I QUADERNI DEL FREDDO
Materiale Didattico per il Conseguimento del
Patentino per il Trattamento dei Gas Effetto Serra
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 1
Il Punto di Partenza
Un po’ di Storia…
C’era una volta il Freon. Questo il nome
commerciale di uno dei più diffusi gas utilizzati
dall’industria. Fino agli anni ’90 era onnipresente,
dai frigoriferi alle bombolette spray.
L’utilizzo del Freon, e degli altri clorofluorocarburi
(CFC, la classe di molecole a cui appartiene) era ed
è relativamente sicuro dal punto di vista della
salute umana, ma ciò non si può dire per
l’ambiente in generale e per lo strato di ozono in
particolare.
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LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 1
Il Punto di Partenza – l’OZONO
I CFC sono inquinanti persistenti, cioè le molecole resistono
nell’ambiente per lunghi periodi (fino a sette anni), inoltre essendo
altamente reattive, reagiscono con l’Ozono (O3) della stratosfera
trasformandolo in ossido di cloro (ClO) e Ossigeno molecolare (O2) si
può stimare che una sola molecola di cloro distrugga un migliaio di
molecole di ozono, dando origine al famoso «buco nell’ozono», che
consente così il passaggio di una quantità di raggi ultravioletti che
risulta dannosa non solo per la salute umana, ma per l’intero
ecosistema, poiché queste radiazioni ad alta energia sono in grado
persino di danneggiare il DNA.
L’ozono rappresenta un vero e proprio schermo nei confronti delle
pericolose radiazioni ultraviolette (raggi UV) provenienti dal sole.
Ogni anno, durante la primavera dell’emisfero australe, la
concentrazione dell’ozono stratosferico nell’area situata in prossimità
del Polo Sud diminuisce a causa degli inquinanti rilasciati in
atmosfera.
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LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 1
Il Punto di Partenza – l’OZONO
I raggi ultravioletti possono causare inoltre una inibizione parziale
della fotosintesi delle piante, causandone un rallentamento della
crescita e, nel caso si tratti di piante coltivate, una diminuzione dei
raccolti.
I raggi UV possono anche diminuire l’attività fotosintetica del
fitoplancton che si trova alla base della catena alimentare marina,
causando di conseguenza uno scompenso notevole a carico degli
ecosistemi oceanici.
L’ozono rappresenta un vero e proprio schermo nei confronti delle
pericolose radiazioni ultraviolette (raggi UV) provenienti dal sole.
Ogni anno, durante la primavera dell’emisfero australe, la
concentrazione dell’ozono stratosferico nell’area situata in prossimità
del Polo Sud diminuisce a causa degli inquinanti rilasciati in
atmosfera.
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Rappresentazione a tre dimensioni del
buco dell'ozono; è stata realizzata sulla
base dei dati di concentrazione dell'ozono
stratosferico dal Goddard Space Flight
Center della NASA. In primo piano in
penombra è visibile il Sud America.
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Parte 1
Il Punto di Partenza – IL PROTOCOLLO di MONTREAL
Nel 1974, due ricercatori, Sherwood Rowland e Mario Molina, avanzarono l'ipotesi che le
molecole di gas contenenti cloro liberate nell'atmosfera potessero distruggere lo strato di ozono
presente nella stratosfera, una fascia da 10 a 40 chilometri di altitudine. Una serie di ricerche dimostrò,
nel 1985, che realmente lo strato di ozono presentava delle rotture che sull'uomo avrebbero portato a
scottature, tumori della pelle e danneggiamento del sistema immunitario.
Queste preoccupazioni portarono, nel 1987, al Protocollo di Montreal, qui si siglò l'accordo per valutare
il rischio posto dalle sostanze chimiche nocive per l'ozono, tra le quali vennero compresi i CFC e
gli RCFC.
Lo scopo era quello di stabilire un programma di contingentamento e cessazione dei fluidi ritenuti lesivi
per l'ozono. Il Protocollo di Montreal individuò tra i fluidi più nocivi i CFC, tra i quali rientra l'R-12, e ne
stabilì la cessazione della produzione per il 01 gennaio 1996.
La cessazione degli HCFC secondo l'originario Protocollo di Montreal sarebbe dovuta avvenire entro
il 2030; in realtà, da allora, furono apportati vari emendamenti al Protocollo (Londra 1989 e Copenaghen
1992) per anticipare la data di cessazione. Nel frattempo, in diversi paesi europei questo termine è stato
notevolmente anticipato per quanto riguarda la vendita delle macchine che ne fanno uso. Il regolamento
CE n. 2037 del 29 giugno 2000 disciplina la produzione e l'uso di CFC e HCFC in Europa.
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Parte 1
Dai CFC agli HFC l’Effetto Serra
L’effetto serra è un
fenomeno senza il quale la
vita sulla terra non sarebbe
possibile.
Questo processo consente
un surriscaldamento del
pianeta per effetto dei
cosiddetti
gas
serra,
composti presenti nell’aria
a
concentrazioni
relativamente
basse
(anidride
carbonica,
vapore acqueo, metano,
ecc.).
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Parte 1
Dai CFC agli HFC l’Effetto Serra
I gas serra permettono alle radiazioni solari di passare attraverso l’atmosfera mentre ostacolano il passaggio
verso lo spazio di parte delle radiazioni infrarosse provenienti dalla superficie della Terra e dalla bassa
atmosfera (il calore riemesso); in pratica si comportano come i vetri di una serra e favoriscono la regolazione
ed il mantenimento della temperatura terrestre a valori che consentono la vita così come la conosciamo.
Questo processo è sempre avvenuto naturalmente e fa sì che la temperatura della Terra sia circa 33°C più
calda di quanto lo sarebbe senza la presenza di questi gas.
Ora, comunque, si ritiene che il clima della Terra sia destinato a cambiare perché le attività umane stanno
alterando la composizione chimica dell’atmosfera.
Le enormi emissioni di gas serra stanno causando un aumento della temperatura terrestre determinando dei
presunti mutamenti del clima a livello planetario.
Prima della Rivoluzione Industriale, l’uomo rilasciava ben pochi gas in atmosfera, ma ora la crescita della
popolazione, l’utilizzo dei combustibili fossili e la deforestazione contribuiscono non poco al cambiamento
nella composizione atmosferica.
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Parte 1
Dai CFC agli HFC l’Effetto Serra
Le espressioni "riscaldamento globale" o "effetto serra" sono comunemente usate per descrivere
l'aumento della temperatura superficiale media della Terra nel corso del tempo. Si calcola che nell'ultimo
secolo il clima terrestre abbia subito un riscaldamento compreso tra 0,6 e 0,9 gradi Celsius. Gli scienziati
sono giunti alla conclusione che "la maggior parte dell'aumento delle temperature medie globali
osservato a partire dalla metà del XX secolo è molto probabilmente dovuta all'aumento osservato delle
concentrazioni di gas ad effetto serra di origine antropica (prodotti cioè dall'attività umana).
I principali gas serra di origine antropica sono quelli disciplinati dal protocollo di Kyoto: biossido di
car- bonio (CO), metano (CH4), protossido di azoto (NP) e gas fluorurati di origine antropica. Sono gas
ad effetto serra rilevanti anche le sostanze che riducono lo strato di ozono disciplinate nell'ambito del
protocollo di Montreal, come i clorofluorocarburi (CFC), gli idrofluorocarburi (HCFC) e gli halon.
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Parte 1
Dai CFC agli HFC l’Effetto Serra
Principio semplificato del riscaldamento globale:
La Terra riceve energia dal Sole sotto forma di luce solare
(radiazione solare a onde corte) che penetra nell'atmosfera
relativamente senza impedimenti.
Circa il 30% della radiazione solare a onde corte in ingresso
viene riflessa dall'atmosfera e dalla superficie e riemessa verso
l'esterno
nello spazio. Il restante 70% viene assorbito dalla
superficie terrestre
(terre, oceani) e dallo strato inferiore
dell'atmosfera.
La parte assorbita riscalda la superficie terrestre e viene
nuovamente irradiata come radiazione termica (infrarossa) a
onde lunghe, che al contrario della radiazione a onde corte
non è in grado di penetrare l'atmosfera, ma viene riflessa dalle
nuvole e assorbita dai gas ad effetto serra atmosferici.
Questi ultimi intrappolano il calore nel sistema costituito da
superficie terrestre e troposfera.
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LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 1
Dai CFC agli HFC l’Effetto Serra
Inoltre, sulla base delle tendenze attuali di emissione dei gas
serra, vi è la stima di un ulteriore aumento della temperatura
media terrestre tra 1,1 e 6,4°°C nel corso di questo XXI°° secolo.
Il conseguente cambiamento climatico comporterà delle
implicazioni estremamente significative a carico della salute
dell’uomo e dell’integrità dell’ambiente.
Il clima infatti influenza fortemente l’agricoltura, la disponibilità
delle acque, la biodiversità, la richiesta dell’energia (ad esempio
per il riscaldamento o il raffreddamento) e la stessa economia.
Le temperature riferite alle terre emerse presentano degli
scostamenti maggiori di quelle degli oceani perchè le terre si
riscaldano e si raffreddano più velocemente delle acque.
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Parte 1
Dai CFC agli HFC l’Effetto Serra
Questo grafico rappresenta la variazione delle
temperature medie annuali in superficie nel
corso degli anni 1880-2007.
La linea dello zero rappresenta la media di
tutte le temperature, mentre le barre rosse e
blu indicano gli scostamenti da tale media.
Come si può vedere, c'è un chiaro
trend di crescita
Il progresso che si farà nella riduzione
delle
emissioni
dei
gas
serra
nell’immediato futuro determinerà il
livello di riscaldamento globale a cui
dovranno andare incontro le generazioni
che verranno.
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Regolamento (CE) n. 842/2006
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Parte 1
Il Protocollo di Kyoto
EMISSIONI DI CO2 NEL MONDO
(in Migliaia di Tonnellate)
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Parte 1
Il Protocollo di Kyoto
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Parte 1
Il Protocollo di Kyoto
Il problema posto dai refrigeranti si è nel frattempo articolato con maggiore complessità facendo
emergere tutte le problematiche relative alla diminuzione dei gas effetto serra.
In questo caso non solo i CFC e gli HCFC, ma anche HFC contribuiscono in modo pesante a questo
fenomeno.
Per affrontare questo problema
nel 1997 si è dato vita al
Protocollo
di
Kyoto
che
definisce i parametri di riduzione
dei "gas serra", tra i quali CFC,
HCFC ed HFC, oltre ovviamente
all'anidride carbonica.
