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Surveillance des fuites de fluides : la F-gas accélère le marché

Pascal Poggi | 1 juin 2014 |

La nouvelle réglementation F-Gas applicable au 1er janvier 2015 insiste sur le confinement du fluide, sur la détection des fuites et leur réparation rapide. Les solutions pour détecter les fuites et transmettre l'information rapidement à distance aux responsables de la maintenance sont appelées à se développer.

Le nouveau règlement F-Gas est formellement connu sous le nom « Règlement (UE) n° 517/2014 du Parlement et du Conseil du 16 avril 2014 relatif aux gaz à effet de serre fluorés et abrogeant le règlement (CE) n° 842/2006 ». Il est paru au Journal officiel de l'Union européenne du 20 mai 2014. C'est un règlement : il s'applique donc dès sa parution, sans nécessiter de transposition en droit français. Formellement, son application commence au 1er janvier 2015. Ce texte dense contient de nombreuses dispositions largement débattues par ailleurs, mais il insiste particulièrement sur la nécessité du confinement du fluide, de la détection des fuites, de leur réparation la plus rapide possible et de la tenue d'un registre portant sur les interventions liées aux fluides pour chaque installation.

 

Obligations de contrôle d'étanchéité et de réparation des fuites


 

L'article 3 du nouveau règlement F-Gas indique notamment : « Les exploitants d'équipements contenant des gaz à effet de serre fluorés prennent des précautions pour éviter le rejet accidentel (ci-après dénommé "fuite") de ces gaz. Ils prennent toutes les mesures techniquement et économiquement possibles afin de réduire au minimum les fuites de gaz à effet de serre fluorés. Lorsqu'une fuite de gaz à effet de serre fluoré est détectée, les exploitants veillent à ce que l'équipement soit réparé dans les meilleurs délais. Lorsque les équipements font l'objet d'un contrôle d'étanchéité au titre de l'article 4, paragraphe 1, et lorsqu'une fuite dans un équipement a été réparée, les exploitants veillent à ce que l'équipement soit contrôlé par une personne physique certifiée dans le mois qui suit la réparation afin de vérifier l'efficacité de celle-ci ». À propos du contrôle d'étanchéité, l'article 4 du règlement F-Gas précise que les équipements contenant des fluides fluorés soumis à des contrôles d'étanchéité sont les :

a) équipements de réfrigération fixes ;

b) équipements de climatisation fixes ;

c) pompes à chaleur fixes ;

d) équipements fixes de protection contre l'incendie ;

e) unités de réfrigération des camions et remorques frigorifiques ;

f) appareils de commutation électrique ;

g) cycles organiques de Rankine.

Jusqu'au 31 décembre 2016, les équipements contenant moins de 3 kg de gaz à effet de serre fluorés ou les équipements hermétiquement scellés étiquetés en conséquence et contenant moins de 6 kg de gaz à effet de serre fluorés ne sont pas soumis aux contrôles d'étanchéité.

En ce qui concerne les systèmes de détection de fuite, l'article 5 rappelle : « Les exploitants des équipements énumérés à l'article 4, paragraphe 2, points a) à d), et contenant des gaz à effet de serre fluorés dans des quantités supérieures ou égales à 500 tonnes équivalent CO2 veillent à ce que ces équipements soient dotés d'un système de détection de fuites permettant d'alerter, en cas de fuite, l'exploitant ou une société assurant l'entretien ». Il pourrait sembler que 500 tonnes d'équivalent CO2 soit une quantité énorme. En réalité (voir tableau 2), elle correspond à seulement 127 kg de R 404A. Tous les hypermarchés et les supermarchés sont donc concernés, soit plus de 7 000 établissements en France.

Bref, le règlement F-Gas incite très fortement à surveiller les fuites de fluide. De plus, tous les acteurs s'attendent à ce que le prix des fluides HFC augmente rapidement. Après tout, la disposition essentielle du règlement F-Gas, le fameux Phase-down, revient à organiser la pénurie. Les quantités de HFC, exprimées en tonnes équivalent CO2, seront gelées dès 2015, puis commenceront à baisser à partir de 2016. La baisse sera d'ailleurs plus rapide au début - 93 % des quantités 2015 seront mises sur le marché en 2016 et 2017, puis seulement 63 % en 2018 au moment où les solutions de remplacement, tant les fluides que les équipements, ne seront pas encore largement disponibles, notamment pour la climatisation des bâtiments tertiaires. Le moment est donc venu d'installer des solutions de surveillance des fuites, capables d'alerter la GTB du bâtiment, voire de transmettre une alerte à distance, par SMS, par Internet, etc. Quel est l'état de l'art à ce propos ?

