Cos’è il refrigerante? Come funziona nel ciclo frigorifero

Il refrigerante è il fluido di lavoro di un frigorifero, un climatizzatore, una pompa di calore o un refrigeratore. Assorbe calore in una parte dell’impianto e lo rilascia in un’altra, passando ripetutamente dallo stato liquido a quello di vapore e viceversa al variare della pressione e della temperatura.

Chiamarlo “gas refrigerante” descrive solo una parte del suo comportamento. In un impianto a compressione di vapore in funzione, il refrigerante può essere un liquido, un vapore o una miscela di entrambi. Questa guida spiega ciascuno stato, le principali famiglie di refrigeranti e le proprietà che chi si prepara all’esame sui gas fluorurati deve conoscere.

Che cos’è realmente un refrigerante

Un refrigerante è una sostanza utilizzata nelle apparecchiature di raffreddamento — climatizzatori, frigoriferi, pompe di calore e refrigeratori — per trasferire il calore da dove è indesiderato a dove può essere ceduto in sicurezza. È fondamentale capire che non rimane in un unico stato fisico. A seconda della temperatura e della pressione a cui è sottoposto, lo stesso refrigerante si trova allo stato liquido in un punto del circuito e allo stato di vapore in un altro.

Questa capacità di bollire e condensare a temperature adatte rende possibile il raffreddamento. Quando un refrigerante puro bolle a pressione costante, assorbe una grande quantità di calore (il suo calore latente di vaporizzazione) senza aumentare la propria temperatura. Le miscele di refrigeranti possono invece cambiare temperatura durante l’ebollizione. Questo assorbimento di calore è alla base del ciclo frigorifero.

Il refrigerante è un gas o un liquido?

È entrambi, a seconda del punto del ciclo in cui si trova. Il refrigerante è prevalentemente vapore all’ingresso e all’uscita del compressore, liquido dopo la condensazione e una miscela liquido-vapore dopo il dispositivo di espansione e lungo gran parte dell’evaporatore.

I tecnici usano il termine vapore anziché gas quando la sostanza può condensare e tornare liquida alle condizioni di temperatura e pressione di esercizio. Il cambiamento di stato è importante perché l’ebollizione assorbe calore latente e la condensazione lo rilascia.

Tipi di refrigeranti

Famiglia	Esempi	Aspetto principale
CFC	R-12	Elevato impatto sulla riduzione dello strato di ozono; eliminati gradualmente
HCFC	R-22	Impatto sull’ozono inferiore rispetto ai CFC, ma riducono comunque lo strato di ozono; eliminati gradualmente per i nuovi impieghi
HFC	R-134a, R-32, R-410A	Potenziale di riduzione dell’ozono nullo, ma molti hanno un potenziale di riscaldamento globale significativo
HFO e miscele di HFO	R-1234yf, R-454B	Alternative a GWP inferiore, con requisiti di sicurezza e compatibilità specifici per l’impianto
Refrigeranti naturali	R-290, R-600a, R-744, R-717	Soluzioni a GWP molto basso che richiedono valutazioni su infiammabilità, pressione o tossicità

Il refrigerante corretto è quello per il quale l’apparecchiatura è stata progettata, etichettata e approvata. Non miscelare mai refrigeranti né eseguire il retrofit di un impianto senza seguire le istruzioni del fabbricante e le norme di sicurezza applicabili.

Breve storia: dai primi refrigeranti alle alternative a GWP inferiore

I refrigeranti utilizzati oggi sono il risultato di un secolo di sviluppo.

• Agli inizi — sostanze chimiche pericolose. I primi refrigeranti comprendevano ammoniaca, anidride solforosa e cloruro di metile. Funzionavano, ma una perdita era pericolosa per chiunque si trovasse nelle vicinanze e poteva persino essere mortale.
• 1928 — il primo refrigerante “sicuro”. L’R-12, un clorofluorocarburo (CFC), fu introdotto come alternativa non infiammabile e a bassa tossicità. Per decenni fu ampiamente utilizzato.
• Anni 1980 — il problema dell’ozono. Divenne chiaro che il cloro contenuto nei CFC danneggiava gravemente lo strato di ozono. I CFC hanno anche un elevato potenziale di riscaldamento globale:

Il rilascio di 1 kg di R-12 ha un impatto sul clima equivalente a circa 10 tonnellate di CO₂. Questo confronto riguarda il riscaldamento globale, non la riduzione dello strato di ozono.

• L’eliminazione graduale. L’R-12 è stato eliminato gradualmente nell’ambito del protocollo di Montreal.
• La diffusione degli HFC. Refrigeranti come l’R-134a e l’R-410A si sono diffusi perché non riducono lo strato di ozono, sebbene molti abbiano un elevato potenziale di riscaldamento globale.
• La transizione verso un GWP inferiore. Gli impianti più recenti utilizzano sempre più spesso miscele di HFO, R-32 e refrigeranti naturali. La scelta comporta valutazioni diverse in termini di infiammabilità, pressione, tossicità e compatibilità con le apparecchiature.

Questa evoluzione spiega perché la normativa sui gas fluorurati disciplina i gas fluorurati a effetto serra. Sebbene gli HFC non riducano lo strato di ozono, molti hanno comunque un potenziale di riscaldamento globale (GWP) significativo. Nell’UE, il regolamento (UE) 2024/573 stabilisce requisiti per la riduzione graduale degli HFC, i controlli delle perdite, il recupero e la certificazione dei tecnici. Le soglie per i controlli delle perdite dipendono dalle tonnellate di CO2 equivalente per i gas dell’allegato I e dalla massa per i gas dell’allegato II, sezione 1. Comprendere la distinzione tra riduzione dello strato di ozono e impatto sul clima fa parte del programma del certificato A1 dell’UE. I requisiti dell’UE differiscono da quelli descritti nelle linee guida sui gas fluorurati per la Gran Bretagna.