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Regolamento (CE) n. 842/2006
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Parte 1
Il Protocollo di Kyoto
Il protocollo è entrato in vigore nel 2005 quando, con l'ingresso della Russia, si arriva al 55% dei paesi
inquinanti, come richiesto dal protocollo.
L'India e la Cina, che hanno ratificato il protocollo, non sono tenute a ridurre le emissioni di anidride carbonica
nel quadro del protocollo di Kyōto perché essi non sono stati tra i principali responsabili delle emissioni di gas
serra durante il periodo di industrializzazione che sta provocando oggi il cambiamento climatico. I paesi in via
di sviluppo sono OGGI responsabili del 40% dell'emissione mondiale di gas serra.
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Regolamento (CE) n. 842/2006
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Parte 1
Il Protocollo di Kyoto
Europa e Energia 20 – 20 – 20
Il miglioramento dell’efficienza energetica è un obiettivo chiave della Comunità e lo scopo è di raggiungere
miglioramento dell'efficienza energetica del 20 % entro il 2020.
20 % della quota di energia da fonti rinnovabili (sul consumo finale lordo di energia della Comunità)
riduzione 20% emissioni CO2
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Parte 2
L’Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi
Il nostro frigorifero e il nostro condizionatore d’aria forse utilizzano
un composto alternativo della classe degli HFC (idrofluorocarburi).
Tali composti sono sostanzialmente innocui per l’ozono, ma nuovi
studi rivelano che questi minacciano di rendere più caldo l’intero
pianeta, poiché gli HFC sono potenti gas serra e, sebbene la loro
riduzione sia stata uno degli obiettivi del protocollo di Kyoto, ancora
vengono prodotti ed utilizzati.
La soluzione, secondo gli esperti, potrebbe essere semplice:
ampliare il protocollo di Montreal per includere gli HFC persistenti e
ad alto potenziale come gas serra.
Le alternative sono già disponibili e utilizzabili, esistono HFC
«buoni» e la classe delle idrofluoroolefine (HFO) sta già
prendendo piede come gas refrigerante nei climatizzatori per
automobili grazie all’intervento dell’Unione Europea che nel 2011 ha
vietato il R-134A, in tute le nuove auto. Ma procediamo con ordine.
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Parte 2
L’Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi
Un po’ di Storia…
La storia dei fluidi frigorigeni risale al 1834, quando l'americano Jacob
Perkins depositò un brevetto riguardante
una macchina frigorifera a
compressione meccanica di vapore che, come fluido frigorigeno, utilizzava
etere etilico.
Nel 1876 grazie al ricorso all'ammoniaca come fluido frigorigeno, si diede
inizio al vero sviluppo
degli impianti
frigoriferi
a compressione
meccanica.
Nel 1880 si ebbe l'introduzione
dell'anidride carbonica per gli impianti
frigoriferi destinati a essere installati a bordo delle navi ed è del 1920
l'introduzione dell'anidride solforosa e del cloruro di metile che per la prima
volta permisero la realizzazione di piccole macchine frigorifere per usi
domestici e commerciali.
A partire dal 1930 apparvero i primi idrocarburi fluorati e clorati (CFC).
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Parte 2
L’Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi
Grazie alle interessanti caratteristiche termodinamiche, in particolare la notevole stabilità termica e
chimica, il loro impiego determinò un notevole miglioramento
degli impianti frigoriferi a
compressione, sia per affidabilità sia per sicurezza di funzionamento.
Un fluido refrigerante ideale dovrebbe avere:
• Costare poco
• Temperatura critica elevata ben al di sopra della temperatura di condensazione che si realizza nel ciclo;
• Bassa temperatura di solidificazione in modo da non solidificare nelle normali condizioni di
funzionamento;
• Calore di vaporizzazione molto elevato per produrre un elevato effetto frigogeno Ql;
• Composizione chimica stabile;
• Assenza di caratteristiche tossiche, irritanti e infiammabili.
La definizione di fluido frigorigeno è fornita dalla norma UNI 8011 ma vista la complessità delle formule
chimiche è diventata consuetudine adottare la nomenclatura ASHRAE e designarli con un codice numerico
semplificato, composto dalla lettera R (dall'inglese Refrigeranti e da un numero, ad esempio R-404 –
vedere la norma europea EN378-1).
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Parte 2
L’Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi
Nessuno fluido riunisce contemporaneamente tutte le caratteristiche citate e quindi, a seconda del tipo di
applicazione, viene scelto il fluido frigorifero più adatto.
L'ammoniaca è molto interessante dal punto di vista termodinamico: il suo effetto frigorigeno è
estremamente elevato.
L'effetto frigorigeno volumetrico per un refrigerante risulta essere pari a:
φ = Ql / V
dove Ql rappresenta il calore latente di vaporizzazione e V il volume massico del vapore saturo
Questo è un parametro molto importante per stabilire la portata in volume di fluido e quindi le
caratteristiche del compressore necessario per ottenere una fissata potenza frigorigena. Così, ad
esempio, il Freon 11, che ha un bassissimo valore di effetto frigorigeno volumetrico, potrebbe costringere
l'utilizzatore ad adottare nell'impianto un compressore centrifugo e non il compressore alternativo per
smaltire, a pari potenza frigorigena, la maggiore portata richiesta. L'ammoniaca, nonostante le sue
interessanti caratteristiche termodinamiche, è stata soppiantata, negli impianti di modeste dimensioni,
dal Freon-12 e dal Freon-22, che non sono praticamente tossici o infiammabili e che non attaccano il
rame. Da qui il problema dei gas ozonizzanti e ai gas effetto serra.
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Parte 2
L’Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi – Potenziale Distruttivo
Per la valutazione del potenziale distruttivo per l'ambiente sono state proposte una serie di grandezze
significative:
ODP (Ozone Depletion Potential): ovvero il potenziale di degrado dell'ozono. L'ODP indica in quale
misura una sostanza degrada lo strato di Ozono rispetto al refrigerante R-11(più dannoso ODP pari a
1). Poiché il degrado dello strato di ozono da parte del fluido frigorigeno deriva esclusivamente dai
suoi atomi di cloro, ne consegue che un fluido frigorigeno privo di cloro (HFC) ha un ODP uguale a 0.
GWP (Global Wanning Potential): Indica in quale misura una sostanza influisce sull'effetto serra
rispetto all'anidride carbonica (C02) che possiede un valore pari a 1.
Se però su un circuito non si è avuta alcuna perdita di refrigerante non si ha alcuna emissione inquinante
e la produzione di CO2 risulta quindi essere esclusivamente limitata al consumo elettrico.
L’ordine di grandezza di questo consumo dipende dalla potenza dell’impianto frigorifero, dal suo COP (ossia la
potenza frigorifera specifica) e dalla potenza assorbita dagli apparecchi ausiliari.
HGWP (Halocarbon
Global Warming Potential): Ossia il potenziale di riscaldamento terrestre
(effetto serra). Indica in quale misura una sostanza influisce sull'effetto serra rispetto al refrigerante R-11,
che ha HGWP pari a 1.
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Parte 2
L’Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi – Potenziale Distruttivo
Refrigerante
ODP
GWP
(kgCo2/kg)
CFC
Refrigerante
ODP
GWP
(kgCo2/kg)
R 134 a
0
1.300
R 11
1
3.500
R 404 a
0
3.800
R 12
1
8.100
R 407 c
0
1.600
R 502
1
550
R 410 a
0
1.900
R 507 a
0
3.750
R 717 Ammoniaca
0
0,1
R 600 Propano
0
3
R 744 CO2
0
1
R 718 Acqua
0
0
HCFC
R 22
0,05
1.700
R 123
0,02
250
R 142b
0,06
1.900
0
455
HFC
R 125
22
ALTRI Naturali
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Parte 2
L’Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi – Potenziale Distruttivo
Il rapporto fra GWP e HGWP è uguale a circa 4.000, cioè 1 kg di R11 produce un effetto 4.000 volte maggiore rispetto a l kg di
CO2.
Poiché quest'ultima rimane nell'atmosfera
per un tempo molto
lungo (circa 500 anni), mentre i fluidi frigorigeni alocarburi (CFC,
HCFC, HFC) hanno un tempo di residenza molto minore, il
confronto risulta molto difficile.
In questo caso viene presa in considerazione una durata di 100 anni,
detta anche tempo d'orizzonte.
Anche i nuovi fluidi frigorigeni privi di cloro presentano, tuttavia,
GWP maggiore di 0.
Solamente i cosiddetti refrigeranti naturali (l'ammoniaca e gli
idrocarburi) hanno sia un ODP sia un GWP prossimi allo 0.
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Parte 2
L’Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi – Potenziale Distruttivo
Il TEWI
In realtà, per giudicare il peso di un impianto frigorifero sull’ambiente occorre prendere in considerazione
molteplici elementi quali:
- il potenziale effetto serra del refrigerante utilizzato (GWP su CO2);
- il tasso L di perdita dell'impianto all'anno (in kg);
- la durata n di vita in anni dell'impianto;
- la carica m di refrigerante in Kg immessa nell'impianto;
- il fattore di riciclo del refrigerante Alfare;
- l'emissione di CO2 Beta, dipendente dal rapporto fra la produzione di energia da combustibile fossile e
quella da energia rinnovabile misurata in kWh;
- il consumo annuo di energia, E AN (in kWh).
A partire da questi sette parametri viene ricavato il TEWI (Total Equiva- leni Wanning Impact): o
impatto sul riscaldamento totale equivalente (misurato in kg CO2/anno).
1 TEWI = GWP * L * n + [GWP * m * (1 – Alfare) + n * E AN * Beta]
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Parte 2
L’Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi – Potenziale Distruttivo
Il TEWI
Il TEWI prende in considerazione entrambi gli effetti serra, quello diretto (dovuto alle perdite di
refrigerante nel circuito frigorifero e di quello per riciclo) e quello indiretto (dovuto al
consumo di energia dell'impianto), e può essere ricavato dalla seguente relazione:
In genere, l'installatore non è tenuto a eseguire questo calcolo, ma da qui si può avere una idea esatta
della «filiera di diminuzione effetto serra» ossia:
-
il circuito frigorifero deve essere quanto più possibile a tenuta (L basso);
-
il circuito frigorifero non deve essere sovraccaricato (m più ridotta possibile);
-
il refrigerante impiegato non va miscelato con altri e deve essere riciclabile (Alfare più grande
possibile);
-
l'impianto frigorifero va regolato, per quanto riguarda sia il suo esercizio sia la sua manutenzione,
in modo da avere il minore consumo di energia. (E AN più ridotto possibile).
