Types de réfrigérant communs utilisés dans les refroidisseurs

Les réfrigérants dans les refroidisseurs fonctionnent dans un cycle de réfrigération, généralement la compression ou l'absorption de vapeur, où ils passent entre les états liquides et gazeux pour déplacer la chaleur du processus vers l'environnement. Le choix du réfrigérant dépend de facteurs tels que la capacité de refroidissement, l'impact environnemental, la sécurité, le coût et la conception du système. Bien qu'aucun réfrigérant ne soit parfait pour chaque scénario, plusieurs se distinguent comme largement utilisés dans les plantes de refroidisseur en raison de leur efficacité et de leur adaptabilité. La poussée mondiale pour réduire les émissions de gaz à effet de serre et l'épuisement de l'ozone ont conduit à des éloignements de réfrigérants plus anciens, ce qui entraîne l'innovation dans les alternatives de potentiel de réchauffement à faible teneur en globaux (GWP) et de potentiel de déplétion zéro-ozone (ODP).

Types de réfrigérant communs et leurs caractéristiques

Vous trouverez ci-dessous une ventilation détaillée des réfrigérants les plus répandus dans les systèmes de refroidissement, organisés par type, propriétés et applications. Cette section comprend un tableau pour la clarté et couvre l'utilisation actuelle et historique, reflétant la transition vers des options durables.

Eau (R718)

• Propriétés: L'eau est un réfrigérant naturel avec une excellente conductivité thermique, une capacité d'absorption de chaleur élevée et un point d'ébullition de 212 ° F (100 ° C) à une pression standard.
• Avantages: Il est non toxique, largement disponible, rentable et respectueux de l'environnement, sans ODP ni GWP. Son abondance en fait une solution à faible coût pour les grands systèmes.
• Inconvénients: Son efficacité est sensible aux températures ambiantes et peut corroder les composants du système, ce qui augmente les coûts de maintenance. L'eau n'est pas pratique pour les refroidisseurs de compression de vapeur en raison de son point d'ébullition élevé et est principalement utilisé dans les refroidisseurs d'absorption avec une source de chaleur comme la vapeur ou l'eau chaude.
• Applications: Courant couramment dans les refroidisseurs d'absorption à grande échelle pour les processus industriels où la chaleur des déchets est disponible, comme dans les usines chimiques ou les systèmes de refroidissement du district. Il est moins courant dans les systèmes de compression de vapeur en raison des limitations opérationnelles.

R134A (HFC)

• Propriétés: Un hydrofluorocarbone (HFC) avec des caractéristiques thermiques stables, une faible toxicité et un point d'ébullition de -15 ° F (-26 ° C). C'est non corrosive et non inflammable.
• Avantages: Largement utilisé en raison de sa fiabilité et de sa ODP minimale, ce qui en fait une alternative plus sûre aux réfrigérants plus anciens comme R12. Il est efficace dans le refroidissement à température moyenne et compatible avec les systèmes existants.
• Inconvénients: Son GWP de 1 430 contribue aux émissions de gaz à effet de serre, conduisant à une phase de réduction des accords comme l'amendement Kigali au protocole de Montréal. Il est également remplacé dans certaines régions en raison de préoccupations environnementales.
• Applications: Populaire dans la climatisation automobile, les refroidisseurs commerciaux et les systèmes industriels, bien que son utilisation diminue en faveur des options de GWP inférieures. On le trouve souvent dans les refroidisseurs de taille moyenne pour les applications CVC.

R407C (mélange HFC)

• Propriétés: Un mélange de R32, R125 et R134A, avec un point d'ébullition de -46 ° F (-43 ° C) et un GWP de 1 774.
• Avantages: Capacité de refroidissement plus faible que R410A mais moins chère et plus respectueuse de l'environnement que R22, avec zéro ODP. Il est souvent utilisé comme rénovation pour les systèmes R22, offrant une compatibilité avec l'équipement existant.
• Inconvénients: A toujours un GWP significatif, et ses performances sont légèrement moins robustes que R410A, nécessitant une conception minutieuse du système.
• Applications: Utilisé comme modernisation R22 dans la climatisation et les refroidisseurs industriels de taille moyenne, en particulier dans les régions en transition des HCFC.