 

La détection ponctuelle de fuites de fluides frigorigènes


 

Dans les installations de froid commercial, l'Ademe estimait en 2004 que l'on pouvait atteindre jusqu'à 30 % de fuite (en volume) par an. La situation s'est certainement améliorée depuis. Cependant, les méthodes de détection de fuite dans les installations de froid commercial n'ont gère évolué. Elles reposent sur deux approches : sur la mise en place de contrôleurs d'ambiance exploitant différentes technologies, d'une part, sur l'analyse des paramètres de fonctionnement des machines, d'autre part. Une surconsommation d'énergie, une réduction d'efficacité étant de sûrs indices de baisse du volume de réfrigérant dans les circuits. Les deux méthodes ne sont pas exclusives, mais complémentaires. La détection de fuite de frigorigènes dans l'ambiance à partir de détecteurs fixes est en effet quasi impossible dans le cas des installations de froid commercial où les meubles froids, les chambres froides, les locaux de préparation sont alimentés par une distribution de fluide frigorigène jusqu'aux évaporateurs et non par un frigoporteur, ainsi que dans le cas d'installations de climatisation à détente directe. De la même manière, la détection ponctuelle est difficile dans le cas de groupes à condensation par air installés à l'extérieur, en terrasse, par exemple. Seule une analyse fine des paramètres de fonctionnement du système peut alors indiquer la présence d'une fuite éventuelle. En revanche, les deux technologies - détection et analyse - s'appliquent bien aux installations de climatisation par eau glacée où le fluide est confiné dans les chillers et dans les pompes à chaleur réversibles.

 

Les détecteurs connectés sont encore peu courants


 

L'offre de détecteurs connectés, qui pourraient renvoyer l'information de l'existence d'une fuite vers un système de GTB ou de supervision, est relativement réduite. Au moment où l'on parle tant de l'Internet des objets et des objets connectés, force est de constater que ces systèmes ont encore des marges de progression dans ce domaine. L'offre se concentre encore beaucoup sur des appareils autonomes avec signaux sonores, visuels et archivage sur place des alarmes. Les plus connectés, comme l'ensemble de la gamme Haloguard de l'Américain Thermal Gas Systems, mettent en avant une à trois sorties 0-10 V ou 4-20 mA, voire poussent jusqu'à un port série RS 232 ou RS 485. Ce qui ne suffit pas du tout pour raccorder ces détecteurs à la GTB du bâtiment ou du magasin. Il faut encore un automate qui interprète le signal et le traduit en un message ModBus, ModBus/TCP, BACNet, LonWorks ou autre, puis se charge de l'envoyer par wi-fi, Internet, SMS, etc. aux destinataires désignés par sa programmation. Galaxair dispose d'une solution plus aboutie, construite à partir de ses sondes GM-420, reliées aux centrales d'acquisition de mesure CAM10 ou CAM20. Ces centrales sont à leur tour connectées par ModBus ou ModBus/TCP vers une GTB ou une supervision. De la même manière, les principaux fabricants d'automates, même ceux qui ont une forte présence dans le froid commercial, ne proposent pas de solutions clés en main, pour l'instant. Ils sont plutôt focalisés sur la performance énergétique - maintenir les fonctions, tout en réduisant les consommations d'énergie - et ne semblent pas s'être intéressés, jusqu'à présent, à la question de la détection de fuites de fluides et à son report vers la GTB ou la supervision. Eliwell, désormais intégré à Schneider Electric, offre une large palette d'automates programmables pour le froid et la climatisation, avec de nombreuses routines de programmation que l'on peut modifier et associer pour construite des applications complexes, mais toujours orientées vers la performance énergétique. Carel présente une offre similaire : focalisée sur la performance énergétique et le contrôle. À défaut de solution clés en main, il faut réunir les composants, les raccorder et programmer un automate. C'est la solution développée par Cesbron à Angers, qui propose à ses clients une surveillance à distance de leurs installations. Cesbron a entièrement bâti son système de surveillance et de transmission. Elle existe depuis 5 ans environ et peut prendre en compte la surveillance des fuites de fluides dans les milieux confinés. Le système acquiert un grand nombre de données sur les circuits et Cesbron a mis au point et programmé des algorithmes d'analyse capables d'indiquer la forte probabilité d'une fuite de fluide non détectée directement. Les informations sont transmises aux équipes de maintenance Cesbron par Internet, par mail ou par SMS. Axima Refrigeration dispose d'une solution similaire, également construite par l'entreprise.