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Parte 2
L’Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi – Potenziale Distruttivo
Riepiloghiamo la situazione dei refrigeranti…
CFC (clorofluorocarburi): Contengono nella loro molecola atomi di cloro. Sono i
più dannosi per l'ozono avendo ODP pari a 1. Il loro GWP varia.
HCFC (idroclorofluorocarburi): Contengono nella loro molecola atomi di cloro e
di idrogeno. Presentano ODP sensibilmente inferiore a l e GWP inferiore a
quello dei CFC.
HFC (Idrofluorocarburi): Non contengono atomi di cloro, ma solo atomi di fluoro
e idrogeno, e perciò non arrecano danni all'ozono. Per contro alcuni di essi
presentano valori di GWP elevati.
HC (Idrocarburi): Sono idrocarburi, quindi senza cloro, perciò presentano ODP
zero. Il loro GWP è estremamente basso e quindi risultano pressoché innocui per
l'ambiente. Tuttavia sono fortemente infiammabili e ciò ne sconsiglia l'uso nelle
applicazioni civili.
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Costituita da un atomo di
idrogeno (H), uno di cloro
(CI), due di fluoro (F) e
uno di carbonio (C).
Costituita da due atomi di
cloro (CI), due di fluoro (F)
e uno di carbonio (C).
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Parte 2
L’Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi – Potenziale Distruttivo
Ammoniaca: È un fluido naturale, perciò con ODP e GWP nulli, con buone proprietà termodinamiche,
utilizzato da oltre un secolo nella refrigerazione. Presenta però un'elevata tossicità e una leggera
infiammabilità. Oggi questo fluido viene visto con rinnovato interesse e si prova ad utilizzarlo anche in
applicazioni civili.
Esafluoruro di zolfo (SF6): gas tracciante in esperimenti per controllare ventilazione, perdite o infiltrazioni in
edifici; è usato anche in idrogeologia;
- in metallurgia per la produzione di alluminio e magnesio;
-nella fabbricazione di semiconduttori grazie al suo carattere inerte ed all'elevata densità (l'aria e gli inquinanti,
più leggeri, vengono così allontanati);
-dielettrico ideale e può essere usato in alcuni apparecchi elettrici ad alta tensione e negli acceleratori di
particelle (bassa tendenza ad ionizzarsi);
-in ambito medico per la disinfezione di presidi respiratori contro i microbi aerobi;
- nella fabbricazione di innovative celle fotovoltaiche denominate black silicon.
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I QUADERNI DEL FREDDO
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Retrofit o Drop-in questo è il problema ...!!!
In base ai regolamenti emanati sull' eliminazione dei refrigeranti CFC, è stato vietato l'impiego di una
serie di refrigeranti che, di conseguenza, devono essere sostituiti. Si è trattato, dal punto di vista
commerciale, di eliminare e sostituire soprattutto l'R-12 e l'R-502.
I nuovi refrigeranti devono avere un ODP uguale a 0 ed essere assolutamente privi di cloro. In via
provvisoria sono state accettate fino all' 1 gennaio 2001 le miscele frigorigene RCFC contenenti R-22
come componente. In sintesi, i nuovi refrigeranti vengono suddivisi in:
refrigeranti che possono essere impiegati senza ulteriori modifiche in un impianto frigorifero
originalmente caricato con un CFC. In sostanza, è possibile riutilizzare lo stesso olio e la stessa valvola di
espansione già presenti nel circuito frigorifero. Questi refrigeranti sono in genere miscele in cui uno dei
componenti è l'R-22 oppure un idrocarburo; sono denominati drop-in oppure refrigeranti provvisori;
refrigeranti il cui impiego richiede uno speciale olio sintetico (polioliestere ecc.) e la sostituzione
di alcuni componenti del circuito frigorifero, ad esempio la valvola di espansione. Questi refrigeranti
sono completamente privi di cloro, sia come sostanze pure sia come miscele, e vengono denominati
refrigeranti retrofit oppure sostitutivi.
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I QUADERNI DEL FREDDO
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Retrofit o Drop-in questo è il problema ...!!!
I refrigeranti drop-in servono, come detto, alla sostituzione dei CFC negli impianti già esistenti,
in particolare dell'R-12 e dell'R-502. Il loro ODP è maggiore di 0 ma anche minore di 0,05, come per
l'R-22. Miscelando gli stessi con idrocarburi è possibile ridurre l'ODP fino a 0.
Con la sostituzione, in un circuito frigorifero, di un CFC con un refrigerante drop-in il CFC viene estratto dal
circuito e immesso in una bombola di riciclo. Il circuito frigorifero è quindi posto sotto vuoto e poi riempito
con il nuovo refrigerante drop-in.
I refrigeranti sostitutivi (HFC) vengono impiegati per tutti i nuovi impianti, poiché il loro ODP è
uguale a 0. La loro applicazione comporta la sostituzione di alcuni componenti e accessori, poiché
sono privi di cloro, e occorre prestare attenzione a non miscelare fra loro i vari tipi di olio disponibili
sul mercato (minerale, alchilbenzene, polialfaolefine).
Questa mancanza di miscibilità è necessaria, peraltro, per non riempire d'olio gli evaporatori a
espansione diretta e per facilitare il ritorno dell'olio dall'evaporatore al compressore. Sono perciò state
introdotte sul mercato nuove valvole di espansione e nuovi filtri essiccatori, adatti per i nuovi
refrigeranti.
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Retrofit o Drop-in questo è il problema ...!!!
Gli impianti caricati con refrigeranti CFC (R12, R502) e HCFC (R22) lavoravano bene con compressori che
utilizzavano olii lubrificanti minerali (a base di idrocarburi), per la lubrificazione del compressore stesso.
I refrigeranti HFC, introdotti all'inizio degli anni '90, hanno dimostrato una ridotta capacità di solvenza con i
lubrificanti minerali, per cui gli HFC richiesero lo sviluppo di un nuovo tipo di olio (Estere di Poliolo POE) per le
applicazioni di refrigerazione e condizionamento.
Questo fatto ha limitato molto le operazioni di retrofit (sostituzione del refrigerante) degli impianti caricati
con CFC o HCFC, per la necessità di sostituzione dell'olio, non sempre ragionevolmente fattibile.
La conversione degli impianti di refrigerazione e condizionamento esistenti che utilizzano CFC o HCFC
(es. R22) con un refrigerante HFC (ovviamente con caratteristiche simili come l'R407C) necessita della
sostituzione dell'olio minerale con un olio POE.
La procedura di conversione ad HFC richiede, quindi, un'operazione di flussaggio del circuito, che assicuri la
rimozione dell'olio minerale presente nel sistema. Si considera accettabile un residuo di olio minerale nel
POE che non sia superiore al 5%.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Retrofit o Drop-in questo è il problema ...!!!
Purtroppo i lubrificanti POE e PAG, rispetto agli olii minerali sono molto igroscopici un'elevata affinità con
l'acqua, che gli fa assorbire e ritenere umidità, quando vengono a contatto con l'aria. L'umidità assorbita
difficilmente può essere rimossa con le convenzionali tecniche di vuoto, ma richiede idonei filtri
essicanti.
Pertanto, durante le operazioni di manutenzione, dovrà essere posta grande cura per le possibilità di
ingresso di aria umida nel sistema.
Oggi il problema si presenta particolarmente importante per la sostituzione dell'HCFC R22 data la messa al
bando totale dal 10 gennaio 2015. Attualmente si può utilizzare in manutenzione R22 rigenerato, non
sempre reperibile e comunque a costi elevati.
Per agevolare questa operazione, i produttori di gas refrigeranti hanno introdotto delle miscele adatte alla
sostituzione di CFC e HCFC senza dover sostituire l’olio(almeno nella maggior parte dei casi), oppure con
un'elevata tolleranza del residuo di olio originale nell'olio POE (10-15% di residuo di olio minerale).
Lo sviluppo di una famiglia di nuovi fluidi utilizzati con i normali lubrificanti minerali è una buona soluzione.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Tipo
Sigla
HCFC
R-22
A1
R-134a
A1
HFC
R-404A (R-143a/ 125/134a)
A1
R-507 (R-143a/ 125)
A1
R-407 (R-321 125/ R-134a)
A1
R-407C (R-321 1251 R-134a)
A1
R-410A
NH3
HC
CO2
32
Sicur. °C Eb.
R-7l7 Ammoniaca
A1
B2
ODP
GWP
Tos.
Inf.
Osservazioni
0,05
1.500
No
No
Sostanza pura
-26
0
1.200
No
No
Sostanza pura
-47
0
3.750
No
No
-47
0
3.800
No
No
Miscela azeotropica
-39 /-45
0
2.000
No
Miscela zeotropica
-43 / -36
0
0
1.610
2.000
No
Nei
Miscela zeotropica
Miscela azeotropica
-33
0
0
-48
0
-12
0
-41
-53
R-1270 Propene
A3
R-290 Propano
A3
R-600a isobutano
A3
-12
R-744 Anidride carbonica
A1
-78,4
No
No
No
Si
Miscela quasi azeotropica
Bassa
Sostanza pura
No
SI
Sostanza pura
No
Si
Sostanza pura
0
No
Si
Sostanza pura
0
No
No
Sostanza pura
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LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
I Quasi Nuovi…
Tutti i fluidi frigorigeni vengono usati come sostanze pure o come miscele azeotropiche e zeotropiche.
Le miscele azeotropiche possono essere riconosciute per il fatto che, al contrario di quanto accade con
quelle zeotropiche, la composizione delle loro parti massiche rimane costante sia nella fase liquida sia
in quella di vapore (ma solo a una determinata temperatura).
Con le miscele zeotropiche, invece, ciò non succede. In altri termini, quando si ha un cambiamento di fase
la composizione delle parti massiche del fluido subisce una variazione fra liquido e vapore. Ciò significa
anche, nel caso di un evaporatore a espansione secca, che a parità di pressione le temperature all'entrata
e all'uscita non sono le stesse, come vedremo meglio più avanti.
I numeri indicativi delle sostanze pure sono derivati dalla loro formula chimica, quelli delle miscele
zeotropiche appartengono alla serie 400 (come, ad esempio, R-404A) e quelli delle miscele
azeotropiche appartengono alla serie 500 (ad esempio R-502, R-507).
