Panoramica
La scelta di un refrigerante alternativo richiede una valutazione della sicurezza, della potenza frigorifera, dell’efficienza energetica, della compatibilità dei componenti e del clima locale. Un basso potenziale di riscaldamento globale (GWP) non basta a determinarne l’idoneità. La prevenzione delle perdite resta importante con qualsiasi refrigerante.
Scelta delle alternative
- CO₂, R-744: Non infiammabile e a bassa tossicità, presenta tuttavia rischi di asfissia, alte pressioni e ustioni da freddo.
- Ammoniaca, R-717: Offre una buona efficienza, ma tossicità, infiammabilità e alte temperature di scarico influenzano la progettazione dell’impianto.
- Clima: L’R-744 ha una temperatura critica di circa 31 °C. Gli impianti raffreddati ad aria passano generalmente al funzionamento transcritico quando la temperatura ambiente supera circa 21–25 °C. Nelle regioni più calde occorrono quindi soluzioni progettuali che compensino il maggior numero di ore di funzionamento transcritico, potenzialmente meno efficiente.
- Circuiti secondari: L’R-744 fatto circolare mediante pompa evapora parzialmente, assorbendo calore latente. Può richiedere una potenza di pompaggio inferiore rispetto al glicole, ma necessita comunque di un refrigeratore. Il suo principale svantaggio è la pressione: circa 30 bar di pressione manometrica a −3 °C.
Refrigeranti nel ciclo
La potenza frigorifera determina il raffreddamento erogato. L’efficienza confronta la potenza utile resa con la potenza assorbita. L’elevata potenza frigorifera volumetrica dell’R-744 consente di utilizzare compressori di cilindrata inferiore; non implica un’efficienza proporzionalmente maggiore.
Per una potenza frigorifera teorica di 10 kW con evaporazione a −10 °C e condensazione a 35 °C, valutando invece l’R-744 con una temperatura di uscita dal gas cooler di 35 °C:
- Temperatura di scarico: L’R-717 raggiunge circa 152 °C, rispetto a 114 °C per l’R-744, 99,5 °C per l’R-32 e 57 °C per l’R-404A. Le alte temperature di scarico contribuiscono a spiegare l’impiego della compressione a due stadi negli impianti transcritici a CO₂ a bassa temperatura.
- Cilindrata: L’R-1234ze richiede circa 35,1 m³/h contro 14,8 m³/h per l’R-404A: circa 2,4 volte tanto. L’R-744 richiede generalmente una cilindrata pari a circa un quinto di quella necessaria per l’R-404A.
- Confronto del COP: Il calcolo semplice fornisce circa 1,75 per l’R-744 contro 2,94 per l’R-404A. In queste condizioni l’R-744 si trova al di sopra della sua temperatura critica. Gli impianti reali ottimizzano la pressione sul lato di alta pressione per migliorare le prestazioni.
Durante il funzionamento transcritico, il gas cooler cede calore senza condensazione. Mantenere scambiatori di calore di dimensioni paragonabili a quelle degli scambiatori di un impianto a HFC può ridurre le differenze di temperatura e migliorare la potenza frigorifera e l’efficienza dell’R-744.
Componenti e pressioni
PS indica la pressione massima ammissibile. Scegliere tubazioni e componenti in base alla PS di ogni sezione, tenendo conto anche delle condizioni a impianto fermo.
- Giunzioni: Preferire collegamenti brasati o saldati; evitare ove possibile le giunzioni meccaniche. Possono essere necessarie tubazioni con pareti più spesse o in acciaio.
- Protezione dalla pressione: Le indicazioni progettuali prevedono di tarare il pressostato di alta pressione a un valore non superiore al 90% della PS, per consentire l’arresto prima dell’intervento della valvola di sicurezza.
- Valvole di sicurezza: Scarichi ripetuti possono indebolire le molle e ridurre la pressione di apertura. La mancata richiusura può causare perdite continue.
- Scambiatori di calore in cascata: Differenze di temperatura elevate possono causare shock termici e perdite. Il desurriscaldamento del gas di scarico a monte riduce questo rischio.
Retrofit
Verificare l’idoneità con il fabbricante dell’apparecchiatura.
- Prestazioni: Una lieve riduzione della potenza frigorifera può essere accettabile in un impianto sovradimensionato; una riduzione dell’efficienza energetica non dovrebbe essere accettata.
- Compatibilità: Controllare il lubrificante, i componenti, la temperatura di scarico e i valori elettrici nominali.
- Scorrimento di temperatura: Le miscele con elevato scorrimento di temperatura richiedono il controllo e la regolazione della valvola di espansione; gli evaporatori allagati potrebbero non essere idonei.
- Pressioni più elevate: Rivalutare i margini rispetto alla PS, le tarature e la capacità di scarico delle valvole di sicurezza, i dispositivi di controllo dell’alta pressione e la conformità alla direttiva sulle attrezzature a pressione.
- Refrigeranti A2L: Le apparecchiature esistenti potrebbero non essere idonee ai refrigeranti infiammabili. Rivalutare le fonti di accensione, i limiti di carica e l’idoneità delle apparecchiature.
Progettazione per ridurre le perdite
Ridurre al minimo le giunzioni, i componenti, le lunghezze delle tubazioni e i punti di accesso. Posizionare i componenti vicini tra loro e controllare le pressioni di esercizio e a impianto fermo.
Dove l’accesso per l’assistenza è indispensabile, le indicazioni privilegiano una valvola a sfera con raccordo a cartella, chiuso con un tappo quando non utilizzato, rispetto a una valvola Schrader.
Il rilevamento ai fini della sicurezza interviene in presenza di concentrazioni pericolose. La norma EN 378-3 richiede che i rilevatori attivino almeno un allarme dove la concentrazione può superare il limite pratico. Gli allarmi fissi per refrigeranti infiammabili devono intervenire entro il 25% del limite inferiore di infiammabilità (LFL); per l’ammoniaca occorre considerare anche la tossicità. Verificare periodicamente il funzionamento dei rilevatori.
Perdite ed efficienza
Le perdite riducono la potenza frigorifera e l’affidabilità e possono aumentare il consumo di energia elettrica per unità di raffreddamento erogato. Anche i refrigeranti a basso GWP hanno quindi un impatto climatico indiretto legato alla produzione di energia elettrica.
COP in raffreddamento = potenza frigorifera ÷ potenza assorbita. Un impianto con carica completa che eroga 12,9 kW assorbendo 8,2 kW ha un COP ≈ 1,57. Dopo una perdita, 9,9 kW erogati con 8,0 kW assorbiti danno un COP ≈ 1,24.
Consiglio per l’esame: Una potenza elettrica assorbita leggermente inferiore non dimostra un miglioramento dell’efficienza. Confrontare la potenza utile resa con quella assorbita.
Anche l’EER confronta la potenza frigorifera con la potenza elettrica totale assorbita, in condizioni di prova specificate.
