Les systèmes de réfrigération commerciale sont des composants essentiels de diverses industries, qui dépendent fortement d’une gamme variée de gaz et de mélanges de gaz comprenant à la fois des réfrigérants HFC et HFO. Cette dépendance persiste même dans les régions où des progrès notables ont été réalisés dans l’adoption de systèmes de réfrigération au_CO2. Dans des secteurs tels que les supermarchés, les établissements de vente au détail de produits alimentaires, le secteur de la restauration, les chambres froides, les congélateurs de type chambre froide, les installations d’entreposage frigorifique et les usines de transformation des aliments, ces réfrigérants jouent un rôle crucial dans la préservation des denrées périssables et le maintien de conditions d’entreposage optimales.

Pourquoi les détecteurs de gaz HFO et de réfrigérant HFO sont-ils nécessaires ?

Plusieurs facteurs expliquent la nécessité de disposer de détecteurs de HFC et de HFO. En réponse à l’impératif d’atténuer l’impact des fuites de réfrigérants sur le changement climatique, il y a eu une adoption croissante de gaz visant à réduire le potentiel de réchauffement global (PRG) des réfrigérants. Cela a conduit à une augmentation de l’utilisation des réfrigérants classés A2L, souvent qualifiés de « légèrement inflammables », dont l’inflammabilité ajoute un niveau de risque supplémentaire à celui posé par les réfrigérants classés A1, autrefois plus répandus dans leur utilisation.

Bien que la plupart de ces réfrigérants présentent une faible toxicité aiguë, les fuites de gaz HFC et HFO peuvent déplacer l’oxygène, ce qui entraîne une gêne, un danger et un risque de décès.

Vous trouverez ci-dessous des exemples de ce qui se passe dans une pièce non ventilée d’environ ^50m3 / ^1750ft3 avec une fuite de R134a.

Fuite de R134a (lbs / kg)	Concentration de R134a (ppm)	Taux d’oxygène (%)	Effets sur l’homme
0	0	~21	Air normal et frais
46 / 21	100,645	~19	Diminution de l’apport d’oxygène aux cellules, effet néfaste sur la capacité à fonctionner
139 / 63	301,395	~15	Augmentation du pouls, respiration rapide, troubles de la coordination, troubles de la pensée.
185 / 84	402,581	~13	Nausées, vomissements, risque de lésions cardiaques permanentes
255 / 116	553,547	~10	Convulsions, incapacité à bouger, perte de conscience, perte de vie

Les chiffres ci-dessus sont basés sur une dispersion uniforme dans toute la pièce. Il s’agit toutefois d’un scénario très improbable car les gaz réfrigérants ont un poids moléculaire beaucoup plus élevé que l’air et descendent dans la partie la plus basse de la pièce. Il est donc possible qu’à 0,5 m du sol, une fuite de 21 kg ait le même effet de déplacement d’oxygène que 84 kg dispersés uniformément dans la pièce. Cela représente un danger clair et réel pour la vie et la santé.

Dans de nombreux pays, les cadres réglementaires et les normes industrielles imposent la surveillance des fuites de gaz HFC et HFO, comme le montrent des réglementations telles que F-Gas et EN378 en Europe, et ASHRAE 15 aux États-Unis.

Il est également essentiel de reconnaître que dans les systèmes de réfrigération, l’apparition de fuites de réfrigérant ne compromet pas seulement l’efficacité opérationnelle, mais pose également le risque d’une défaillance du système au fil du temps.

En outre, les répercussions vont au-delà des préoccupations liées à l’efficacité opérationnelle, car les fuites de réfrigérants peuvent avoir des conséquences économiques encore plus importantes et plus graves. La diminution de l’efficacité et la défaillance potentielle des systèmes de réfrigération peuvent entraîner des pertes substantielles, notamment en ce qui concerne les denrées périssables ou congelées dont les températures dépassent les limites des normes de sécurité alimentaire. Il est donc impératif de contrôler efficacement les fluides frigorigènes et de prévenir les fuites de fluides frigorigènes, non seulement pour garantir l’intégrité des opérations, mais aussi pour limiter les pertes économiques liées à la détérioration des produits.