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I NUOVI REFRIGERANTI
I Quasi Nuovi…
Per il condizionamento tre sono ad oggi i sostituti principali dell'R22:
• R134a (CH2FCF3 - Tetrafluoroetano)
• R407c (R32/R125/R134a (23%, 25%, 52%))
• R410a (R32/R125 (50%, 50%))
Per la refrigerazione due sono ad oggi i sostituti principali dell'R502:
• R404a (R125/R143a/R134a (44%, 52%, 4%))
• R507 (R125/R143a (50%,50%))
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Azeotropi, quasi azeotropi e zeotropi… chi sono costoro!
L'industria del condizionamento dell'aria ha utilizzato fino ad oggi in grandissima parte dei refrigeranti
"puri", ossia con un singolo componente come l'R-12 e l'R-22. La caratteristica di un refrigerante puro è
che questo non varia le sua composizione durante i cambiamenti di stato.
Nella ricerca di refrigeranti sostitutivi, però, non è stato possibile sviluppare un refrigerante puro che
garantisse tutti i requisiti e le caratteristiche attese, con l'eccezione dell'R. 134a. Infatti, molti dei
nuovi refrigeranti costituiscono miscele di vari composti e, secondo le caratteristiche e il comportamento,
vengono definiti come: azeotropi, quasi azeotropi e zeotropi.
Gli azeotropi non cambiano la loro composizione volumetrica né la temperatura di saturazione in modo
apprezzabile durante l'evaporazione o la condensazione a pressione costante.
I quasi azeotropiche presentano solo un leggero "scorrimento« (detto glide) della temperatura di
evaporazione e condensazione durante le fasi di cambiamento di stato. Tuttavia esso non provoca
effetti apprezzabili su prestazioni, funzionamento e sicurezza dell' impianto.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Azeotropi, quasi azeotropi e zeotropi
Gli zeotropi hanno caratteristiche diverse dalle miscele precedenti poiché
le loro temperature di evaporazione e condensazione subiscono dei
marcati scorrimenti (glide) durante i cambiamenti
di stato e la
composizione volumetrica varia in modo apprezzabile. Questo significa che
i processi di evaporazione e condensazione si svolgono a pressioni costanti
ma a temperature variabili secondo un certo valore di glide.
L'evaporazione a pressione costante ha luogo a una temperatura del
refrigerante che aumenta, mentre la condensazione si sviluppa con una
diminuzione di temperatura.
Ciò è particolarmente importante per refrigeranti con elevati valori di
temperatura di scorrimento (temperature glide) poiché si producono
considerevoli differenze di temperatura entro gli scambiatori di calore.
È essenziale che venga data attenta considerazione al glide delle miscele di
refrigeranti quali l'R-407C durante la taratura dei dispositivi di regolazione
della pressione.
36
Comportamento di un fluido
zeotropo
sul
diagramma
pressioni-entalpie.
Le fasi di
evaporazione e condensazione si
svolgono a pressioni costanti ma a
temperature scorrevoli di un certo
valore, il cosiddetto glìde.
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I NUOVI REFRIGERANTI
Azeotropi, quasi azeotropi e zeotropi
Inoltre è cruciale considerare gli effetti delle perdite di carico sul gliele
durante il dimensionamento degli scambiatori di calore. Le perdite di carico
aumentano infatti in modo significativo il glide nel circuito frigorifero.
II trascurare ciò nei calcoli di bilancio energetico può condurre a un
sottodimensionamento degli scambiatori e di altri componenti.
Le miscele azeotropiche possono essere riconosciute per il fatto che, al
contrario di quanto accade con quelle zeotropiche, la composizione
delle loro parti massiche rimane costante sia nella fase liquida sia in
quella di vapore (ma solo a una determinata temperatura).
Con le miscele zeotropiche, invece, ciò non succede. In altri termini,
quando si ha un cambiamento di fase la composizione delle parti
massiche del fluido subisce una variazione fra liquido e vapore. Ciò
significa anche, nel caso di un evaporatore a espansione secca, che a
parità di pressione le temperature all'entrata e all'uscita non sono le
stesse, come vedremo meglio più avanti.
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Comportamento di un fluido
zeotropo
sul
diagramma
pressioni-entalpie.
Le fasi di
evaporazione e condensazione si
svolgono a pressioni costanti ma a
temperature scorrevoli di un certo
valore, il cosiddetto glìde.
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I NUOVI REFRIGERANTI
Azeotropi, quasi azeotropi e zeotropi
Nel caso di fluidi, o meglio miscele, Zeotrope, come il R407c, è necessario
dare delle nuove definizioni su cosa si intende per temperatura di
condensazione e di evaporazione, in quanto non è definita una temperatura
ma un intervallo di temperature in cui avviene il fenomeno del
cambiamento di fase.
Si può allora definire come temperatura di evaporazione la temperatura
media, a pressione costante, tra la temperatura di inizio ebollizione, cioè
quella in cui inizia ad evaporare il primo componente, e quella in cui cessa di
esistere la fase liquida; quella cioè a cui evapora l'ultimo componente.
Analogamente si può definire come temperatura di condensazione la
temperatura media, pressione costante, tra la temperatura di rugiada, cioè
quella in cui inizia a condensare il primo componente, e quella in cui cessa
di esistere la fase vapore, quella cioè a cui condensa l’ultimo componente.
Le definizioni sopra riportate misurano nella pratica le temperature di
Surriscaldamento e di Sottoraffreddamento.
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Comportamento di un fluido
zeotropo
sul
diagramma
pressioni-entalpie.
Le fasi di
evaporazione e condensazione si
svolgono a pressioni costanti ma a
temperature scorrevoli di un certo
valore, il cosiddetto glìde.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Esempio di Classificazione…
Il numero 404 indica ad esempio la presenza nella miscela di determinati componenti, ossia R-143a, R-125 e
R-134a, rispettivamente nella percentuale del 52, 44 e 4%; tale composizione viene riconosciuta con una
A dopo R-404A.
Le miscele che hanno gli stessi componenti ma diverse composizioni sono identificate con le sigle B, C ecc.
Refrigerante
R – 404 - A
% Componenti
52 %, 44%, 4%
Composizione e Zeotropia
R-143 A; R-125; R-134 A
Sono comuni anche i nomi commerciali assegnati dai fabbricanti di refrigeranti alle miscele prodotte, come
Suva HP62 (R-404A) e Isceon Klea (R-407B) ecc.
I campi di applicazione di questi fluidi negli impianti frigoriferi vanno normalmente da -80°C a + 10 °C e,
in casi eccezionali, anche oltre. Per ogni applicazione è disponibile un numero diverso di classificazione del
refrigerante.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Comportamento delle Miscele
Le sostanze azeotropiche, quasi-azeotropiche o zeotropiche, indipendentemente dal tipo, allo stato di
liquido puro o di vapore puro presentano una composizione intimamente miscelata e le loro proprietà
risultano del tutto uniformi.
Invece, quando sono presenti sia liquido sia vapore (come nell'evaporatore, nel condensatore e in vari casi
nel ricevitore di liquido), il comportamento della miscela dipende dal fatto che essa sia azeotropica o
zeotropica.
In una miscela azeotropica la composizione percentuale del liquido e del vapore sarà sempre virtualmente la
stessa quando entrambi sono presenti. Nell'evenienza di una perdita, non si produrrà alcuna variazione
sostanziale della composizione del refrigerante rimasto nel circuito.
Invece, la composizione di vapore e di liquido delle miscele zeotropiche è diversa quando entrambi
sono presenti contemporaneamente. Con una perdita dall'evaporatore o dal condensatore, con fuga di
solo vapore, può prodursi un cambiamento nella composizione del refrigerante rimasto.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Comportamento delle Miscele
Problemi possono aversi anche durante le fasi di cambiamento di regime delle pompe di calore.
Le miscele quasi-azeotropiche presentano variazioni ed effetti sensibilmente minori di quelle
zeotropiche e, per certi composti, di trascurabile conseguenza sul comportamento dell’impianto.
Poiché nelle miscele zeotropiche la composizione del vapore può differire da quella del liquido, è
indispensabile effettuare la carica delle macchine in fase liquida. Invece, se si effettua la carica in fase
di vapore, la composizione del refrigerante nel circuito non risulterà la stessa che si ha entro la
bombola. Ciò è dovuto al frazionamento del refrigerante che si verifica entro la bombola stessa quando
ne viene rimosso il solo vapore.
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I QUADERNI DEL FREDDO
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Le normative attualmente in vigore a livello comunitario impongono che ogni impianto
frigorifero sia munito di una "targa segnaletica", indistruttibile e ben visibile, che riporti fra i vari
dati anche l'indicazione del fluido frigorigeno usato.
La miscelazione di differenti fluidi frigorigeni può provocare pressioni
danneggiare il circuito che li contiene o reazioni chimiche indesiderate.
troppo elevate in grado di
Al momento attuale sono due le classi fondamentali di fluidi frigorigeni usati:
1) gli idrocarburi fluorati HFC, detti anche derivati del legame fra gli idrocarburi metano ed etano
come ad esempio l'R-134;
2) le sostanze naturali, cioè ammoniaca R -717, butano R -600, propano R-290, isobutano R- 600A, propene
R-1270, Anidride Carbonica, R-744
Lo sviluppo dell'R407C, un HFC con caratteristiche prestazionali simili all'R-22, ha permesso di offrire
alternative interessanti.
Altra alternativa è consistita dall’impiego dell'R-134, che però si rivela più idoneo per il
funzionamento nelle macchine a vite e centrifughe.
Per le macchine di piccola e media potenza è stato sviluppato l' R-410A. È anch'esso un HFC che appare a
tutti gli effetti il sostituto a medio termine dell’R22 nel campo delle piccole e medie potenzialità.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Caratteristiche principali dei nuovi HFC
L'elenco degli HFC disponibili non è molto lungo. Due sono le alternative emerse per la sostituzione dell'HCFC
22: HFC 407C e HFC 41OA, entrambe miscele di HFC.
L'HFC 407C ha il pregio di offrire prestazioni simili all'HCFC 22, mentre l'HFC 410 a consente di raggiungere una
capacità maggiore del 50%, con una pressione pure maggiore del 50%.
L'HFC 407C si configura facilmente come un sostituto per gli impianti esistenti, cosa molto importante dato
che oltre la metà dei nuovi compressori e unità motocondensanti sono utilizzati in applicazioni di sostituzione.
Invece, l'HFC 410A, essendo un refrigerante ad alta pressione, richiede la riprogettazione del compressore e
di altri componenti del circuito. In aggiunta a un più elevato coefficiente di scambio termico, il suo impiego
vanta minori perdite di carico, minori diametri dei tubi, una carica minore e altri vantaggi.