R404A (mélange HFC)

• Propriétés: Un mélange de R125, R143A et R134A, avec un point d'ébullition de -51 ° F (-46 ° C) et un GWP de 3 922.
• Avantages: Efficace pour les applications à basse et moyenne température, servant de remplacement pour les CFC et les HCFC plus anciens. Il offre une grande efficacité dans les systèmes de stockage et de congélation à froid.
• Inconvénients: Le GWP extrêmement élevé limite son utilisation future, avec des éliminations accélérant à l'échelle mondiale dans le cadre des réglementations environnementales. Il est également plus cher à gérer en raison de son impact environnemental.
• Applications: Trouvé dans la réfrigération commerciale et certains refroidisseurs industriels, en particulier le stockage à froid, mais supplantés par des alternatives comme R448A en raison de la pression réglementaire.

R717 (ammoniac)

• Propriétés: Un réfrigérant sans halogène avec un point d'ébullition de -28 ° F (-33 ° C) et la plus grande capacité d'absorption de chaleur par volume parmi les réfrigérants courants.
• Avantages: Très efficace, avec des propriétés thermiques stables, un GWP de 0 et pas d'ODP. Sa forte odeur facilite la détection des fuites, et il est rentable pour les grands systèmes.
• Inconvénients: Toxique et inflammable, nécessitant une manipulation minutieuse et des mesures de sécurité robustes. Il est corrosif pour le cuivre, la limitation des choix de matériaux et l'augmentation des coûts d'installation.
• Applications: Dominant dans les grandes usines de refroidisseur industriel, telles que la transformation des aliments, le stockage du froid et la fabrication de produits chimiques, où son efficacité l'emporte sur les problèmes de sécurité. Il est particulièrement adapté aux systèmes avec de grandes charges de refroidissement.

R410A (mélange HFC)

• Propriétés: Un mélange de R32 et R125, non inflammable, avec un point d'ébullition de -61 ° F (-52 ° C) et un GWP de 2 088.
• Avantages: Capacité de refroidissement élevée et efficacité, ce qui en fait un remplacement courant pour R22 dans la climatisation et les refroidisseurs. Il fonctionne à des pressions plus élevées, améliorant le transfert de chaleur.
• Inconvénients: Le GWP élevé entraîne sa phase et il nécessite des pressions opérationnelles plus élevées que certaines alternatives, ce qui augmente les coûts du système.
• Applications: Largement utilisé dans les refroidisseurs CVC commerciaux et les plus petits systèmes industriels, bien que la transition vers des options GWP inférieures soit en cours, en particulier avec les interdictions à venir dans certaines régions d'ici 2025.

R744 (dioxyde de carbone, CO2)

• Propriétés: Un réfrigérant naturel avec un point d'ébullition de -109 ° F (-78 ° C) à une pression standard, non inflammable et non toxique en faibles concentrations.
• Avantages: Respectueux de l'environnement avec un GWP de 1 et zéro ODP. Il est abondant et fonctionne bien dans les cycles transcritiques, offrant une efficacité de transfert de chaleur élevée.
• Inconvénients: Nécessite des systèmes à haute pression (jusqu'à 4 000 psi), augmentant les coûts d'installation et de maintenance. Les fuites dans les espaces confinés peuvent déplacer l'oxygène, posant des risques de sécurité.
• Applications: De plus en plus utilisé dans la réfrigération commerciale, comme les refroidisseurs de supermarchés et les systèmes industriels où la durabilité est une priorité, en particulier en Europe et en Amérique du Nord.

Hydrocarbures (par exemple, R290 - Propane, R600A - Isobutane)

• Propriétés: Natural refrigerants with low boiling points (e.g., R290 at -44°F/-42°C), excellent thermodynamic properties, and minimal environmental impact (GWP < 4, ODP = 0).
• Avantages: Haute efficacité, faible coût et écologique, ce qui les rend viables pour un refroidissement durable. Ils gagnent en popularité en tant que remplacements pour les HFC.
• Inconvénients: Très inflammable, nécessitant des systèmes de sécurité spécialisés et limitant leur utilisation dans des zones densément peuplées ou de grands paramètres industriels.
• Applications: Utilisé dans la réfrigération domestique et certains refroidisseurs industriels, en particulier dans les régions priorisant les solutions vertes, comme l'Europe et dans les petits systèmes où les mesures de sécurité sont gérables.