 

L'analyse du fonctionnement pour déduire l'existence d'une fuite


 

En ce qui concerne les systèmes de climatisation par détente directe, en revanche, les deux méthodes - détection et analyse ne sont pas vraiment applicables. Premièrement, il n'est pas possible d'installer des détecteurs sur l'ensemble du parcours des canalisations des multisplits et des DRV dans un bâtiment tertiaire. L'installation peut comporter des centaines de mètres de canalisations de fluides, voire plusieurs kilomètres dans le cas de grands DRV en tertiaire. Malgré la réglementation, elles sont le plus souvent dissimulées en faux-plafonds. Ce qui ne facilite pas la détection. La seule solution concevable est l'analyse en continu des paramètres de fonctionnement pour détecter une baisse d'efficacité qui témoigne d'une baisse de quantité de fluide disponible. Mais, deuxièmement, les données de fonctionnement ne sont pas accessibles par les systèmes de GTB. Les fabricants de DRV et de multisplits - Daikin, Toshiba Climatisation, Mitsubishi Electric, Hitachi, Samsung, LG, etc. disposent chacun d'automates particuliers pour piloter leurs appareils. La plupart du temps, les systèmes de contrôle propriétaires remontent jusqu'aux automates, des informations de température et de pression depuis chaque unité intérieure, ainsi que la température ambiante, voire le taux d'humidité relative dans les locaux où se trouvent ces unités intérieures. Les paramètres pour réaliser une analyse très détaillée du fonctionnement, circuit par circuit, existent donc bien. Mais les automates des fabricants ne les mettent pas à disposition des systèmes de GTB du bâtiment. Ces automates placés en tête des systèmes DRV et multisplits sont d'ailleurs souvent dans l'incapacité d'analyser eux-mêmes les données. Il faut que la personne chargée de la maintenance aille jusqu'aux unités extérieures, connecte un ordinateur portable dans la prise USB prévue pour cela, charge sur son micro-ordinateur le programme propre à chaque fabricant - permettant de récupérer les données et de les analyser, puis lance l'analyse. Il est tout à fait concevable de faire tout ça dans le cadre d'un des contrôles périodiques prévus par le règlement F-Gas. Mais ce serait tellement plus pratique, si les données étaient à disposition des exploitants, à travers la GTB ou l'automate de pilotage des DRV et des multisplits. Les opérations de maintenance préventive deviendraient possibles dès l'indice de la moindre baisse de rendement, etc. Interrogés, les principaux fabricants de ces matériels conviennent en effet que ce serait un avantage puissant, mais n'indiquent aucun horizon de temps pour proposer ce service.

Force est donc de constater que la détection par appareils à poste fixe connectés est possible en froid et en climatisation à base de vecteur eau où le fluide est confiné dans les générateurs, au prix d'une programmation que les meilleurs spécialistes de la maintenance ont réalisé eux-mêmes. Mais une détection par appareils fixes connectés ou par analyse du fonctionnement des installations est très difficile en climatisation dans le cas des solutions non confinées. Les données existent, mais ne sont pas pour l'instant récupérables.

 

 

Les échangeurs à microcanaux pour réduire la quantité de fluide

Au vu des seuils fixés par le règlement F-Gas pour le contrôle d'étanchéité, l'une des stratégies possibles consiste à réduire la quantité de fluide dans les installations, de manière à espacer les contrôles obligatoires. Le moyen sans doute le plus simple et le mieux maîtrisé pour réduire le volume de fluide est le remplacement des condenseurs par des appareils à microcanaux. Issus de l'industrie automobile où ils sont utilisés pour les radiateurs de voiture, les échangeurs à microcanaux sont en aluminium extrudé. Güntner, par exemple, indique que l'adoption de ses échangeurs microox permet, à puissance égale, de réduire de 75 % la quantité de fluide de l'installation, par rapport à une classique batterie à tubes cuivre et ailettes aluminium. Heatcraft avance la même revendication (75 % du volume de fluide) grâce à l'emploi de ses échangeurs à microcanaux et indique que son offre d'échangeurs et de condenseurs à microcanaux couvre une plage de puissance de 13 kW à 1,6 MW. De plus, une forte réduction des volumes de réfrigérants contribue mécaniquement à la baisse des volumes de fuite.

 

De nouvelles solutions pertinentes

Il existe deux solutions pour la détection de fuite par analyse du fonctionnement de l'installation en froid commercial : DNI de Matelex et Smart de ADT Plus. Ces deux solutions s'appliquent parfaitement à des installations de froid, voire à des systèmes de climatisation à base de chillers ou pompes à chaleur, mais ne conviennent pas pour des DRV ou des multisplits. Le DNI (Détecteur de Niveau Intelligent) repose sur une série de mesures - niveau de fluide dans le réservoir, température extérieure, température du liquide en cas de sous-refroidissement, température du liquide dans le réservoir, valeur de pression HP, etc. - analysées par un calculateur. Des contacts secs renvoient le défaut sur une GTB. Le serveur «sentinel» envoie des mails qui montrent la quantité de fluide perdue en volume et en équivalent CO2 avec projection des quantités sur l'année pour alerter les exploitants et les sensibiliser à leur bilan carbone. 470 DNI sont en cours d'installation chez Auchan d'ici fin 2014. Le SMART (Suivi par Modélisation Adaptative de Recherche de Tendance) repose sur la mesure HP et BP et sur un paramétrage du calculateur en fonction des caractéristiques de l'installation et communique les résultats par ModBus sur RS485. Ce qui signifie que la totalité des systèmes de GTB et de supervision existants sont capables de recevoir et d'interpréter ces informations.



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