L'HFC 410A è destinato a macchine di nuova progettazione e costruzione. In realtà, un sempre maggior
numero di macchine di nuova progettazione, soprattutto di piccola potenza, ma anche di potenze medie e
grandi, fa uso di questo nuovo refrigerante.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Caratteristiche principali dei nuovi HFC rispetto all’R22
Caratteristica
R-22
R-134 A
R-407 C
R-410 A
0
0
5,4 °C
0,11 °C
Pressione kPa
2,139
1,476
2,262
3,406
EER Compressione
100%
100%
95% - 100%
92% - 100%
Capacità Frigorifera
100%
65%
98% - 105%
149% - 155%
-
Inferiore
Identico
Maggiore
Glide
Scambio Termico
-
Minore
Identico
Minore
100%
Molto Minori
95% - 100%
98% - 100%
Costo Impianto
-
Molto Maggiori
Identici
Minori
Riprogettazione
-
SI
NO
SI
Diametro Tubi
Prestazioni Impianto
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I NUOVI REFRIGERANTI
Fattori di Applicabilità dei Refrigeranti
PROPRIETA
HFC
HC
Ammoniaca
Proprietà Termodinamiche
Buone
Buone
Buone
Compatibilità oli Minerali
NO
SI
SI
SI
SI
NO
Molto Bassa
Molto Bassa
Elevata
NO
Molto Elevata
Bassa
ODP
0
0
0
GWP
Elevato
Molto Basso
Zero
Compatibilità Materiali
Tossicità
Infiammabilità
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Applicazioni Possibili
Impianto
HFC
HC
Ammoniaca
SI
SI
NO
SI
NO
NO
SI
NO
SI
SI
SI
SI
Unità Preassemblate
Frigoriferi domestici, condizionatori monoblocco da parate o
movibili, macchine distributrici automatiche.
Impianti a distribuzione diretta a contatto con il pubblico
Sistemi a sezioni divise (mono e multi split), supermarket,
refrigeratori, dettagli.
Impianti a distribuzione diretta in zone vietate
Trattamento alimenti e bevande, magazzini e magazzini di
stoccaggio surgelati.
Impianti a distribuzione indiretta con circuito
secondario ad acqua o glicole
Piccoli e grandi refrigeratori
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Grado di Tossicità e infiammabilità di alcuni refrigeranti
Tossicità, ppm
REFRIGERANTE
(limite di esposizione
occupazionale)
Limite di infiammabilità
(% in aria)
25
Dal 15 al 28 %
HC, isobutano
1.000*
Dal 1,8 al 8,5 %
HFC 134 A
1.000*
Non Infiammabile
HFC 410 A
1.000*
Non Infiammabile
Ammoniaca
* Il limite 1.000 è indicato per evitare pericoli di soffocamento.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
HFC 134 A
È un refrigerante puro, costituito da un singolo componente, e perciò non è soggetto a glide di temperatura
durante i cambiamenti di stato. Un'ulteriore caratteristica positiva è rappresentata dal basso potenziale di
riscaldamento globale (GWP) rispetto agli altri refrigeranti.
Purtroppo, esso presenta una capacità termodinamica sensibilmente più ridotta rispetto all'R-22. La
conseguenza di ciò è che, a parità di potenza frigorifera, una macchina caricata con HFC 134a deve essere tra il
30% e il 40% più grande di una con R-22 (compressore di maggior cilindrata, tubi di maggior sezione e
scambiatori di maggior superficie).
A ciò si aggiunge il fatto che il coefficiente di scambio termico dell' R-134a è minore di quello dell'R-22. L'HFC
134a ha prestazioni simili all'R-12 da -10 °C a +10 °C. È un ottimo fluido per la refrigerazione commerciale e il
recupero di calore ad alta temperatura. Il suo uso non è invece raccomandato per applicazioni di bassa
temperatura. Alcuni costruttori lo utilizzano anche nei gruppi frigoriferi per il condizionamento dell'aria. I
compressori per HFC 134a sono identici a quelli standard.
È invece nel circuito frigorifero che si richiedono componenti adatti per tale refrigerante: soprattutto valvole
termostatiche e filtri disidratatori.
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I QUADERNI DEL FREDDO
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
HFC 134 A
Per gli altri componenti, quali pressostati, valvole solenoidi, valvole di ritegno e valvole a 4 vie, occorre
ricalcolare i valori di pressione e di portata massica.
Favorevoli sono le prospettive di utilizzo nelle centrali frigorifere equipaggiate con compressori a vite e
centrifughi, che hanno utilizzato tradizionalmente R-11 e R-12. In queste applicazioni l'R-134a può costituire
una soluzione accettabile con costi di investimento contenuti e con minori requisiti di riprogettazione delle
macchine.
In realtà, oggi, l 'R-134a è utilizzato sulla maggior parte dei gruppi frigoriferi centrifughi prodotti in Europa e in
numerosi modelli di gruppi a vite.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
HFC 407 C
L'HFC 407C è una miscela ternaria di R-32, R-125 e R-134a, e presenta caratteristiche operative simili a quelle
dell'R-22. Si tratta però di un fluido zeotropo, con uno scorrimento di temperatura (glide) non trascurabile, di
5,4 °K; a ciò si aggiunge anche lo svantaggio di una minor efficienza rispetto al1'R-22. Esso offre tuttavia la
maggior semplicità di conversione degli impianti rispetto alle altre alternative. In impianti o macchine dove il
suo glide risulti accettabile, l'HFC 407C rappresenta una scelta interessante per il passaggio all'uso di HFC.
Invece, il suo impiego deve essere valutato in quelle applicazioni dove l'effetto del glide sulle prestazioni del
circuito frigorifero possa essere sensibile, ad esempio in impianti con evaporatori allagati o evaporatori
multipli. Neppure il suo utilizzo per il retrafit di impianti già funzionanti con R-22 può essere immediato,
poiché tutti gli HFC non possono funzionare con gli oli minerali e necessitano di oli poliesteri.
Ciò richiede operazioni di pulizia del circuito frigorifero.
A prima vista, l'RA07C si presenterebbe come sostituto naturale dell'R-22 avendo caratteristiche di
funzionamento molto simili. Questa sua rassomiglianza permette di compiere la sostituzione (per questo
motivo viene definita anche "drop-in") solo con piccoli cambiamenti tecnologici, limitati essenzialmente al
passaggio dal tradizionale olio minerale (MO) a uno degli oli poliolesteri (POE) utilizzati con gli HFC.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
HFC 407 C
La differenza più evidente rispetto all'R22 è costituita dal fatto che non essendoci una sola temperatura di
ebollizione o di condensazione ben precisa, data una certa pressione, ma una fascia (circa 5°C) in cui bollono
progressivamente i tre componenti, all'interno dello scanmbiotore vi è una miscela sia in fase liquida che
gassosa in cui cambiano con continuità le percentuali tra i tre componenti ed a cui quindi corrispondono
caratteristiche termodinamiche e fluidodinamiche sempre diverse che di fatto penalizzano lo scambio termico.
Si deve inoltre notare una minore efficienza del ciclo con questo gas rispetto a quello con R22 specialmente
quando la temperatura di condensazione sale oltre i 50°C, dunque il suo impiego nelle macchine a pompa di
calore è seriamente penalizzato nel confronto.
Tutte queste operazioni sono relativamente facili da compiere in una grossa macchina dotata di rubinetti di
intercettazione, valvole per lo scarico dell'olio del compressore ecc, divengono molto più onerose nel caso di
piccole macchine split ed in questo caso è lecito chiedersi se ne vale la pena economicamente parlando.
Attualmente a questo fluido in ordine alle modeste caratteristiche prestazionali intrinseche viene
preferito R410a.
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
HFC 410 A
Questo refrigerante costituisce una miscela di 50% R-32 e 50% R-125 e ha comportamento
quasiazeotropico, perciò il suo scorrimento di temperatura o glide è trascurabile. Esso funziona però a
pressioni sensibilmente più elevate dell 'R-22. Dalle prove realizzate fino ad oggi risulta che, sebbene con
questo nuovo refrigerante non si possa raggiungere l'efficienza teoricamente ottenibile con l'R-22, le sue
caratteristiche di scambio termico si rivelano superiori nella maggior parte degli impianti.
L'utilizzo dell'HFC 410A comporta d'altra parte la necessità di riprogettare estesamente le macchine e i circuiti
frigoriferi. Un importante vantaggio che si prospetta per l'utilizzo di questo refrigerante sta nel fatto che, per
effetto della sua maggior densità, pressione di lavoro e capacità di scambio termico, esso consente di ridurre la
grandezza dei componenti dei circuiti frigoriferi, a parità di potenza resa. Oppure, a parità di grandezza dei
componenti, di aumentare sensibilmente la capacità frigorifera erogata rispetto al funzionamento con R-22,
fin del 50-55%.
L'R-410A presenta un potenziale di surriscalda mento dell'atmosfera più alto: di 1900 kgCO/kg contro 1700.
Ciò farebbe pensare che quanto si guadagna da un lato si perde dall'altro.
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
HFC 410 A
Questo refrigerante lavora a pressioni sensibilmente maggiori rispetto al R22 o R407C, circa 60% in più, e
questo costituisce senza dubbio un problema nel ricalcolo degli spessori dei tubi e dei recipienti di
contenimento, per contro le dimensioni dei tubi e degli scambiatori sono minori, minori gli ingombri, minori i
costi.
I coefficienti di scambio nell'evaporatore e nel condensatore sono buoni e per il fatto che si tratta di un fluido
quasi azeotropico e per le caratteristiche intrinseche del fluido stesso, questo permette una buona prestazione
in pompa di calore ed una ulteriore riduzione degli ingombri e competitività nei costi.
Gli svantaggi nell'utilizzo di questo refrigerante sono essenzialmente:
•
All'aumento delle potenze aumentano di molto gli spessori, quindi i pesi e i costi dei recipienti, degli
scambiatori ed il compressore stesso
•
Ad alte temperature di condensazione, oltre 55°C le prestazioni decadono rapidamente
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
HFC 410 A – Vantaggi e Svantaggi
Vantaggi
•
Nessuna diminuzione di capacità rispetto all’R-22;
•
Componenti più piccoli: superfice evaporatore, diametro tubi, grandezza compressore. Ne derivano minori costi di
produzione;
•
Minori perdite di carico da cui dipendono meno circuiti nel condensatore e distributori più semplici;
•
Minor carica di refrigerante, circa il 20% in meno e quindi minor volume del circuito;
•
Maggiore efficienza potenziale dell’impianto. Il COP dell’impianto aumenta rispetto all’R-22 alle temperature di
condensazione moderate.
