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F OCUS DEL MESE di Pierfrancesco Fantoni
REFRIGERANTI ALTERNATIVI AGLI HFC
Conferme e novità per il futuro
Il settore della refrigerazione , del condizionamento dell ’ aria e delle pompe di calore si trova nel pieno di una rivoluzione tecnologica di portata storica . A motivo di tale cambiamento stanno le varie problematiche ambientali connesse all ’ utilizzo dei refrigeranti clorurati e fluorurati : l ’ impoverimento dell ’ ozono stratosferico e l ’ effetto serra . Per decine d ’ anni , in passato , si utilizzavano prevalentemente solo 3 fluidi ( R12 , R22 e R502 ) mentre ora si è costretti a dover impiegare un ’ ampia varietà di refrigeranti , alcuni solo in via transitoria , in attesa di trovare una soluzione definitiva alternativa , confacente alle disposizioni legislative e tecnologicamente percorribile . Sulla base di alcuni criteri essenziali , come le proprietà termodinamiche , la sicurezza , la compatibilità ambientale , i costi di produzione e gestione , l ’ elenco dei potenziali refrigeranti alternativi del futuro si restringe ( figura 1 ).
R32 L ’ R32 pur appartenendo alla famiglia degli HFC rientra nel novero dei potenziali refrigeranti accettabili in futuro dal punto di vista ambientale . Da pochi anni viene impiegato come fluido puro nelle piccole apparecchiature per il condizionamento in sostituzione dell ’ R410A . Inizialmente veniva utilizzato principalmente solo come componente delle miscele refrigeranti . Esso non ha effetti sull ’ impoverimento dello strato di ozono ( ODP = 0 ); presenta una vita media atmosferica di 5,4 anni ed ha un GWP di 771 secondo l ’ ultimo report IPCC del 2021 . La sua classificazione di sicurezza è A2L , leggermente infiammabile , per cui la progettazione , la manutenzione , la riparazione e lo smantellamento dei circuiti frigoriferi sono soggette alle relative norme in materia di sicurezza . Appartiene al gruppo 1 della PED . L ’ intervento sui circuiti frigoriferi richiede l ’ impiego di apposite attrezzature e strumentazioni e la messa in atto di idonee prassi esecutive . L ’ R32 si caratterizza per livelli di pressione e temperature del gas di scarico del compressore piuttosto elevati . Presenta
Figura 1 - Sintesi dei principali refrigeranti alternativi per il futuro
buone proprietà termodinamiche . Recentemente viene impiegato anche in apparecchiature di condizionamento centralizzate , come i VRV / VRF .
REFRIGERANTI HFO A BASSO GWP I refrigeranti HFO ( idro-fluoro-olefine ) contenendo fluoro sono soggetti a quanto disposto dal Regolamento Europeo sugli F- gas . Sono di natura chimica , generalmente caratterizzati da una vita atmosferica molto breve , e quindi poco inquinanti , data la loro particolare struttura molecolare instabile quando liberati in atmosfera . A questo proposito sono nati alcuni dubbi ( da verificare ) anche riguardo la stabilità di questi fluidi nel tempo all ’ interno dei circuiti frigoriferi . Il principale refrigerante in uso già da anni è l ’ R1234yf , impiegato nei circuiti per il condizionamento dei veicoli da quando la Direttiva Europea MAC ha proibito in essi l ’ impiego dell ’ R134a . Recentissimi sviluppi hanno portato alla creazione di una possibile nuova miscela sostitutiva , l ’ R474A , composta dallo stesso R1234yf e dall ’ R1132 ( E ), più performante rispetto all ’ R1234yf nei veicoli elettrici anche alle basse temperature di evaporazione . L ’ R1234yf non danneggia l ’ ozono atmosferico ( ODP = 0 ), ha una vita media atmosferica di circa 12 giorni e presenta un GWP di 0,501 secondo l ’ ultimo report IPCC . Dal punto di vista della sicurezza è classificato A2L , leggermente infiammabile , e per questo richiede particolare attenzione nella progettazione , riparazione , manutenzione e dismissione dei circuiti frigoriferi . Inoltre vanno impiegate attrezzature e strumentazioni specifiche e messe in atto le dovute prassi di sicurezza quando si lavora su questi circuiti . Recentemente si è affermato anche un secondo fluido HFO , l ’ R1234ze ( E ). Esso viene impiegato come propellente nella produzione delle schiume poliuretaniche e come fluido nei circuiti frigoriferi dei chiller , in sostituzione dell ’ R134a , anche se presenta una capacità frigorifera volumetrica inferiore di circa il 20 % rispetto esso . L ’ R1234ze ( E ) non danneggia l ’ ozono atmosferico ( ODP = 0 ), ha una vita media atmosferica di poco meno di
Figura 2 - Principali campi di applicazione dei refrigeranti puri alternativi
19 giorni e presenta un GWP di 1,37 , secondo l ’ ultimo report IPCC . Dal punto di vista della sicurezza è classificato A2L , leggermente infiammabile , anche se al di sotto di 60 ° C non presenta tale caratteristica . Il suo elevato punto di ebollizione ( -19 ° C ) alla pressione atmosferica lo rende idoneo all ’ impiego nei refrigeratori di liquidi e nelle applicazioni ad alta temperatura .
