Pompes à chaleur propane : passez au réfrigérant naturel R290

Les pompes à chaleur au propane tirent leur énergie pour le chauffage, comme toutes les pompes à chaleur, de l’environnement. La différence est qu’ils fonctionnent avec le propane réfrigérant naturel (R290). Bien qu’aucun composant adapté à l’utilisation de ce réfrigérant n’ait été disponible pendant longtemps, la technologie disponible dans le commerce s’est récemment établie. Mais pourquoi les fabricants de pompes à chaleur et les exploitants d’installations s’intéressent-ils aux pompes à chaleur au propane ? Dans quelle mesure la technologie est-elle sécurisée ? Et quels sont les avantages du R290 pour les utilisateurs résidentiels ? Nous clarifions ces questions et d’autres dans cet article.

Une pompe à chaleur fonctionne avec un fluide frigorigène. C’est un liquide qui se vaporise à une température extrêmement basse. Pour générer de la chaleur, le réfrigérant liquide absorbe l’énergie de l’environnement. Sous forme de vapeur, il entre dans un compresseur, qui comprime le réfrigérant. En conséquence, il devient très chaud et cède son énergie au circuit de chauffage, ce qui le refroidit et redevient liquide. Le cycle recommence.

Pendant longtemps, les hydrocarbures fluorés (appelés gaz fluorés) tels que le R134a ou le R410A ont été utilisés comme réfrigérants pour les pompes à chaleur. Mais depuis que les effets destructeurs de ces réfrigérants synthétiques sur le climat ont été reconnus, il est devenu clair : les réfrigérants nocifs pour le climat doivent être rendus rares. Ceci est réglementé dans le règlement dit F-Gas (Règlement UE n° 517/2014 sur les gaz à effet de serre fluorés). Il inclut le « phase down », qui limite l’utilisation de substances à fort potentiel de réchauffement global (GWP, voir encadré) et les rend peu attractives en termes de coûts. Les fluides frigorigènes à fort potentiel de réchauffement climatique, comme le R22, sont désormais interdits dans les nouveaux systèmes. Les systèmes insuffisamment entretenus peuvent présenter des fuites. Dans ce cas, mais au plus tard lorsque le réfrigérant doit être éliminé, les effets nocifs sur le climat des réfrigérants synthétiques entrent en jeu.

Les exigences modifiées pour les réfrigérants ont conduit au fait que l’agent propane, connu sous le nom de « R290 », s’est imposé. C’est une matière première naturelle et, grâce à un GWP de trois, il est nettement moins nocif pour l’environnement et le climat. Le niveau de pression et la capacité de refroidissement sont similaires aux propriétés des réfrigérants conventionnels. De plus, l’efficacité optimale, les excellentes propriétés thermodynamiques et la disponibilité à bas prix dans le monde entier plaident en faveur du R290 comme alternative pour remplacer les réfrigérants synthétiques du passé.

Si vous aimez faire des grillades, vous avez peut-être utilisé du propane pour chauffer votre barbecue à la maison. Qu’en est-il de la sécurité de cet agent hautement inflammable ? En effet, les exigences de sécurité sont élevées, c’est pourquoi les pompes à chaleur au propane n’ont longtemps été utilisées que dans le secteur commercial, comme pour les grandes installations industrielles.

Grâce à des concepts de sécurité fiables, de nombreux fabricants de pompes à chaleur proposent désormais également des pompes à chaleur au propane de petite à moyenne taille. Et pas seulement pour une utilisation commerciale dans la plage de puissance de chauffage supérieure à 80 kilowatts (kW), mais aussi pour les bâtiments résidentiels privés. Parce que la technologie a évolué. Les aspects suivants plaident en faveur de la sécurité des pompes à chaleur au gaz propane :

• compresseurs spéciaux d’où aucun propane ne peut s’échapper
• Circuits frigorifiques hermétiquement clos sans contact avec le circuit d’eau
• très petite quantité de réfrigérant
• Distances minimales fixes aux puits de lumière et aux portes de cave

Mot-clé installation : Les pompes à chaleur au propane étant des pompes à chaleur dites monobloc dont le circuit frigorifique est fermé, le chauffagiste responsable n’a plus besoin d’un certificat frigorifique pour installer une pompe à chaleur au R290.

Avec le prototype LC150, l’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire a réussi en 2019 à réduire la quantité de remplissage du réfrigérant propane à tel point que les pompes à chaleur au propane peuvent également être installées et utilisées à l’intérieur des bâtiments. Un échangeur de chaleur spécial était au cœur de la plate-forme développée conjointement avec l’industrie et avec la participation de l’État. Depuis lors, de nombreux fabricants européens de pompes à chaleur, qui jusqu’à présent développaient leurs propres produits, ont utilisé les connaissances techniques. Cela leur permet de proposer des pompes à chaleur R290 prêtes à commercialiser et viables pour les maisons unifamiliales.