Le proprietà di un buon refrigerante

Nessun fluido è perfetto, ma il refrigerante ideale avrebbe tutte queste proprietà. Sono argomenti sui quali possono vertere le domande d’esame:

1. Basso punto di ebollizione — per poter evaporare alle basse temperature necessarie al raffreddamento.
2. Elevata temperatura critica — per poter essere condensato con aria o acqua a temperatura ambiente.
3. Elevato calore latente — una maggiore quantità di calore assorbita per ogni chilogrammo in circolazione consente un impianto più piccolo ed efficiente.
4. Elevata conducibilità termica — per un trasferimento efficiente del calore attraverso le batterie di scambio termico.
5. Non corrosivo — non deve attaccare i materiali, le guarnizioni e gli oli presenti nell’impianto.
6. Non infiammabile e non esplosivo — per una manipolazione e un’installazione sicure.
7. Non tossico — sicuro per gli occupanti e i tecnici.
8. Economico e facilmente reperibile.
9. Basso impatto sull’ozono e sull’ambiente — la priorità attuale, promossa dalla normativa sui gas fluorurati.

Diverse di queste proprietà sono in conflitto tra loro. Le alternative a basso GWP, come l’R-32 e gli idrocarburi, sono più infiammabili: ecco perché le classificazioni di sicurezza A1 / A2L / A3 sono importanti sul luogo di lavoro. Queste classificazioni di sicurezza dei refrigeranti sono distinte dalla qualifica del certificato A1 dell’UE. Questo compromesso tra prestazioni ambientali e infiammabilità è centrale sia nella progettazione degli impianti moderni sia nell’argomento Refrigeranti infiammabili (A2L e A3) della preparazione al certificato A1 dell’UE.

Come circola il refrigerante nel ciclo

La temperatura di saturazione di un refrigerante varia con la pressione, consentendogli di bollire a bassa temperatura nell’evaporatore e di condensare a una temperatura più alta nel condensatore. Le posizioni interne ed esterne indicate di seguito descrivono un tipico climatizzatore di tipo split in modalità raffreddamento.

1. Evaporatore (unità interna). Una miscela liquido-vapore fredda e a bassa pressione entra nella batteria di scambio termico. L’aria o un altro fluido attraversa l’evaporatore e il calore trasferito fa bollire il refrigerante liquido rimanente. Il refrigerante esce come vapore a bassa pressione, normalmente con surriscaldamento controllato.

2. Compressore (unità esterna). Il compressore aspira il vapore a bassa pressione e lo comprime. Questo ne aumenta la pressione e la temperatura, mantiene la circolazione e consente la cessione di calore nel condensatore. Il refrigerante esce come vapore ad alta pressione e alta temperatura.

3. Condensatore (batteria esterna). Il vapore caldo scorre nella batteria esterna mentre un ventilatore vi fa passare attraverso l’aria ambiente. Il refrigerante cede calore all’aria esterna, la sua temperatura diminuisce e condensa tornando liquido. Esce come refrigerante liquido ad alta pressione.

4. Dispositivo di espansione. Infine, il liquido ad alta pressione attraversa il dispositivo di regolazione del flusso, dove la pressione e la temperatura di saturazione diminuiscono bruscamente. Una parte del liquido evapora istantaneamente, quindi il refrigerante esce come miscela liquido-vapore fredda e a bassa pressione, pronta a entrare nell’evaporatore.

Conoscere questi quattro cambiamenti di stato, insieme alla pressione e alla temperatura in ogni punto, fornisce le basi per rispondere alle domande sul ciclo frigorifero nell’esame. Per ricordarne le funzioni principali: il compressore e la valvola di espansione modificano la pressione, mentre l’evaporatore e il condensatore modificano lo stato.

Perché è importante per i tecnici certificati

Comprendere questi stati è essenziale per il lavoro pratico. Recuperare correttamente il refrigerante, eseguire la brasatura senza contaminare l’impianto, diagnosticare una carica insufficiente dalle letture dei manometri e calcolare la carica di un impianto in CO2 equivalente richiedono tutti la comprensione del comportamento del refrigerante. I tecnici devono sapere dove il fluido è liquido, dove è vapore e a quale pressione si trova. Queste conoscenze permettono di lavorare con competenza e vengono valutate nell’esame per il certificato A1 dell’UE ai sensi del regolamento di esecuzione (UE) 2024/2215.

Utilizzare i calcolatori gratuiti del GWP dei refrigeranti e della CO2 equivalente per esercitarsi a convertire una carica in chilogrammi in tonnellate CO₂e, oppure ripassare l’argomento di studio Termodinamica e il ciclo frigorifero prima di affrontare le relative domande.

Il contributo di F-Gas Exam Prep

Il ciclo frigorifero, le proprietà dei refrigeranti e il loro impatto ambientale fanno parte del programma del certificato A1 dell’UE sui gas fluorurati. L’app F-Gas Pro – Preparazione all’esame A1 aiuta a ripassare questi argomenti:

• Oltre 540 domande in stile d’esame su 15 argomenti, tra cui termodinamica e ciclo frigorifero, ambiente e politica climatica, normativa UE sui gas fluorurati e gestione e recupero dei refrigeranti.
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L’app è disponibile su iOS e Android. È uno strumento di studio indipendente, non è affiliata ad alcun organismo di certificazione e non sostituisce un corso di formazione approvato o un esame. Utilizzarla per esercitarsi a spiegare il comportamento del refrigerante e il ciclo frigorifero durante la preparazione alla prova per il certificato A1 dell’UE.