MISCELE HFO / HFC La continua ricerca di fluidi frigoriferi con GWP significativamente ridotto , e proprietà termodinamiche simili a quelle degli HFC attualmente utilizzati , ha portato alla sintesi di nuove miscele composte da HFO e HFC , considerato che risulta difficile avere fluidi monocomponenti con tali caratteristiche idonei ad essere impiegati nei sistemi fissi di refrigerazione , condizionamento dell ’ aria e nelle pompe di calore . I requisiti che vengono richiesti a tali nuovi fluidi riguardano le proprietà termodinamiche , di infiammabilità , tossicità , stabilità chimica e compatibilità con materiali e lubrificanti . Tra i componenti principali di tali miscele troviamo spesso sia l ’ R1234yf che l ’ R1234ze ( E ), ma anche altri HFO come R1336mzz ( E ), R1336mzz ( Z ), financo refrigeranti appartenenti alla famiglia degli HCFO ( idro-cloro-fluoro-olefine che presentano un potenziale di impoverimento dell ’ o- zono , anche se molto basso , e che a contatto dell ’ atmosfera si disgregano molto rapidamente ) come R1224yd ( Z ) e R1233zd ( E ). In alcuni casi l ’ R1234yf e l ’ R1234ze ( E ) sono componenti di miscele assieme ad idrocarburi , CO2 o altre molecole idonee . Lo scopo è sempre quello di avere fluidi che riescono a replicare bene le proprietà termodinamiche di R404A , R410A , R407C , R507A ed altri fluidi HFC aventi GWP elevato . Esempi di questi nuovi fluidi sono la maggior parte delle miscele zeotropiche che vanno da R450A a R473A e le ultime miscele azeotropiche proposte in ordine cronologico della serie 500 . Tuttavia , sussiste una questione difficilmente risolvibile , se non in rari casi , per queste miscele : se presentano un GWP basso risultano essere infiammabili , mentre se non sono infiammabili il loro GWP non è contenuto .
Per la sostituzione dell ’ R134a troviamo disponibili miscele come l ’ R450A , l ’ R456A , l ’ R513A e l ’ R516A , che hanno valori di GWP contenuti ( anche se non bassissimi ), non sono infiammabili ( ad eccezione dell ’ R516A ) e che mostrano capacità di refrigerazione , potenza assorbita e livelli di pressione simili all ’ R134a , tanto che l ’ operazione di retrofit , quando possibile , richiede minime modifiche al circuito frigorifero e regolazione dei componenti . Una menzione speciale va all ’ R515B : una miscela azeotropica di R1234ze ( E ) e R227ea che non risulta infiammabile e con GWP relativamente basso ( circa 290 ). La sua capacità frigorifera volumetrica è inferiore di oltre il 20 % rispetto a quella dell ’ R134a . Anche l ’ R471A ( una miscela di R1234ze ( E ), R1336mzz ( E ) e R227ea ) non risulta infiammabile e presenta un GWP molto contenuto ( inferiore a 150 ) ed è adatto al ’ impiego nelle pompe di calore ad alta temperatura . Tuttavia la sua capacità di refrigerazione volumetrica risulta essere ancora inferiore rispetto a quella dell ’ R515B . Poiché gli HFO disponibili ( R1234yf e R1234ze ) mostrano una capacità di refrigerazione volumetrica notevolmente inferiore