Une pompe à chaleur d’une puissance calorifique de cinq à dix kW, comme l’exigent les maisons unifamiliales, ne doit pas contenir plus de 150 grammes de fluide frigorigène. Si la valeur est dépassée, elle relève d’exigences de sécurité accrues, trop coûteuses et complexes pour les bâtiments résidentiels privés. A titre de comparaison : Le prototype de l’Institut Fraunhofer, « LC150 », ne nécessite que 20 grammes de propane par kilowatt de puissance. L’état de l’art, qui était habituel sur le marché jusqu’alors, était de 80 à 90 grammes par kilowatt et n’était donc pas rentable.

Le principal avantage des pompes à chaleur au propane est qu’elles sont plus respectueuses de l’environnement grâce au faible GWP de leur fluide frigorigène et ne sont donc pas concernées par le règlement F-Gaz. Le R290 lui-même offre des propriétés thermodynamiques favorables, des rendements élevés et des coûts constants. Pour un fonctionnement économique, les mêmes conditions s’appliquent que pour les pompes à chaleur avec d’autres fluides frigorigènes.

Les pompes à chaleur utilisant du gaz propane comme réfrigérant sont utilisées dans des plages de puissance allant de 4 kW à 25 kW. Cependant, ils sont également utilisés dans les grands systèmes commerciaux à partir d’une puissance calorifique de 80 kW. En principe, le propane peut remplacer les réfrigérants conventionnels dans tous les types de pompes à chaleur, qu’il s’agisse de pompes à chaleur air/eau, de pompes à chaleur saumure/eau ou de pompes à chaleur eau/eau. Les systèmes au propane peuvent être utilisés dans les maisons neuves et anciennes.

Il n’est pas possible de convertir les pompes à chaleur existantes au R290. Parce que le circuit frigorifique doit être spécialement conçu. De plus, les propriétés du propane imposent leurs propres exigences aux composants de la pompe à chaleur. Mais un changement ultérieur n’est pas nécessaire. Les fluides frigorigènes déjà en service peuvent continuer à être vendus. Seules les nouvelles installations sont concernées par le règlement F-Gaz. Selon l’Association fédérale des pompes à chaleur (BWP), il ne faut pas non plus s’attendre à des problèmes de remplissage avec les réfrigérants conventionnels, car les circuits de réfrigération des pompes à chaleur sont hermétiquement fermés et les anciens réfrigérants peuvent être recyclés pour être réutilisés.

Pour chauffer suffisamment les pièces et l’eau chaude, une pompe à chaleur doit amener l’eau du circuit de chauffage à une certaine température. En général, plus la température de départ est basse, meilleur est le fonctionnement. Ce n’est pas différent lors de l’utilisation du réfrigérant R290. Le propane est également utilisé dans les pompes à chaleur spéciales à haute température. Ils ont été développés pour une utilisation avec des températures de départ plus élevées et conviennent si aucune mesure de rénovation supplémentaire n’est prévue dans le bâtiment existant et si les radiateurs, par exemple, ne doivent pas être remplacés. Dans ces pompes à chaleur à haute température, le propane est souvent utilisé avec le CO₂.

Malgré toutes les mesures d’optimisation possibles, la règle suivante s’applique : plus la différence entre les températures de départ et de source ambiante est grande, plus le besoin en énergie est élevé. Dans les bâtiments existants, les exigences en matière d’efficacité énergétique des bâtiments – telles qu’une protection thermique supplémentaire par l’isolation ou l’installation d’un chauffage de surface (par exemple un chauffage par le sol) – ne doivent pas être négligées. Si une pompe à chaleur R290 doit être exploitée avec parcimonie, les besoins énergétiques de la maison sont finalement décisifs.

L’utilisation du réfrigérant R290 ne change rien aux prix que les fabricants de pompes à chaleur concernés facturent pour les pompes à chaleur R290 au propane. Selon le type de pompe à chaleur, les coûts d’acquisition ne diffèrent pas de ceux des autres systèmes. Il convient de noter que l’utilisation de fluides frigorigènes à fort potentiel de réchauffement global sera plus coûteuse au cours de la phase de réduction et fera de plus en plus l’objet d’interdictions. C’est pourquoi le propane est considéré comme plus pérenne en termes de coûts.

L’investissement dans une pompe à chaleur au propane peut être réduit grâce à des subventions de l’État. Vous pouvez choisir entre des subventions ou des prêts. Le critère distinctif dans la demande est de savoir si le projet est une mesure individuelle ou une étape dans le cadre de mesures ultérieures, telles qu’un nouveau bâtiment ou une rénovation complète. Vous trouverez plus d’informations à ce sujet dans notre article « Aperçu des subventions pour pompes à chaleur ».