risques ⁽³⁾ par une expertise technique de sécurité. En outre, l'exploitant assure le fonctionnement conforme et sûr de l'installation par des entretiens réguliers effectués par du personnel spécialisé.

Alors, pour ou contre le propane ?

D’une manière générale, la rentabilité d'une pompe à chaleur ou d'un groupe d'eau glacée dépend de plusieurs facteurs, tels que l'investissement initial, les frais de planification et d'installation et les coûts d'exploitation.

Les « contre » :

• Répondant à des normes de sécurité plus strictes, impliquant des composants plus chers, le prix de fabrication d’un équipement au propane est donc plus élevé que celui d’une installation au R32 par exemple. On observe des différences entre gamme de puissance et technologies similaires (compresseurs inverter et ventilateurs EC) entre 10000 et 22000 euros. 

• Des contraintes importantes du fait de l’inflammabilité de ce réfrigérant : dès l’arrivée de la machine sur site, son environnement est considéré comme zone ATEX.

Les « pour » :

• Concernant les coûts d’exploitation, le propane étant naturel, l'approvisionnement et la disponibilité sont plus simples et plus économiques que pour les fluides frigorigènes synthétiques. De plus, la charge de réfrigérant est moindre par rapport à un autre fluide (14 Kg max. dans le cas du Titan Sky contre 27 Kg pour un équipement similaire fonctionnant au R32 tel que le Zeta Sky).
• Le propane offre une efficacité supérieure en termes de température. Dans le cas du Titan Sky, la pompe à chaleur est capable de fournir une eau en sortie à 63°C avec une température extérieure située à -7°C. Et la version groupe d’eau glacée permet de répondre à des besoins très divers :

• Les risques d’explosion sont très présents dans nos têtes, mais la combustion du propane n’est possible que si le pourcentage de gaz dans l’air est situé entre 2 et 10%, ce qui est relativement faible. De plus, répondant à des normes très strictes, les équipements sont très sécurisés. Et l’installation étant fixe, nécessitant que la maintenance et l’entretien, elle ne peut perdre en sécurité si elle répond à toutes les exigences.

Personne ne doit avoir peur de planifier une pompe à chaleur / refroidisseur de liquide au R290. La haute disponibilité de ce fluide à un prix modéré et son faible impact environnemental rendent cette solution particulièrement intéressante. Avec un bon partenaire qui vous guide dans la réglementation, la planification, l'installation et l'exploitation de telles installations, cette nouvelle offre est intéressante sur le plan économique à long-terme mais surtout représente une véritable alternative écologique. Les restrictions sur les réfrigérants synthétiques se sont renforcées au fil des ans et elles sont en passe de devenir encore plus strictes, voire interdites. Le propane ne sera pas soumis à ce type de restrictions car il s'agit d'un composé produit par la nature. En d'autres termes, le premier réfrigérant de l'histoire s'avère être parmi les meilleures options pour l'avenir.

Notes

⁽¹⁾ Conforme à la réglementation ATEX (de ATmospheres EXplosives), issue de deux directives européennes (2014/34/UE ou ATEX 95 pour les équipements destinés à être utilisés en zones ATEX, et 1999/92/CE ou ATEX 137 pour la protection des travailleurs).

⁽²⁾ Conditions dans une "zone 2" ATEX: 

• l'installation d'appareils inadaptés à l'utilisation dans ces zones potentiellement explosives doit être évitée (les exigences minimales en matière d'équipement sont : 3G IIB T4) ;
• les flammes nues, les étincelles et les travaux à chaud doivent être évités ;
• les sources d'inflammation dues à des procédés doivent être évitées, car elles sont susceptibles de donner lieu à une inflammation à distance (rayonnements ionisants et non ionisants) ;
• les effets directs et indirects de l'électrocution doivent être évités ;
• les charges électrostatiques doivent être évitées ;
• il faut éviter les interférences avec les éléments qui peuvent être dangereux, notamment les systèmes d'égouts, les ouvertures vers les murs de soutènement en pierre, les espaces souterrains, les lignes électriques, les entrepôts de matières inflammables, les chemins de fer, les autoroutes, etc.
• Dans la "zone" de sécurité, le stockage de fluide frigorigène doit être évité

⁽³⁾ La réglementation dite ATEX demande à tous les exploitants de maîtriser les risques relatifs à l'explosion, au même titre que tous les autres risques professionnels. Pour cela, une évaluation des risques d'explosion du site est nécessaire pour permettre de déterminer tous les lieux où peuvent se dégager des éléments explosifs : il s'agit du DRPCE (Document relatif à la protection contre les explosions).