Quelques considérations sur les réfrigérants
Quelques considérations sur les réfrigérants

Le choix du réfrigérant a une incidence sur les performances et le comportement de tout système de pompe à chaleur.  Les réfrigérants les plus intéressants à l'heure actuelle pour les pompes à chaleur sont le R-410A et le R-407C.

Si l'on compare les compresseurs pour le R-410A et le R-407C en analysant leur coefficient de performance respectif, le R-410A ne semble pas être la meilleure solution.

Par contre, si nous élargissons le champ de l'analyse et analysons le système de pompe à chaleur dans son ensemble, les avantages immédiats de ce système deviennent évidents.

En étudiant d'abord le condenseur, dans lequel l'eau chaude est produite, nous pouvons voir ce que confirment les chiffres des profils de température : en raison de l'absence de glissement de température du R-410A, son point de rosée est inférieur à celui du R-407C de 2K en moyenne, d'où un meilleur rendement du système.

Des températures de condensation plus basses pour une température d'eau donnée sont avantageuses. En raison de l'absence de glissement de température du R-410A, il est plus facile d'obtenir une température de condensation plus basse. Pour le R-407C, qui présente un glissement important, il est presque obligatoire d'utiliser un réservoir de liquide pour maintenir la température de condensation la plus basse possible. Dans ce cas, l'effet de sous-refroidissement joue un rôle important. Exempt de glissement, le R-410A est capable de maintenir un sous-refroidissement constant de 3,5 K sans réservoir de liquide. Les systèmes à base de R-407C nécessitent un réservoir de liquide pour maintenir un sous-refroidissement stable de 1,5 K.

Dans l’ailette, la même température d'évaporation est utilisée pour le R-410A et le R-407C. Toujours en raison de l'absence de glissement de température, le groupe nécessitera moins de cycles de dégivrage. Cet effet n'a cependant pas été pris en compte, car il dépend fortement de la conception de l'ailette et du débit d'air.

Dans les étapes suivantes, pour évaluer plus profondément l'effet de différents réfrigérants sur le système global de pompe à chaleur, cinq compresseurs différents ont été utilisés pour concevoir un système de pompe à chaleur, et il en résulte différents coefficients de performance dans différentes conditions. 

  • ZP42KSE – R-410A en climatisation
  • ZH12K1P – Nouveau R-410A optimisé pour le chauffage
  • ZHI11K1P – Nouveau R-410A optimisé pour le chauffage avec injection de vapeur optimisée
  • ZH38K4E – R-407C optimisé pour le chauffage
  • ZH13KVE – R-407C optimisé pour le chauffage avec injection de vapeur optimisée

Il est à noter que seuls les modèles à injection de vapeur optimisée peuvent atteindre les conditions d'air à -7°C et eau +55°C, grâce à leur enveloppe étendue. Le ZP42 (compresseur typique en climatisation) n'est visiblement pas adapté aux applications à haute température en général, mais il a été choisi comme base de comparaison dans cette analyse. C'est cependant un modèle adapté pour les températures d'eau très basses.

La norme prEN14825 a servi de référence pour calculer le coefficient de performance saisonnier et les coûts de fonctionnement annuels. Cette norme divise aussi l'Europe en trois différentes zones climatiques : chaude, moyenne et froide.

La production d'eau chaude sanitaire est incluse, calculée sur une base de 20 % des besoins totaux annuels de chauffage.

À la suite de cette évaluation, voici pour résumer les avantages du R-410A :

  • Meilleur rendement du système dans toutes les conditions climatiques
  • Coût de fonctionnement inférieur
  • Importantes économies sur les factures d'électricité pour l'utilisateur final

Dans tous les cas, les compresseurs pour chauffage Copeland Scroll™ (ZH) à base de R-407C et R-410A apportent des améliorations importantes, dans les climats froids et moyens, aux applications de chauffage par le sol et par radiateurs, ainsi que pour la production d'eau chaude sanitaire. L'injection de vapeur optimisée augmente encore davantage le rendement et l'enveloppe de fonctionnement. Elle est donc particulièrement recommandée pour les climats froids et les pompes à chaleur pour eau très chaude.

Les compresseurs de climatisation standard peuvent être intéressants pour les climats chauds et les faibles températures d'eau, mais des conditions de fonctionnement plus restrictives peuvent entraîner une utilisation excessive du chauffage électrique.

Consulter l'étude entière (en anglais): R410A - R407C, A Refrigerant Analysis for Air to Water Heat Pump Applications..