HEAT PUMPS
Cool and Comfort 104 – février 2025
Mesures de sécurité relatives aux pompes à chaleur à hydrocarbures
Recommandations de l’IIF/IIR
L’instauration du règlement sur les gaz fluorés marque le début de la transition vers les réfrigérants naturels pour pompes à chaleur résidentielles ainsi que l’avènement d’une nouvelle génération d’appareils au R290 (propane). Outre son impact environnemental limité, le propane présente de bonnes propriétés thermodynamiques. Toutefois, son inflammabilité constitue le principal obstacle à son adoption généralisée. La percée de ce réfrigérant sur le marché dépendra donc dans une large mesure de l’efficacité des mesures de sécurité requises. L’Institut international de la réfrigération s’est penché sur la question.
Dans ce document intitulé « Pompes à chaleur domestiques aux hydrocarbures » et publié par l’IIR, des experts s’arrêtent sur divers aspects de cette technique : sécurité, politique, évolution technique et données du marché. Quant à la généralisation de l’usage d’hydrocarbures dans les pompes à chaleur, l’un des facteurs cruciaux réside dans la sécurité. De nouvelles dispositions viennent d’entrer en vigueur (CEI 60335-2-40 : 2022). La réglementation future devrait autoriser l’application de méthodes innovantes de maîtrise des risques d’incendie. La réduction de la capacité en réfrigérant constitue l’une des principales pistes à l’étude.
Concepts de sécurité présentés par l’IIR.
Amélioration de l’étanchéité du système
Toute amélioration de l’étanchéité se traduit par une réduction sensible des risques. En effet, certains composants fuient plus volontiers que d’autres. Ainsi, les raccords coniques sont moins fiables que les raccords soudés dont de qualité. Ces derniers assurent une bonne étanchéité pendant toute la durée de vie de l’installation.
Prévention des sources d’inflammation
Pour qu’un corps s’enflamme, il faut que l’énergie libérée par une étincelle soit suffisante ou que sa température soit supérieure à une valeur seuil. L’énergie minimale d’inflammation et la température d’auto-inflammation diffèrent en fonction de la substance inflammable. Des normes de sécurité (EN 378 ou CEI 60355-2-40) énoncent des critères spécifiques auxquels doivent se conformer les composants électriques et/ou surfaces chaudes pour réduire ces risques.
Respect de distances minimales
Le respect de distances minimales s’impose entre les appareils et sources éventuelles d’inflammation. Il convient aussi de prévenir toute accumulation de réfrigérant en cas de fuite. Arrêtées par la directive ATEX, ces distances sont généralement soumises à la réglementation relative aux environnements dangereux (CEI EN 60079-10-1). S’agissant des unités monoblocs extérieures, la distance minimale requise est inférieure à 1 m. Les pompes à chaleur à réfrigérants incombustibles requièrent aussi le respect d’une distance minimale afin de garantir une circulation satisfaisante de l’air.
Limitation des pertes maximales dues aux fuites
On distingue deux types de limitation en fonction de la quantité de réfrigérant susceptible d’être libérée.
Limitation passive : quantité de réfrigérant présente dans l’huile et l’installation à la pression atmosphérique
Limitation active : mise en oeuvre de dispositifs de sécurité tels que des soupapes pour maintenir le réfrigérant dans la partie encore intacte de l’installation.
Limitation de la capacité en réfrigérant
La méthode la plus efficace pour limiter les pertes éventuelles consiste à restreindre strictement la capacité en réfrigérant. Ces limites ont pour effet de brider les applications potentielles d’installations aux hydrocarbures. Par ailleurs, de telles restrictions peuvent être motivées par des intérêts commerciaux ou imputables à une certaine frilosité. Si la plupart des réglementations relatives aux substances inflammables (dir. euro. Atex) ne prescrivent aucune restriction de cette nature, elles reposent néanmoins sur la conjugaison de mesures de sécurité. La récente révision de la norme de sécurité relative aux climatiseurs et pompes à chaleur (CEI 60335-2-40 ; 2022) autorise l’usage de substances inflammables en quantité plus importante. De telles quantités sont admises à condition que soient prises des mesures de maintien des concentrations à un niveau acceptable en cas de fuite.
En revanche, la superficie du local d’installation n’est soumise à aucune limite inférieure si la capacité en réfrigérant par circuit est inférieure à 4xL.I.I. Pour le R290, cette valeur s’élève à 4x0,038 kg = 0,152 kg. La conception d’appareils d’une capacité inférieure à 150 g a nécessité un travail intense. Le projet LC150 mené au Fraunhofer ISE a vu la conception d’un appareil d’une puissance nominale de 12,8 kW à B0/W35 pour une capacité de 124 g de propane. Le projet Ecopac a également débouché sur la création d’une pompe à chaleur basse température d’une puissance max. de 12 kW pour une capacité limitée à 120 g de R600a. Diverses unités à capacité restreinte en réfrigérant ont fait leur apparition sur le marché.
Ventilation de locaux
Bien que ce concept ne soit pas explicitement décrit dans les normes de sécurité, le fonctionnement de pompes à chaleur sur air extrait repose déjà sur le R290. L’air vicié aspiré par la pompe à chaleur se mue en source de chaleur. Comme cet air traverse l’évaporateur et l’enceinte de la pompe à chaleur, les pertes éventuelles de R290 sont refoulées avec l’air vicié. Les pertes dues à toute fuite côté condenseur sont aussi refoulées avec l’air vicié. Des études montrent que la dispersion des pertes est déjà homogène dans un rayon de 1 m env. au sein de la gaine aéraulique.
Enceinte à ventilation mécanique
Ce concept s’applique déjà aux pompes à chaleur intérieures au R290 dont la capacité en réfrigérant est égale ou inférieure à 130xL.I.I. (env. 5 kg). Une enceinte parfaitement close, à l’exception d’une entrée et d’une sortie d’air, abrite le circuit de climatisation. Le flux d’air est entraîné par un ventilateur fonctionnant en continu ou raccordé à un détecteur de fuites. Dans ces deux cas, le système est également équipé d’un capteur de débit d’air. Si le débit d’air mesuré descend en deçà d’une valeur limite minimale, la pompe à chaleur est mise hors service.
Enceinte à ventilation naturelle
Vu le coût et la complexité de toute ventilation mécanique, d’aucuns se sont penchés sur diverses variantes à ventilation naturelle, reposant sur l’effet de cheminée, la convection thermique ou la pression du vent. Ces systèmes présentent les avantages suivants : coût négligeable des composants et absence de système mécanique susceptible de tomber en panne.
Autres concepts de limitation des risques
D’autres méthodes de prévention des risques de concentrations dangereuses dans les espaces confinés sont à l’étude. L’une d’entre elles réside dans l’usage du charbon actif (moins de 2 kg par kg de réfrigérant), lequel absorberait toute perte éventuelle de réfrigérant. La structure d’une pompe à chaleur intègre sans peine un charbon actif bon marché.
Conclusion : nombreuses sont les méthodes de maîtrise des risques d’incendie inhérents aux pompes à chaleur au propane. Leur potentiel s’avère des plus intéressants dans le domaine du chauffage résidentiel.
Par Alex Baumans