•
Minori livelli sonori a causa delle minori masse in movimento e dello spessore maggiore dell’involucro.
Svantaggi
•
Maggiore pressione di lavoro, quindi necessità di componenti più robusti e perciò costi maggiori;
•
Maggiore potenziale di surriscaldamento dell’atmosfera (GWP): 1.900;
•
Non in grado di funzionare con i normali oli minerali di refrigerazione;
•
Maggior costo
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
HFC 404 A
E' una miscela ternaria, costituita cioè da tre componenti: 44% R125, 52% R143a, 4% R134a, è un fluido
quasi azeotropico con un Glide inferiore a 0,5° alle temperature usuali di lavoro.
Questo fluido è relativamente simile al 407C, nel senso che le pressioni di lavoro sono non troppo diverse e
così pure le densità; la differenza vera è nel fatto che questo fluido è quasi azeotropico, quindi con Glide
piccolo.
Queste caratteristiche lo rendono termodinamicamente un buon refrigerante che lavora bene a temperature
medie e basse ma con condensazioni che non eccedono i 50-55°C. Ha sostituito degnamente il "Vecchio" R502
che ha costituito la base della refrigerazione commerciale in bassa temperatura fino a metà degli anni 90.
E' attualmente molto utilizzato nella refrigerazione commerciale in impianti di tutte le taglie.
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LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
HFC 507
E' una miscela binaria, costituita cioè da due compènentì: 50% R125, 50% R143a, è un fluido quasi
azeotropico con un Glide inferiore ad 1° C alle temperature usuali di lavoro.
Questo fluido è quasi identico al precedente R404A, la sola differenza è la mancanza di quel 4% di
R134a che teneva di poco più basse le pressioni.
Viene utilizzato negli stessi impianti e con gli stessi componenti del 404, viene accreditato di una efficienza
migliore del 5-10% rispetto al 404 nelle stesse condizioni, e per questa ragione il suo utilizzo si sta
estendendo.
E' utilizzato nella refrigerazione commerciale in impianti di tutte le taglie.
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Temperatura di surriscaldamento
La differenza tra la temperatura del gas aspirato dal compressore e la temperatura di rugiada del
refrigerante alla pressione nell'evaporatore.
La procedura qui di seguito illustrata è valida per i refrigeranti "Zeotropici" (con elevato Glide, es. R407C).
Con gli appositi manometri che riportano la scala delle temperature sia della fase gassosa che di quella liquida,
si ha la possibilità di leggere, per qualsiasi pressione, la temperatura di inizio e fine del cambiamento di stato.
Per esempio se sul manometro di bassa pressione si legge sulla scala delle pressioni 0,5 MPa (corrispondenti a 5
bar), si vede che nella scala del 407c vapore corrisponde una temperatura di circa +9°C, mentre nella scala
liquido corrisponde una temperatura di circa +2 °C.
Questo vuole dire che il refrigerante liquido inizia la ebollizione a +2° (bolle il primo elemento) mentre a +9° vi è
la ultima transizione liquido-vapore, cioè bolle l'ultimo componente.
Nella definizione viene citata la "temperatura di rugiada" alla pressione dell'evaporatore, è un modo più preciso di
definire questa temperatura perché, a ben vedere, la temperatura di ebollizione dell'ultimo componente è anche
quella a cui, in un processo di raffreddamento.
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LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Temperatura di surriscaldamento
Applicando la definizione di Surriscaldamento sopra enunciata, nell'ipotesi di misurare con un manometro
una pressione di 0,5 Mpa, e di misurare con il termometro una temperatura di gas aspirato al compressore
di 12°C, il Surriscaldamento in questione è di 12-9 = 3°C
I costruttori di macchine frigorifere e quelli di
valvole di espansione, quando suggeriscono i
valori di Surriscalda mento, intendono valori
misurati con il metodo sopra riportato, ed è in
questo modo che vanno effettuate le
regolazioni.
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I QUADERNI DEL FREDDO
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Temperatura di sottoraffreddamento
La differenza tra la effettiva temperatura del liquido e la temperatura del punto di ebollizione del
refrigerante alla pressione nel condensatore.
La procedura qui di seguito illustrata è valida per i refrigeranti "Zeotropici" (con elevato Glide, es. R407C).
Con gli appositi manometri che riportano la scala delle temperature sia della fase gassosa e di quella liquida si
ha la possibilità di leggere, per qualsiasi pressione, la temperatura di inizio e fine del cambiamento di stato.
Per esempio se sul manometro di alta pressione si legge sulla scala delle pressioni 2 MPa (20 bar), si vede che
nella scala del 407c vapore corrisponde una temperatura di circa +48°C, mentre nella scala liquido corrisponde
una temperatura di circa +54°C.
Questo vuole dire che il refrigerante liquido inizia la condensazione (ovvero il suo punto di rugiada è) a +54°
(condensa il primo componente) mentre a +48° vi è la ultima transizione vapore-liquido, cioè condensa l'ultimo
componente.
Nella definizione si parla di temperatura di ebollizione del refrigerante alla pressione del condensatore, infatti
questa è la temperatura a cui, per la prima volta, appare il fenomeno della ebollizione, cioè la temperatura più
bassa a cui inizia il fenomeno della ebollizione.
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LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Temperatura di sottoraffreddamento
Applicando la definizione di Sottoraffreddamento sopra enunciata, nell'ipotesi di misurare con il
manometro una pressione di 2 Mpa, e di misurare con il termometro una temperatura del liquido di 40°C,
il Sottoraffreddamento in questione è di 48-40 = 8°C
I costruttori di macchine frigorifere e quelli di valvole di espansione, quando
suggeriscono i valori di Sottoraffreddamento, intendono valori misurati con
il metodo sopra riportato, ed è in questo modo che vanno effettuate le
regolazioni.
In particolare per il R 407c, si dovrà prestare molta attenzione, nel caso in
cui viene riportata una sola scala, alla scritta identificativa «liquid» oppure
«vapour».
Misura del surriscaldamento:
• Manometro di bassa, scala con indicazione «vepour»
Misura del sottoraffreddamento
• Manometro di alta, scala con indicazione «Liquid»
Se l'indicazione della scala non è quella corretta si dovrà tassativamente
considerare il fenomeno del glide, nel caso del R 407c circa 6°C.
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Il Comportamento delle Miscele
Le miscele, se sono allo stato di liquido puro o di gas puro, presentano delle proprietà del tutto uniformi
perché i componenti sono intimamente miscelati tra loro.
Quando invece sono presenti sia lo stato liquido che quello di vapore (questo avviene nel condensatore,
nell'evaporatore, nel ricevitore di liquido) il comportamento dipende dal fatto che la miscela sia azeotropica o
zeotropica.
Nelle miscele azeotropiche la composizione del vapore e del liquido è la stessa ed una eventuale perdita
penalizza egualmente tutti i componenti, in questo modo non varia la composizione della miscela.
Nel caso di miscele zeotropiche invece, una eventuale perdita potrebbe interessare prevalentemente uno dei
componenti ed alterare quindi la composizione della miscela. Nel caso di miscele quasi azeotropiche si
presentano gli stessi inconvenienti ma in misura minore.
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LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
Il Comportamento delle Miscele… Osservazioni pratiche
Nel caso di perdite del circuito frigorifero, in particolare dagli scambiatori, contenenti una miscela zeotropica o
quasi azeotropica, è probabile la alterazione della composizione del refrigerante e "quindi del cambiamento
delle sue proprietà dal punto di vista della efficienza frigorifera.
Se si caricasse refrigerante in fase gassosa da una bombola, si produrrebbe una evaporazione selettiva dei
componenti, prima evapora uno, poi l'altro e così via, in questo modo si carica il circuito con una miscela la cui
composizione NON è quella della bombola ma può essere anche molto diversa, con le ovvie conseguenze.
Comportamento Pratico
•
In caso di perdite di refrigerante NON reintegrare la carica, ma vuotare il circuito e fare una nuova
carica in fase liquida con le quantità stabilite dal costruttore.
•
La carica di refrigerante DEVE essere fatta solo in fase liquida.
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
I refrigeranti sintetici HFO (HydrofluoroOlefine)
Recentemente Honeywell e DuPont hanno presentato un nuovo refrigerante denominato 1234yf a basso
GWP, facente parte della famiglia HFO (Hydrofluoro olefine) destinato principalmente alla climatizzazione
degli autoveicoli.
Dopo vari test a livello mondiale, verifiche e confronti con altri refrigeranti (come l'anidride carbonica R744) ,
l'Ufficio Brevetti Europeo concede ad Honeywell il brevetto per il nuovo refrigerante a basso GWP, HFO-1234yf
per la climatizzazione dei veicoli a motore.
Il 20 maggio 2010 Honeywell e DuPont annunciano una joint venture per la fabbricazione del nuovo
refrigerante e il 23 luglio dello stesso anno GM sceglie di utilizzare-1234yf nelle automobili dei marchi
americani Cadillac, Chevrolet, Buick e GMC partire dal 2013.
Oltre agli Stati Uniti, Opteon yf ™ (nome commerciale registrato della DuPont) è stato sottoposto a test estesi
di sicurezza e prestazionali nella climatizzazione auto anche dalle principali case costruttrici del settore
automobilistico in Europa, Giappone, Corea.
Per questo settore tale refrigerante sarà disponibile in commercio a fine 2011 per l'utilizzo, sostituzione
dell'R134a nei veicoli nuovi e dal 2017 in tutti quelli circolanti (avere un GWP inferiore a 150).
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
I refrigeranti sintetici HFO (HydrofluoroOlefine)
Quest'ultima stabilisce che a partire dal 2011 , i refrigeranti in nuovi tipi di veicoli non possono avere un
potenziale di riscaldamento globale (GWP) superiore a 150. A partire dal 2017, questo si applicherà a tutte le
autovetture nuove.
Il refrigerante R134a utilizzato attualmente nella climatizzazione auto, sarà eliminato sostituito dal -1234yf, che
ha un GWP di 4, ed è un passo importante obiettivi di protezione del clima.
L'impiego di tale refrigerante non è limitato al settore automobilistico ma, per la somiglianza all'R134a, in
termini di proprietà termodinamiche, si sta provando anche nel settore della refrigerazione commerciale nei
nuovi impianti a temperatura normale (TN).
I primi progetti nel campo della refrigerazione industriali sono stati molto incoraggianti in termini di
performance operativa e facilità d'uso.
