Materiale Didattico per il Conseguimento del Patentino per il Trattamento dei Gas Effetto Serra 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. 2 1
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. 3 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. 4 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. 2
Parte 1 Il Punto di Partenza IL PROTOCOLLO di MONTREAL 5 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. 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.). 6 3
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. 7 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. 8 4
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. 9 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. 10 5
Parte 1 Dai CFC agli HFC l Effetto Serra 11 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. Parte 1 Il Protocollo di Kyoto Regolamento (CE) n. 842/2006 EMISSIONI DI CO2 NEL MONDO (in Migliaia di Tonnellate) 12 6
Parte 1 Il Protocollo di Kyoto Regolamento (CE) n. 842/2006 13 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. 14 7
Parte 1 Il Protocollo di Kyoto Regolamento (CE) n. 842/2006 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. 15 Parte 1 Regolamento (CE) n. 842/2006 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 16 8
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. 17 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). 18 9
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). 19 L Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi 20 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. 10
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. 21 L Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi Potenziale Distruttivo 22 Refrigerante CFC ODP GWP (kgco2/kg) R 11 1 3.500 R 12 1 8.100 R 502 1 550 HCFC R 22 0,05 1.700 R 123 0,02 250 R 142b 0,06 1.900 HFC R 125 0 455 Refrigerante ODP GWP (kgco2/kg) R 134 a 0 1.300 R 404 a 0 3.800 R 407 c 0 1.600 R 410 a 0 1.900 R 507 a 0 3.750 ALTRI Naturali R 717 Ammoniaca 0 0,1 R 600 Propano 0 3 R 744 CO2 0 1 R 718 Acqua 0 0 11
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 R- 11 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. 23 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 Alfa re ; - 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 Alfa re ) + n * E AN * Beta] 24 12
Il TEWI L Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi Potenziale Distruttivo 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 (Alfa re 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). 25 Riepiloghiamo la situazione dei refrigeranti 26 L Impiego dei Gas Effetto Serra negli Impianti Frigoriferi Potenziale Distruttivo 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. 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). 13
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. 27 Retrofit o Drop-in questo è il problema...!!! 28 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. 14
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. 29 Retrofit o Drop-in questo è il problema...!!! 30 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%. 15
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. 31 Tipo Sigla Sicur. C Eb. ODP GWP Tos. Inf. Osservazioni HCFC R-22 A1-41 0,05 1.500 No No Sostanza pura R-134a A1-26 0 1.200 No No Sostanza pura R-404A (R-143a/ 125/134a) A1 R-507 (R-143a/ 125) A1 R-407 (R-321 125/ R-134a) A1-47 0 3.750 No No Miscela quasi azeotropica -47 0 3.800 No No Miscela azeotropica -39 /-45 0 2.000 No No Miscela zeotropica HFC NH3 HC R-407C (R-321 1251 R-134a) A1-43 / -36 0 1.610 No No Miscela zeotropica R-410A A1-53 0 2.000 No Nei Miscela azeotropica R-7l7 Ammoniaca B2 R-1270 Propene A3 R-290 Propano A3 R-600a isobutano A3-33 0 0 Si Bassa Sostanza pura -48 0 No SI Sostanza pura -12 0 No Si Sostanza pura -12 0 No Si Sostanza pura 32 CO2 R-744 Anidride carbonica A1-78,4 0 No No Sostanza pura 16
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). 33 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%)) 34 17
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. 35 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. 18
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. 37 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. 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. 38 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. 19
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 Composizione e Zeotropia R-143 A; R-125; R-134 A % Componenti 52 %, 44%, 4% 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. 39 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. 40 20
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. 41 42 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 troppo elevate in grado di danneggiare il circuito che li contiene o reazioni chimiche indesiderate. 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. 21
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. 43 Caratteristiche principali dei nuovi HFC rispetto all R22 Caratteristica R-22 R-134 A R-407 C R-410 A Glide 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% Scambio Termico - Inferiore Identico Maggiore Diametro Tubi - Minore Identico Minore Prestazioni Impianto 100% Molto Minori 95% - 100% 98% - 100% Costo Impianto - Molto Maggiori Identici Minori Riprogettazione - SI NO SI 44 22
Fattori di Applicabilità dei Refrigeranti PROPRIETA HFC HC Ammoniaca Proprietà Termodinamiche Buone Buone Buone Compatibilità oli Minerali NO SI SI Compatibilità Materiali SI SI NO Tossicità Molto Bassa Molto Bassa Elevata Infiammabilità NO Molto Elevata Bassa ODP 0 0 0 GWP Elevato Molto Basso Zero 45 Applicazioni Possibili Impianto HFC HC Ammoniaca 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 SI SI NO SI NO NO SI NO SI SI SI SI 46 23
Grado di Tossicità e infiammabilità di alcuni refrigeranti REFRIGERANTE Tossicità, ppm (limite di esposizione occupazionale) Limite di infiammabilità (% in aria) Ammoniaca 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 * Il limite 1.000 è indicato per evitare pericoli di soffocamento. 47 HFC 134 A 48 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. 24
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. 49 HFC 407 C 50 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. 25
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. 51 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. 52 26
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 53 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 54 27
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. 55 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. 56 28