La décarbonisation du parc de bâtiments en Suisse et l'augmentation de la conception passive entraînent une réduction des émissions de carbone opérationnelles. Alors que les équipements de bâtiment représentent en moyenne 11 % du carbone incorporé, leur coût global en carbone incorporé n'est actuellement pas pris en compte lors de la sélection des équipements. La capacité des équipements de génération de chaleur (kW) a un impact sur les tailles des équipements, des systèmes de distribution et des émetteurs de chaleur. Plus la capacité est grande, plus les composants de l'ensemble du système sont grands. Ainsi, la réduction de la capacité du système de chauffage réduira son carbone incorporé.
En ce qui concerne le carbone opérationnel, pour les systèmes de chauffage, cela dépend de la durée pendant laquelle le bâtiment doit être chauffé à la température souhaitée et de l'efficacité du système pour réguler passivement son environnement. Le carbone opérationnel peut être réduit avec un isolant efficace et la sélection de systèmes à haute efficacité opérationnelle.
Jusqu'à présent, l'accent de l'industrie a été mis sur le carbone opérationnel ; cependant, cette tendance s'améliorant avec le temps, le carbone incorporé devient un contributeur plus important, en particulier pour les bâtiments très efficaces conçus selon des normes telles que Minergie.
Réfrigérants
Les réfrigérants sont des fluides utilisés dans les pompes à chaleur lors du processus d'extraction de chaleur - le cycle de réfrigération. Les fluides utilisés doivent être adaptés avec des points d'évaporation et de condensation à des températures adéquates. Leur performance varie, et certains nécessitent une charge en fluide frigorigène plus importante, ce qui affecte l'efficacité du système.
Le potentiel de réchauffement global (PRG ou GWP en anglais) des réfrigérants varie considérablement, passant d'un PRG de 2088 pour le R410 à un PRG de 1 pour le R744. Les fuites de réfrigérant se produisent à trois stades : lors de la fabrication de l'équipement, pendant le fonctionnement de l'équipement et au moment de la mise au rebut. Le carbone global sur toute la durée de vie de l'équipement de pompe à chaleur peut être faible tant que les fuites de réfrigérant et le PRG du réfrigérant sont tous deux faibles. Le calcul du Cycle de Vie Complet (CVL) est très sensible à la demande énergétique, et à mesure que la demande énergétique diminue, l'impact des fuites de réfrigérant devient plus important. Dans le cas de bâtiments efficaces, les émissions de carbone associées aux fuites de réfrigérant représentent une part significative du CVL et peuvent produire plus d'émissions de carbone que l'énergie opérationnelle.
Considérations concernant l'utilisation de réfrigérants à faible PRG :
La plupart sont toxiques et peuvent nécessiter une détection des fuites
Ils ont tendance à nécessiter des pressions de fonctionnement élevées et donc présentent un risque plus élevé de fuites
Un COP plus faible signifie que l'équipement doit être plus grand et nécessitera plus d'énergie opérationnelle
À partir de 2022, les réfrigérants avec un PRG supérieur à 150 seront interdits dans les équipements de pompe à chaleur dans l'Union européenne.
Etude comparative
Nous avons sélectionné 4 unités avec un réfrigérant différent pour la comparaison :
- Option A : Monobloc air-eau avec un réfrigérant R32
- Option B : Ballon d'eau chaude thermodynamique avec un réfrigérant R290
- Option C : Monobloc air-eau avec un réfrigérant R744
- Option D : Monobloc air-eau avec un réfrigérant R290
Option A | Option B | Option C | Option D | |
Réfrigérant | R32 | R290 | R744 | R290 |
Type de gaz | Hydro fluoro Carbones (HFC) | Propane | Dioxyde de carbone CO2 | Propane |
Indice de réchauffement global | 677 | 4 | 1 | 3 |
Groupe de sécurité | A2L | A3 | A1 | A3 |
Toxique ? | Non | Oui | Non | Oui |
Inflammable | Oui | Oui | Non | Oui |
Pression de fonctionnement | Moyenne à haute pression | Moyenne à basse pression | Haute pression | Moyenne à haute pression |
Potentiel de fuite | Moyenne | Basse | Haute | Basse |
Charge en Kg | 0.8 | 0.15 | 1.15 | 0.6 |
Equivalent CO2 de la charge (En tonnes) | 0.5416 | 0.0006 | 0.0012 | 0.0018 |
Estimation des fuites sur 15 ans en équivalent CO2 (En tonnes) | 0.487 | 0.00054 | 0.001035 | 0.00162 |
Résumé des options
Option A - Monobloc air-eau utilisant le réfrigérant R32 (HFC)
- PRG élevé
- Pressions de fonctionnement moyennes à élevées
- Non toxique
- Inflammable. La légère inflammabilité limite la taille de la charge de réfrigérant (ne devrait pas être une limitation pour les habitations).