Il primo lancio commerciale limitato, nel settore alimentare, in Europa, è previsto tra il 2012 e il 2013, per
verificare l'interesse del mercato e definire i tempi per una definitiva distribuzione commerciale.
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I QUADERNI DEL FREDDO
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Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
I refrigeranti sintetici HFO (HydrofluoroOlefine)
In termini ambientali, poi, il più grande vantaggio del nuovo refrigerante (-1234yf ) è quello di avere una vita
media in atmosfera di soli 11 giorni rispetto all'R-134a, che in media, ha una vita atmosferica superiore ai 13
anni, dando un potenziale di riscaldamento globale (GWP) di circa 1.300.
Nel confronto, a parità di tempo di vita, il nuovo refrigerante risulta avere un GWP di circa 600, che
scende a 4, tenendo conto della sua breve vita, con un 99,7 % di miglioramento rispetto all'HFC-R134a.
Riassumendo le caratteristiche prestazionali ed ambientali sono:
1. GWP = 4 e ODP = 0
2. Paragonabile ad HFC-134a per le proprietà di refrigerazione
3. Accettabile in termini di stabilità e di compatibilità
4. È leggermente infiammabile (ma molto meno dell'HFC-152a e R-32)
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I NUOVI REFRIGERANTI
I refrigeranti sintetici HFO (HydrofluoroOlefine)
Valutazioni preliminari indicano che potrebbe essere utilizzato in un sistema ad espansione diretta per
applicazioni di refrigerazione, compresa la refrigerazione a media temperatura di aria condizionata
commerciale e refrigeratori d'acqua.
L’alta compatibilità con l’HFC-134 A permetterebbe una transazione efficiente nelle
apparecchiature nuove ed esistenti.
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I REFRIGERANTI NATURALI
Anidride Carbonica CO2 (R744)
Tra questi ha fatto la sua ricomparsa come refrigerante proprio l'anidride carbonica (CO2).
Fino agli anni '40 i sistemi con CO2 come refrigerante erano considerati equivalenti a quelli con ammoniaca,
sia in termini di costo che di efficienza, considerando che le misure di sicurezza per gli impianti ad ammoniaca
erano sicuramente inferiori alle attuali.
L'elevata efficienza di un sistema frigorifero a ciclo semplice, impiegando CO2 come refrigerante, si
ottiene utilizzando l'acqua di pozzo a temperatura relativamente bassa come sorgente calda e
realizzando impianti con un sottoraffreddamento spinto del condensato, che permette di migliorare
sensibilmente il COP di un sistema ad anidride carbonica, molto più di quanto si ottenga da impianti
simili operanti con ammoniaca o HFC.
La CO2 però non era più stata considerata idonea all'impiego come fluido operatore, in quanto la vasta
diffusione ed applicazione dei sistemi frigoriferi richiederebbe enormi risorse idriche per il raffreddamento del
condensatore con acqua di pozzo, mentre risulta più pratico l'utilizzo dell'aria ambiente, penalizzando però
l'efficienza del sistema, che deve operare in un regime particolare quando la temperatura della sorgente calda
supera i 20-22°C.
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LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I REFRIGERANTI NATURALI
Anidride Carbonica CO2 (R744)
Oltre alla bassa efficienza termodinamica la CO2 presenta anche una pressione di lavoro significativamente più
elevata (anche tre volte rispetto al R410A) che richiede un'adeguata progettazione e reperibilità sul mercato
della componentistica del circuito frigorifero (pressori, scambiaatori di calore, ecc.).
Tutto ciò comporta un livello di costi di produzione più elevato se comparato a soluzioni tradizionali.
Comunque la CO2, come unico refrigerante naturale non tossico, non infiammabile e che non produce
effetto serra diretto, in quanto negli impianti si utilizza quella già esistente, desta molto interesse,
soprattutto nei paesi nordici, e molti operatori del settore ed istituti di ricerca si stanno impegnando nella
progettazione e produzione di sistemi frigoriferi efficienti e competitivi con l'uso di questo refrigerante.
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I QUADERNI DEL FREDDO
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Parte 2
I REFRIGERANTI NATURALI
Ammoniaca (R717)
L'ammoniaca è un "vecchio" refrigerante, di cui si ha pìù esperienza storica, ampiamente usato in passato per
le sue caratteristiche termodinamiche, è tuttora piuttosto diffuso nelle applicazioni industriali.
Presenta però problemi di aggressività nei confronti del rame e delle sue leghe, il che richiede una tecnologia
abbastanza differente da quella dei circuiti frigoriferi usati con i tradizionali fluidi sintetici. Inoltre con alcuni
tipi di compressore pone problemi di eccessivo surriscaldamento nella compressione.
Anche la tipica caratteristica di insolubilità quasi totale tra questo fluido frigorigeno e gli olii, attualmente in
uso, richiede alcuni accorgimenti nel progetto del circuito frigorifero e dell'evaporatore, ma la questione è
risolvibile con lo sviluppo di nuovi lubrificanti.
Oltre ad avere ottime proprietà di scambio termico e ridotte cadute di pressione, la sua efficienza energetica è
caratterizzata da un favorevole COP di riferimento.
A suo svantaggio ci sono l'infiammabilità (in certe condizioni) e la tossicità, con gli oneri derivanti da
questo (patentino specifico per gli operatori).
La sua qualifica di fluido naturale lo rende bene accetto nei paesi sensibili alle problematiche ambientali.
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Parte 2
I REFRIGERANTI NATURALI
Idrocarburi
Gli idrocarburi ed in particolare, il propano (R290) nei piccoli condizionatori trasferibili e l'isobutano R600 nei
frigoriferi domestici, per il loro basso GWP, contribuiscono pochissimo all’effetto serra, rientrando bene dal
punto ambientale.
Inoltre non pongono problemi nell'utilizzo con le correnti macchine frigorifere e presentano una
accettabile efficienza energetica.
Per l’alta infiammabilità (classe di sicurezza A3) attualmente vengono impiegati principalmente nella
refrigerazione domestica, dove la carica si riduce a qualche decina di grammi, ma non mancano in Germania
applicazioni in sistemi monoblocco con una carica di 7-10 kg ovviamente corredati con i debiti sistemi di
sicurezza.
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I REFRIGERANTI NATURALI
Capacità Frigorifera e COP
Qui di seguito sono riportati alcuni grafici che mostrano la capacità frigorifera ed il COP dell'R-22 in rapporto
all’R-404 A in condizioni di refrigerazione in "bassa temperatura" (BT).
L'utilizzo di questi refrigeranti avviene ormai da qualche anno, ma con risultati qualche volta contrastanti, per
quanto riguarda la sostituzione dell'olio e la compatibilità del refrigerante con alcuni componenti del
compressore.
La presenza di una piccola parte di HG (da un 3,4 ad un 5%) o di isobutano R600 e R601 (circa il 2%) nella
miscela, non modifica l'appartenenza al gruppo di sicurezza A1 (non infiammabile e poco tossici) della miscela
stessa.
Comunque sono stati già realizzati numerosi retrofit di sistemi ad HCFC e CFC che, secondo il
produttore del fluido refrigerante, dimostrano quanto segue:
• La sostituzione dell'R22 con R404 in chillers o in impianti di refrigerazione a temperatura normale o
medio bassa, permette di ottenere Capacità di Refrigerazione paragonabili all'R22, con evidenti
risparmi energetici.
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LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I REFRIGERANTI NATURALI
Capacità di raffreddamento kW
Capacità di Raffreddamento – (-31,7 °C Evaporazione e 5,6 K condensazione)
9,5
8,5
R – 404 A
7,5
6,5
5,5
R - 22
4,5
3,5
25
30
35
40
45
50
55
Temperatura di Condensazione °C
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I REFRIGERANTI NATURALI
COP – (-31,7 °C Evaporazione e 5,6 K condensazione)
2,4
2,2
R – 404 A
C.O.P.
2
1,8
1,6
R - 22
1,4
1,2
1
25
30
35
40
45
50
55
Temperatura di Condensazione °C
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I REFRIGERANTI NATURALI
Conclusioni su Refrigeranti e Retrofit
Il problema della sostituzione dell'R22 nei sistemi di refrigerazione e condizionamento può essere risolto con
l'utilizzo di gas refrigeranti ad ODP=O, che non richiedono cambio di lubrificante, né bonifica dei circuiti, e
sono quindi realizzabili dai frigoristi manutentori in tempi rapidi e senza bisogno di particolari
apparecchiature e tecnologie.
Soltanto la esperienza condotta per un congruo periodo di tempo permetterà di verificare le reali prestazioni
ed affidabilità ottenute.
Dal punto di vista sia economico che di efficienza, il Retrofit è una onerosa operazione di ripiego; vale dunque
sempre la pena di valutare attentamente se non sia più conveniente, in una ottica di medio termine, la
sostituzione della macchina con una più moderna ed efficiente.
In ogni caso si consiglia, prima di eseguire il Retrofit, di consultare il
produttore della apparecchiatura.
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 2
I REFRIGERANTI COME RIFIUTO
GAS o Rifiuto?
I Gas refrigeranti sono considerati dalla legge italiano come rifiuti pericolosi aventi codice
CER 14.06.01*
Chiunque effettua una attività di raccolta, trasporto, recupero, smaltimento, commercio ed intermediazione di
rifiuti in mancanza della prescritta autorizzazione, iscrizione è punito:
a) con la pena dell'arresto da tre mesi a un anno o con l'ammenda da duemilaseicento euro a ventiseimila euro
se si tratta di rifiuti non pericolosi;
b) con la pena dell'arresto da sei mesi a due anni e con l'ammenda da duemilaseicento euro a
ventiseimila euro se si tratta di rifiuti pericolosi.
Le pene si applicano ai titolari di imprese ed ai responsabili di enti che abbandonano o depositano in modo
incontrollato i rifiuti ovvero li immettono nelle acque superficiali o sotterranee in violazione del divieto di cui
all'articolo 192, commi 1 e 2.