Lignes directrices pour la mise en œuvre de la détection des gaz HFC et HFO

Les HFC et les HFO étant plus denses que l’air, ils ont tendance à se déposer rapidement dans les zones basses d’une pièce, telles que les cages d’escalier ou les puisards. Pour optimiser l’efficacité de la détection, les détecteurs de gaz doivent être placés stratégiquement à des niveaux bas, à environ 20 cm au-dessus du sol ou de la partie la plus basse de la pièce.

Il est courant d’installer des détecteurs de gaz à proximité des zones identifiées comme étant les sources potentielles de fuite les plus probables, telles que les vannes, les brides, les joints et les réducteurs de pression. En outre, les détecteurs peuvent être placés à proximité des zones à forte concentration de réfrigérant, notamment les compresseurs, les réservoirs/cylindres de stockage, les tuyaux et les conduits.

La prise en compte des flux d’air et de la ventilation – naturelle et mécanique – est cruciale. Comme les fuites de gaz se dispersent progressivement dans l’environnement, elles peuvent être influencées par les courants de ventilation. Il est donc recommandé de placer les détecteurs de gaz dans ces voies de circulation d’air pour améliorer l’efficacité de la détection.

REMARQUE : Il n’existe pas de règle ou de norme générale permettant de déterminer le nombre approprié de capteurs et leur emplacement pour chaque application. Par conséquent, les conseils donnés sont destinés à aider les installateurs et ne constituent pas des règles à part entière. Toutes les réglementations locales, régionales et nationales doivent être respectées.

Sélection des capteurs pour les réfrigérants HFC, HFO et A2L

La détection des réfrigérants HFC, HFO et A2L se fait le plus souvent à l’aide de capteurs à semi-conducteurs ou de capteurs infrarouges, bien que d’autres technologies émergent et deviennent disponibles pour la détection des réfrigérants, mais souvent à un prix plus élevé que ce qu’elles peuvent réaliser. Les capteurs à semi-conducteurs, également connus sous le nom de capteurs à oxyde métallique, sont une méthode éprouvée depuis longtemps dans la détection des gaz réfrigérants pour les réfrigérants HFC et HFO et leurs mélanges. Ils présentent un certain nombre d’avantages. Ils sont très rentables, ont une durée de vie relativement longue et leurs coûts de maintenance sont généralement assez faibles.

Les capteurs à semi-conducteurs peuvent présenter une sensibilité croisée à d’autres gaz réducteurs et à des variations importantes de température ou d’humidité. Il convient d’en tenir compte lors du choix de l’emplacement de l’installation. Par exemple, les emplacements proches des endroits où les chariots élévateurs sont ravitaillés en carburant ou rechargés peuvent poser problème – respectivement, les vapeurs d’hydrocarbures provenant du carburant et les gaz d’échappement d’hydrogène provenant de la recharge électrique sont deux gaz réducteurs qui réagiront avec un capteur à semi-conducteur, ce qui risque de déclencher de fausses alarmes. Dans la plupart des cas, ces problèmes peuvent être atténués par l’installation réfléchie d’un système réalisé avec la connaissance du fonctionnement d’un capteur de gaz réfrigérant particulier. Cela permet de prendre en compte à la fois les forces et les faiblesses d’un capteur, afin de le placer à l’endroit le plus efficace pour un site spécifique.

Les capteurs infrarouges ont fait leurs preuves en tant que technologie très stable pour les détecteurs de gaz réfrigérants et sont imperméables aux interférences croisées avec d’autres gaz que l’on trouve généralement dans les applications de réfrigération commerciale. La compensation de température élimine efficacement la dérive due aux facteurs environnementaux.

Des capteurs infrarouges sont disponibles pour détecter les fuites de réfrigérants dans une fourchette de parties par million (ppm). Il existe des options pour détecter des niveaux très faibles, inférieurs à 10-15 ppm, qui sont généralement plus coûteuses et dont la forme se prête à des systèmes aspirés centralisés. Pour un système plus distribué utilisant des détecteurs de réfrigérant où le gaz se diffuse dans le capteur, il existe des options plus abordables, détectant avec précision à partir de 150 ppm – ce qui reste nettement inférieur aux niveaux désignés pour les systèmes de détection de gaz réfrigérant basés sur la sécurité par des normes telles que l’ASHRAE 15 et l’EN 378. Dans les deux cas, les avantages d’une plus grande stabilité, d’une durée de vie plus longue et d’une absence d’interférences croisées sont acquis.

