Dissoudre le nœud gordien

Dénouer le nœud – avec la bonne technique, il n'y a également aucun risque d'explosion avec des liquides de refroidissement inflammables. (Illustration : ZIEHL-ABEGG)

Une partie de la solution d'un nœud indéchiffrable – la technologie de ventilation ECblue de Ziehl-Abegg. (Illustration : ZIEHL-ABEGG)

Uwe Michael Martin, Chef de département des ventilateurs axiaux ZIEHL-ABEGG SE

Une partie de la solution d'un nœud indéchiffrable – la technologie de ventilation ECblue de Ziehl-Abegg. (Illustration : ZIEHL-ABEGG)

Déjà dans l'histoire ancienne, on recherchait des moyens de climatiser des lieux pour le bien-être ou pour le stockage, par exemple, d'aliments. La technologie moderne de refroidissement est indispensable aussi bien dans le domaine domestique que dans le secteur industriel ; le réfrigérateur privé est aussi important que les installations de refroidissement industrielles. Pendant des siècles, la glace et la neige étaient des aides appréciées pour la régulation de la température, mais lors de l'industrialisation, avec la découverte du cycle de compression des réfrigérants au 19e siècle, la première étape vers des machines frigorifiques utilisant des processus techniques-chimiques a été franchie. L'utilisation de réfrigérants à cette époque s'est avérée déterminante, mais les gaz réfrigérants eux-mêmes restent problématiques, comme hier. Il est donc nécessaire de se concentrer sur l'optimisation des appareils en contact ou en interaction avec ces réfrigérants. C'est ce que Ziehl-Abegg a réussi à faire avec ses ventilateurs ECblue.

Inflammable, toxique, nuisible à l'environnement – Les réfrigérants comme défi

Il existe deux types de réfrigérants, naturels et synthétiques. Les premiers sont des substances présentes dans la nature, comme les hydrocarbures, le dioxyde de carbone ou l'ammoniac. Les seconds sont fabriqués artificiellement, comprenant des halogénures de chlorofluorocarbures (CFC ou H-CFC) et des halogénures de fluorocarbures (HFC ou H-FKW). Malgré leurs avantages respectifs, ces deux types présentent aussi des inconvénients. Dans les premiers systèmes de refroidissement par compression, on utilisait des substances naturelles. Cependant, en raison de leur inflammabilité et de leur toxicité, elles représentent un danger considérable, notamment en cas de fuite. Lors de leur commercialisation dans les années 1930, les réfrigérants synthétiques à base d'hydrogure de halogène, qui n'étaient ni directement inflammables ni toxiques, semblaient résoudre le problème, étant qualifiés de réfrigérants de sécurité. Mais dans les années 1970, il est devenu évident que l'on était dans une impasse, car les CFC étaient responsables de la dégradation de la couche d'ozone. En 1987, le Protocole de Montréal, un accord international contraignant, a obligé les États à rechercher des alternatives. Par la suite, les chlorofluorocarbures ont été remplacés par des hydrofluorocarbures (HFC), dans lesquels les atomes de chlore ont été partiellement ou totalement substitués par des atomes de fluor ou d'hydrogène. L'histoire se répète, car il s'est avéré que les HFC sont également très nuisibles à l'environnement, en raison de leur haut potentiel de réchauffement global (GWP), contribuant au changement climatique, ce qui rend paradoxalement leur utilisation comme réfrigérants une cause majeure du réchauffement de la Terre. La conséquence en a été, entre autres, le règlement européen 517/2014, connu sous le nom de règlement F-Gaz (entré en vigueur en 2015), qui prévoit une réduction progressive (phase-down) de la quantité de réfrigérants fluorés disponibles sur le marché d'ici 2030. La gravité de la situation est telle que l'interdiction rapide de l'un des réfrigérants les plus couramment utilisés, R134a, n'est pas exclue. Il est clair que, en Europe, les réfrigérants synthétiques joueront un rôle de moins en moins important. La solution réside dans des gaz qui n'endommagent ni la couche d'ozone ni l'environnement, ce qui remet en question l'utilisation de réfrigérants naturels. Ainsi, on revient à des problématiques que l'on pensait résolues. Bien que le développement de nouveaux gaz respectant ces exigences et possédant des propriétés thermodynamiques adaptées soit en cours, à moyen terme, il est impossible de remplacer complètement les réfrigérants naturels, inflammables, en raison du manque d'alternatives à très faible GWP, ce qui impose de garantir une utilisation aussi sûre que possible.