- Potentiel de fuite moyen
- 541,6 kg d'équivalent CO2 à pleine charge de réfrigérant pour l'unité sélectionnée
- 32,5 kg d'équivalent CO2 de fuite par an (hypothèse de 6 % de fuite par an)
- 487 kg d'équivalent CO2 sur une durée de vie de 15 ans
Option B - Ballon d'eau chaude sanitaire avec pompe à chaleur intégrée utilisant le réfrigérant R290 (HC)
- Faible PRG
- Pressions de fonctionnement moyennes à basses
- Toxique
- Hautement inflammable, les unités utilisant ce réfrigérant ont une charge limitée, utilisé dans les unités à faible charge.
- Classification du groupe de sécurité A3 pour les réfrigérants (haute inflammabilité et faible toxicité)
- Faible potentiel de fuite en raison des faibles pressions de fonctionnement
- L'unité sélectionnée ne produit que de l'eau chaude sanitaire, mais elle est de très petite taille et a une très faible charge de réfrigérant.
- 0,6 kg d'équivalent CO2 à pleine charge de réfrigérant pour l'unité sélectionnée
- 0,036 kg d'équivalent CO2 de fuite par an (hypothèse de fuite de 6 % par an)
- 0,54 kg d'équivalent CO2 de fuite sur une durée de vie de 15 ans
Option C - Monobloc air-eau utilisant le réfrigérant R744 (CO2)
- Réfrigérant CO2 PRG de 1
- Pressions de fonctionnement élevées
- Non toxique
- Ininflammable
- Potentiel de fuite élevé en raison des pressions de fonctionnement élevées
- Les systèmes à haute pression sont plus complexes et exigent des compétences supplémentaires de la part des techniciens de maintenance.
- Évacué pendant le service
- Bon SCoP à 55°C
- 1,2 kg d'équivalent CO2 à pleine charge de réfrigérant pour l'unité sélectionnée
- 0,069 kg d'équivalent CO2 de fuite par an (hypothèse de 6 % de fuite par an)
- 1,04 kg d'équivalent CO2 de fuite sur une durée de vie de 15 ans
Option D - Monobloc air-eau utilisant le réfrigérant R290 (HC) :
- Faible PRG
- Pressions de fonctionnement moyennes à basses
- Toxique
- Hautement inflammable, les unités utilisant ce réfrigérant ont une charge limitée, utilisé dans les unités à faible charge
- Classification du groupe de sécurité A3 pour les réfrigérants (haute inflammabilité et faible toxicité)
- Faible potentiel de fuite en raison des faibles pressions de fonctionnement
- L'unité sélectionnée ne produit que de l'eau chaude sanitaire, mais elle est de très petite taille et a une très faible charge de réfrigérant.
- 1,8 kg d'équivalent CO2 à pleine charge de réfrigérant pour l'unité sélectionnée
- 0,108 kg d'équivalent CO2 de fuite par an (hypothèse de 6 % de fuite par an)
- 162 kg d'équivalent CO2 de fuites sur une durée de vie de 15 ans
Conclusions
Après avoir examiné quatre pompes à chaleur différentes utilisant trois types de réfrigérants différents : le réfrigérant R32 à base d'hydrofluorocarbone avec un PRP de 677, le réfrigérant R290 à base d'hydrocarbure propane avec un PRP de 4, et le réfrigérant R744 à base de dioxyde de carbone avec un PRP de 1, nos conclusions sont les suivantes :
En ce qui concerne le CO2, nous déconseillons fortement l'utilisation du réfrigérant à base de R32 (option A) en raison de son potentiel de réchauffement global élevé (677).
L'option C - le réfrigérant CO2 R744 est bien adapté à l'application où la pompe à chaleur est connectée à des radiateurs et non à un système à basse température. Le réfrigérant CO2 a une bonne efficacité à des températures plus élevées (SCoP à 55°C). La sélection d'une pompe à chaleur avec un autre type de réfrigérant peut avoir un effet négatif sur l'efficacité, car les pompes à chaleur ont généralement un bon SCoP à 35°C, ce qui en fait un meilleur choix pour les systèmes de chauffage urbain, mais pas pour les radiateurs.
Option B - Le réfrigérant R290 dans le préparateur d'eau chaude sanitaire de la pompe à chaleur peut également fonctionner dans l'application susmentionnée, car le préparateur est de la bonne taille pour fournir de l'eau chaude sanitaire. Un équipement de petite taille implique une charge de réfrigérant moindre et, bien que l'option C ait un excellent PRP de 1, l'option 2 a une charge d'équivalent CO2 moindre en raison de la taille réduite de l'unité. Cela s'applique également aux fuites annuelles d'équivalent CO2.
Option D - Le réfrigérant R290 dans la pompe à chaleur monobloc a également une bonne efficacité à des températures plus élevées, ce qui fonctionne bien dans l'application ci-dessus où le chauffage est fourni par des radiateurs. Pour l'unité de 3,5 kW, la charge de réfrigérant est de 0,6 kg et les fuites de réfrigérant estimées sur 15 ans sont de 162 kg d'équivalent CO2, ce qui est plus élevé que les options B et C, mais reste très marginal par rapport à l'option A.