Pour la détection de l’A2L (et du R290/propane, bien que ce ne soit pas le sujet de cet article), il existe des détecteurs de réfrigérants de très petit format qui utilisent des capteurs infrarouges extrêmement rentables. Ils détectent dans une plage plus élevée, en pourcentage de la limite inférieure d’inflammabilité (% LII), qui est la concentration à laquelle le réfrigérant cible a le potentiel de propager une flamme et de provoquer une explosion. Ces détecteurs ne sont utilisés que pour la détection des réfrigérants inflammables. Ce type de détecteur convient parfaitement à une installation intégrée dans des appareils tels que les pompes à chaleur, les vitrines réfrigérées, les refroidisseurs portables et autres systèmes de réfrigération autonomes. La certification aux normes telles que IEC 60335-2-40 et UL 60335-2-89 est un avantage pour les détecteurs de fuites de réfrigérant de ce type.

Détecteurs de gaz adaptés à la détection des fluides frigorigènes

De nombreux détecteurs de gaz sont disponibles sur le marché. Cependant, ils ne conviennent pas tous à toutes les applications. Les environnements dans lesquels les détecteurs de gaz réfrigérants sont installés peuvent présenter certains défis que l’on ne retrouve pas dans d’autres secteurs.

Un détecteur de fuites de réfrigérants HFC et HFO approprié doit présenter les caractéristiques suivantes :

• Un temps de réponse rapide : il est exigé par les normes, mais il est surtout essentiel pour l’application qui consiste à détecter rapidement une fuite plutôt que d’identifier les changements graduels des conditions atmosphériques au fil du temps.
• Plage de température appropriée (par exemple, -40°F – +122°F / -40°C – +50°C) : la surveillance des fluides frigorigènes peut être nécessaire à des températures aussi diverses que celles d’une salle des machines, du sol d’un magasin de supermarché, d’une chambre froide et d’un congélateur. Un détecteur de fluide frigorigène dont la plage de température couvre tous ces cas d’utilisation est important pour permettre à un système utilisant les mêmes détecteurs d’être installé sur des sites où ces exigences multiples sont présentes. Cela facilite les processus de connectivité et d’intégration aux systèmes de contrôle, ainsi qu’un programme de service plus efficace.
• Indice IP adapté à l’environnement d’installation (par exemple IP66, IP67) : la nature de l’application est que les détecteurs de fuites de réfrigérant se trouvent dans des zones qui sont lavées, souvent avec des jets à haute pression. Ils doivent être en mesure de résister à ces lavages sans subir d’infiltration d’eau.
• Sorties pour l’intégration du système, le contrôle et les alertes de sécurité : les systèmes de détection des gaz réfrigérants doivent généralement être intégrés à d’autres éléments du système de sécurité (tels que les alarmes audiovisuelles, les ventilateurs) et souvent aux systèmes de contrôle de la réfrigération. L’intégration requise doit être identifiée à temps pour permettre de sélectionner les bons détecteurs de gaz, avec la combinaison nécessaire de relais, de sorties analogiques et de protocoles de communication numériques tels que Modbus.
• Pour les zones potentiellement explosives, il convient de choisir un détecteur doté de la certification ATEX appropriée pour cette zone.

Le bon outil pour le travail

Les applications de réfrigération ont des exigences très variées. La gamme de détecteurs de gaz réfrigérants disponibles est tout aussi variée que les applications qu’ils servent. La première question que doit se poser quiconque s’intéresse aux systèmes de détection des fuites de réfrigérant est la suivante : quel est l’objectif à atteindre ? La réponse doit aller un peu plus loin que la réponse évidente « détecter les fuites de réfrigérant », en examinant pourquoi c’est une exigence pour eux et quelles seront les mesures d’atténuation en cas de détection d’une fuite de réfrigérant.

De bons résultats pour la détection des réfrigérants HFC, HFO et A2L sont obtenus lorsque la prise en compte de ces facteurs est combinée à une connaissance de la manière et de l’endroit où installer efficacement un système de détection de gaz, des avantages et des inconvénients des différents types de capteurs, et des caractéristiques environnementales et d’intégration des systèmes nécessaires à un système de détection des fuites de réfrigérants.