R123 (HCFC-123)

• Propriétés: Un hydrochlorofluorocarbone (HCFC) avec un point d'ébullition de 82 ° F (28 ° C), utilisé historiquement dans des refroidisseurs centrifuges à basse pression.
• Avantages: Efficace pour les systèmes à basse pression et compatible avec les équipements plus anciens.
• Inconvénients: Appauvrissant l'ozone avec un GWP de 77, conduisant à son élimination sous le protocole de Montréal. La production a cessé dans les pays développés d'ici 2020.
• Applications: Trouvé dans les refroidisseurs hérités, étant maintenant modernisé ou remplacé par des alternatives comme R245FA ou R1233ZD.

R1233ZD

• Propriétés: Un réfrigérant à faible GWP (GWP = 4,5) avec un point d'ébullition de 50 ° F (10 ° C), classé comme A1 (faible toxicité, non inflammable).
• Avantages: Respectueux de l'environnement avec zéro ODP et faible toxicité, ce qui en fait un choix durable pour les nouveaux systèmes.
• Inconvénients: Nécessite une refonte du système pour la compatibilité et est moins établie sur le marché par rapport aux HFC.
• Applications: Utilisé dans de nouveaux refroidisseurs à basse pression comme alternative durable aux HCFC plus anciens, gagnant du terrain dans les conceptions modernes.

R514A (mélange HCFC)

• Propriétés: Un mélange de HFOS avec un GWP de 7, classé comme B1 (légèrement inflammable).
• Avantages: GWP faible et zéro ODP, offrant une option durable pour les refroidisseurs à basse pression.
• Inconvénients: Son inflammabilité nécessite des considérations de sécurité, limitant son utilisation dans certains environnements.
• Applications: Utilisé dans les refroidisseurs à basse pression comme alternative à R123, en particulier dans les nouveaux conceptions d'équipements.

Le tableau suivant résume les propriétés et les applications clés de ces réfrigérants pour une référence facile:

Sélection du réfrigérant droit

Le choix d'un réfrigérant implique d'équilibrer l'efficacité, la sécurité, le coût et l'impact environnemental:

• Exigences de refroidissement: Les besoins à haute capacité favorisent l'ammoniac ou le R410A; Les applications à basse température peuvent utiliser R404A ou hydrocarbures.
• Règlements environnementaux: Optez pour des options de faible GWP comme R744 ou R717 pour répondre aux normes comme l'amendement Kigali, qui entraîne des phase de phase de HFC GWP élevé.
• Conception du système: Les réfrigérants à haute pression (par exemple, R744, R410A) ont besoin de composants robustes; Les systèmes d'absorption de l'eau et de l'ammoniac, tandis que les HFC s'adaptent aux configurations de compression de vapeur.
• Sécurité: Les options non toxiques et non inflammables comme R134A ou R744 sont plus sûres dans les zones peuplées, tandis que l'ammoniac nécessite une manipulation stricte en raison d'une toxicité.
• Coût: L'eau et les hydrocarbures sont économiques à l'avance, mais les coûts d'installation et d'entretien varient (par exemple, élevé pour R744 en raison des besoins en pression).

Conclusion

Les types de réfrigérant les plus courants utilisés dans les refroidisseurs comprennent l'eau (dans les systèmes d'absorption), R134A, R407C, R404A, l'ammoniac (R717), R410A, le CO2 (R744) et les hydrocarbures comme R290, ainsi que de nouvelles options comme R1233ZD et R514A. Cependant, en raison des réglementations environnementales et des objectifs de durabilité, il y a une évolution claire vers des réfrigérants à faible GWP tels que le CO2, l'ammoniac et les HFO. Lors de la sélection d'un réfrigérant, des facteurs tels que la capacité de refroidissement, l'impact environnemental, la sécurité, le coût et la conformité réglementaire doivent être soigneusement considérés pour optimiser les performances du refroidisseur tout en répondant aux normes modernes.