Gestion des réfrigérants naturels – Inflammabilité versus risque d'explosion

Il est unanimement reconnu que l'utilisation sans danger de réfrigérants inflammables requiert des connaissances particulières, transmises par des guides (développés par exemple par la Chambre régionale de la technique frigorifique, climatique et de la réfrigération Hessen/Thüringen/Bade-Wurtemberg ou par l'Association des fabricants européens de composants pour la réfrigération et la climatisation, ASERCOM) et par des formations. Le choix du réfrigérant peut influencer la conception, les propriétés thermiques et la consommation énergétique d'une installation de refroidissement ; le fait que presque tous les réfrigérants naturels soient inflammables ou très inflammables (selon la norme DIN EN 378, classés en classes 1, 2, 2L et 3) a des répercussions sur l'ensemble du fonctionnement. Par exemple, une quantité plus importante de réfrigérant utilisée dans le secteur industriel, en raison de ses performances supérieures à celles du secteur privé, nécessite des mesures de protection accrues. Pour minimiser le risque en cas de fuite d'un réfrigérant inflammable, le lieu d'installation doit disposer d'un volume libre suffisant pour assurer une dilution adéquate. Il peut y avoir des restrictions sur la quantité installée ou remplie dans certaines pièces ou bâtiments entiers. Pour la sécurité préventive ou en cas d'urgence, des signaux d'alarme optiques et acoustiques ou un système de ventilation peuvent être nécessaires. Les sources d'ignition doivent absolument être éloignées des unités ou des chambres froides. La gestion des réfrigérants naturels peut parfois nécessiter des modifications complètes des installations et des composants, ainsi que des certifications. Respecter ces particularités pour l'ensemble de l'installation ou ses parties peut garantir un fonctionnement sans problème. Cependant, la relation entre réfrigérants naturels et zones potentiellement explosives est moins critique qu'on ne le pense parfois. Comme les hydrocarbures peuvent former des mélanges explosifs avec l'air, la dangerosité d'explosion doit être évaluée par l'exploitant selon la directive 1999/92/CE (ATEX 137), en déterminant la zone (basée sur la probabilité et la durée d'apparition d'une atmosphère explosive), le groupe d'explosion (caractéristique spécifique à la substance et critère de la capacité d'auto-inflammation du gaz) et la température d'inflammation (les classes de température indiquent la température maximale qu'une surface dans la zone explosive peut atteindre sans déclencher une explosion). Comme un environnement explosif ne se produit généralement pas en fonctionnement normal, mais uniquement en cas de fuite (par exemple, suite à une défaillance d'une conduite), les réfrigérants sont classés dans une zone à faible risque. Ils occupent généralement leur place dans la catégorie la plus basse de groupe d'explosion et de classe de température (ce qui permet des températures de surface plus élevées). Du point de vue de la sécurité contre l'explosion, les réfrigérants naturels sont donc en grande partie peu critiques, surtout si les appareils appropriés sont utilisés, minimisant ainsi les risques d'incidents et offrant les conditions nécessaires à l'utilisation de réfrigérants inflammables.  

Le bon appareil – le ventilateur ECblue de Ziehl-Abegg

Les composants essentiels en technique de refroidissement sont les ventilateurs, notamment les ventilateurs axiaux. Lors de leur sélection, des aspects de sécurité doivent également être pris en compte dans la conception des machines frigorifiques. Les ventilateurs et moteurs doivent être certifiés pour une utilisation dans des installations utilisant des réfrigérants inflammables et répondre aux exigences de la norme DIN EN 60335-2-40 (notamment pour les pompes à chaleur et les refroidisseurs) ou 2-89 (notamment pour les comptoirs de refroidissement commerciaux). Par exemple, même si en fonctionnement normal il n’y a pas de point de contact, lors de l’utilisation de gaz réfrigérants inflammables, une différence de température doit être respectée entre le composant électrique le plus chaud pouvant entrer en contact avec le réfrigérant et la température d’auto-inflammation du réfrigérant. Les exigences sont encore plus strictes dans une zone explosive. Comme il a été constaté que la zone explosive joue un rôle quasi nul, le respect de ces normes suffit généralement. Ces exigences sont remplies par les ventilateurs axiaux ECblue de Ziehl-Abegg. Ils peuvent donc être utilisés sans problème avec des réfrigérants inflammables, conformément à la norme, en tenant compte des exigences spécifiques lors de l’installation ou de l’utilisation. La technologie ECblue de Ziehl-Abegg contribue à rompre le cercle vicieux des problématiques liées aux gaz réfrigérants, en assurant que le circuit de refroidissement continue de fonctionner même avec des réfrigérants difficiles, mais actuellement irremplaçables.