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 3
IL Quadro Normativo e Legislativo
regolamento (CE N. 2037/2000)
sostanze che riducono lo strato di ozono
D.P.R. 147 del 15 Febbraio 2006
Regolamento concernente modalità di controllo ed il recupero delle fughe di sostanze lesive della fascia
di ozono stratosferico da apparecchiature di refrigerazione e di condizionamento d’aria e pompe di
calore, di cui al regolamento (CE) n. 2037/2000.
regolamento (CE) n. 842/2006
gas fluorurati ad effetto serra
regolamento (CE) n.1494/2007
forma delle etichette e i requisiti di etichettatura ulteriori per i prodotti e le apparecchiature
contenenti taluni gas fluorurati ad effetto serra
regolamento (CE) n.1497/2007
i requisiti standard di controllo delle perdite per i sistemi di protezione antincendio fissi
regolamento (CE) n.1516/2007
requisiti standard di controllo delle perdite per le apparecchiature fisse di refrigerazione, condizionamento
d'aria e pompe di calore
regolamento (CE) n. 303/2008
requisiti minimi e le condizioni per il riconoscimento reciproco della certificazione delle imprese e del
personale per quanto concerne le apparecchiature fisse di refrigerazione, condizionamento d'aria e
pompe di calore
regolamento (CE) n. 304/2008
requisiti minimi e le condizioni per il riconoscimento reciproco della certificazione delle imprese e del
personale per quanto concerne gli impianti fissi di protezione antincendio e gli estintori
regolamento (CE) n. 307/2008
i requisiti minimi per i programmi di formazione e le condizioni per il riconoscimento reciproco degli
attestati di formazione del personale per quanto concerne gli impianti di condizionamento d'aria in
determinati veicoli a motore contenenti taluni gas fluorurati ad effetto serra
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 3
IL Quadro Normativo e Legislativo
decreto del Ministro dello sviluppo
economico in data 22
dicembre 2009
recante designazione di 'ACCREDIA' quale unico organismo nazionale italiano autorizzato a svolgere
attivita' di accreditamento e vigilanza del mercato;
DPR 27 gennaio 2012, n. 43
Regolamento recante attuazione del regolamento (CE) n. 842/2006 su taluni gas fluorurati ad effetto
serra.
NORME
378- 1 ver. 2012
La parte della norma specifica i requisiti relativi alla sicurezza delle persone e dei beni, escluse le merci
immagazzinate, e dell'ambiente locale e globale per impianti di refrigerazione fissi e mobili di tutte le
dimensioni, incluse le pompe di calore; impianti secondari di raffreddamento o di riscaldamento e la
collocazione di questi impianti di refrigerazione.
378- 2 ver. 2012
La norma si applica alla progettazione, costruzione e installazione degli impianti di refrigerazione, incluso
tubazioni, componenti, materiali, ed equipaggiamento accessorio direttamente associato con tali sistemi.
La norma specifica i requisiti per i metodi di prova, messa in servizio, marcatura e documentazione.
378- 3 ver. 2012
La norma si applica al sito di installazione (luogo di installazione, servizi ed apparecchiature necessarie
per la protezione personale). Specifica i requisiti di sicurezza sul luogo di installazione, che possono
essere necessari per la presenza degli impianti di refrigerazione e dei loro componenti accessori, ma
senza che ne siano direttamente connessi.
378- 4 ver. 2012
La norma prescrive i requisiti di sicurezza e gli aspetti ambientali relativi al funzionamento, alla
manutenzione e alla riparazione degli impianti frigoriferi e il recupero, riutilizzo e lo smaltimento di tutti
i tipi di fluidi frigorigeni.
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LA LEGISLAZIONE
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 3
IL Quadro Normativo e Legislativo
D.P.R. 147 del 15 Febbraio 2006
Se nel corso dell’ispezione si individua un indizio di fuga, il circuito di alta pressione (ad impianto
funzionante) deve essere verificato con cercafughe di sensibilità superiore a 5 g/anno e se la perdita risulta
superiore al 10% del contenuto totale di gas l’impianto deve essere riparato entro 30 giorni dall’ispezione; i
circuiti riparati vengono ricontrollati dopo 30 giorni dalla riparazione.
Nel caso l’impianto, in particolare quello con carica superiore a 300 kg, sia dotato di un sistema automatico
di rilevamento delle fughe, si controlleranno tali sistemi; se essi risultano funzionare correttamente la
periodicità delle ispezioni viene raddoppiata (cioè ogni sei mesi anziché tre).
Un apposito “libretto dell’impianto” che reca i dati relativi al gestore ed al manutentore dell’impianto, le
caratteristiche dell’impianto stesso, il tipo e la carica del refrigerante immesso, riporterà anche i controlli
eseguiti e tutti i provvedimenti intrapresi.
Il Regolamento definisce la figura dell’operatore dell’impianto. “Operatore” è la persona fisica o
giuridica che esercita un effettivo controllo sul funzionamento tecnico delle apparecchiature che fanno
parte dell’impianto; esso è responsabile degli adempimenti suddetti – ciascuno Stato Membro dell’UE può,
se lo ritiene opportuno, considerare il “proprietario”dell’impianto responsabile degli obblighi dell’operatore.
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LA LEGISLAZIONE
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
D.P.R. 147 del 15 Febbraio 2006
Per le apparecchiature ermeticamente chiuse il tasso di perdita permesso è inferiore a 3 g/anno con
una pressione di almeno ¼ della massima di funzionamento consentita.
Si intendono “apparecchiature sigillate” o “circuiti ermetici i sistemi in cui tutte le parti sono
connesse mediante saldatura o brasatura, incluse valvole e similari.
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Regolamento (CE) n. 842/2006
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 3
IL Quadro Normativo e Legislativo
I REGOLAMENTI COMUNITARI
Anche l’Unione Europea ha emanato una serie di legislazioni specifiche che possono essere riassunte nella
seguente maniera:
• La produzione e l'impiego in nuovi impianti di tutti i CFC (R -11, R-12, R -13, R-14a, R-114, R-502) sono
cessati il 31 dicembre 1994.
•
L'arresto totale della produzione degli HCFC (R-22 ecc.) è previsto per il 31 dicembre 2014,
attraverso successive tappe di riduzione dal -35% del 2004 al -95% del 2013 rispetto al 1989.
•
A partire dall‘1 gennaio 1996 l'impiego degli HCFC è vietato in tutti i refrigeratori e condizionatori
domestici, i condizionatori d’aria per autoveicoli e tutti gli impianti di condizionamento die trasporti
pubblici su gomma.
•
A partire dall’1 Gennaio 1998 gli HCFC sono vietati su tutti i macchinari per la climatizzazione dei trasporti
pubblici su rotaia.
•
A partire dall’1 gennaio 2001 gli HCFC sono vietati per tutti i macchinari di refrigerazione e per quelli di
climatizzazione con potenza superiore a 100 kW, a eccezione delle pompe di calore e dei sistemi
reversibili.
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Regolamento (CE) n. 842/2006
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 3
IL Quadro Normativo e Legislativo
I REGOLAMENTI COMUNITARI
•
A partire dall’1 gennaio 2001 gli HCFC sono vietati per tutti i macchinari di refrigerazione e per quelli di
climatizzazione con potenza superiore a 100 kW, a eccezione delle pompe di calore e dei sistemi
reversibili.
•
A partire dall'l luglio 2002 l'impiego degli HCFC è vietato per tutti i sistemi di climatizzazione
fabbricati dopo il 30 giugno 2002, a eccezione delle pompe di calore e dei sistemi reversibili.
•
A partire dall'l gennaio 2004 l'impiego degli HCFC è vietato per tutti i sistemi di climatizzazione
reversibili fabbricati dopo il 31 dicembre 2003.
•
A partire dall'l gennaio 2010 è vietata l'utilizzazione degli HCFC "nuovi" per la manutenzione
macchinari esistenti a quella data. È tollerato solo l'impiego degli HCFC riciclati.
•
A partire dall' 1 gennaio 2015 è vietato l'impiego della totalità degli HCFC (nuovi e riciclati).
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dei
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LA LEGISLAZIONE
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 3
IL Quadro Normativo e Legislativo
Regolamento (CE) n.1494/2007
Etichettatura degli apparecchi contenenti F-gas
A partire dal 1/4/2008 tutte le apparecchiature di refrigerazione e condizionamento (incluse le pompe di
calore) contenenti F-gas debbono essere munite di una targhetta che, oltre alle usuali caratteristiche
costruttive, riporti la dicitura “Contains fluorinated green house gas” (contiene gas fluorurati ad effetto
serra).
La targhetta deve inoltre riportare il tipo di gas contenuto e la quantità della carica, o provvedere
uno spazio bianco perché l’installatore possa inserire tali dati nel caso in cui la carica avvenga in
sito
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LA LEGISLAZIONE
I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 3
IL Quadro Normativo e Legislativo
Regolamento (CE) n.842/2006
Una parte del regolamento è già in vigore anche in Italia e fin da subito OBBLIGA A:
•
Visite periodiche sugli impianti con più di 3 KG di Gas per verificare l’assenza di perdite e il buon
funzionamento energetico dell’impianto (metodo diretto e indiretto);
•
Redazione del registro d’impianto;
•
Recupero obbligatorio del refrigerante
•
Le operazioni devono essere svolte (indipendentemente dai Kg di GAS) solo da parte di aziende
qualificate aventi personale certificato. (PATENTINO FRIGORISTI quando sarà per ora lettera C)
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LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 3
IL Quadro Normativo e Legislativo
Regolamento (CE) n.842/2006 – Obbligo di Ispezione
Impianti con Gas compreso tra i 3 e i 30 KG: Almeno una volta l’anno
Impianti con Gas compreso tra i 30 e i 300 KG: Almeno una volta ogni 6 Mesi
Impianti con Gas superiore ai 300 KG: Almeno una volta ogni 3 mesi
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•
Tutti i proprietari di impianti fissi di refrigerazione e di condizionamento d’aria, pompe di calore fisse
e sistemi di protezione antincendio contenenti più di 300 Kg di gas hanno l’obbligo di installare
sistemi di rilevamento delle perdite da controllare almeno annualmente per accertarne il corretto
funzionamento.
•
Ove esista un sistema idoneo di rilevamento delle perdite correttamente funzionante, la
frequenza dei controlli può essere dimezzata.
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I QUADERNI DEL FREDDO
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
Parte 3
IL Quadro Normativo e Legislativo
Regolamento (CE) n.842/2006 – Obbligo di Comunicazione
Entro il 31 maggio di ogni anno gli operatori delle applicazioni fisse di
refrigerazione, condizionamento d’aria, pompe di calore e protezione
antincendio contenenti 3 o più Kg. di gas fluorurati ad effetto serra
comunicano al Ministero dell’Ambiente la quantità di emissioni in
atmosfera dell’anno precedente come riportato sul Registro di Impianto.
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I QUADERNI DEL FREDDO
Materiale Didattico per il Conseguimento del
Patentino per il Trattamento dei Gas Effetto Serra
LEZIONE 2 – Inquadramento Normativo e Gas Refrigeranti
GRAZIE PER
L’ATTENZIONE
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