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Replacement of r22 in existing installations:
experiences from the swedish phase out
IIR/IIF Commissions B1,B2, with E1, E2 – Dubrivnik, Croatia – IIR 2001-4
SU INDUSTRIA & FORMAZIONE IL TESTO INTEGRALE DELL'ARTICOLO Sostituzione dell’R22
A. Johansson – P. Lundqvist
Dipartimento di tecnologia energetica - Royal Institute of Technology - Stoccolma (Svezia)
Sommario
In Svezia, la progressiva eliminazione dell’R22 come fluido frigorifero dalle macchine per la refrigerazione e dalle pompe di calore e' iniziata nel 1998 con la messa al bando del suo utilizzo nei nuovi impianti. Dal 1 gennaio 2002 anche l’utilizzo per le operazioni di ricarica e' stato proibito.
Nel 2001 e' stato completato un progetto, concernente la sostituzione dell’R22 nei nuovi impianti ed in quelli gia' esistenti. Le esperienze di tale progetto, assieme ad altri lavori sviluppati all’interno del dipartimento di tecnologia energetica, costituiscono le basi del presente lavoro.
Agli inizi degli anni ’90, quando fu ufficializzata la dismissione dei CFC come l’R12, era disponibile un sostituto con proprieta' molto simili a quelle dell’R12, tanto che la sostituzione del vecchio refrigerante poteva essere compiuta senza subire significative perdite in prestazioni. Tale sostituto era l’R134a. I problemi che si presentavano erano per lo piu' legati al lubrificante ed alla compatibilita' dei materiali, come ad esempio nel caso dell’operazione di retrofit. Quando si stabili' la progressiva eliminazione dell’R22 non era ancora conosciuto un singolo sostituto con proprieta' simili a quelle dell’R22 cosi' come nel caso R134a-R12. I nuovi fluidi sostitutivi sono per lo piu' miscele zeotrope, che comportano nuove problematiche, sia nella loro manipolazione che nella comprensione del loro comportamento. La positiva esperienza che si e' realizzata nella sostituzione dei CFC non puo' essere facilmente trasferita alla nuova situazione. Tutti i sostituti dell’R22 disponibili commercialmente comportano variazioni nelle prestazioni e nel funzionamento degli impianti.
Cosi', focalizzando l’attenzione sul solo refrigerante non si risolvono i problemi per i proprietari ed i costruttori degli impianti. Appare piu' sensato adottare una prospettiva piu' ampia per ottenere una soluzione rispettosa anche dell’ambiente, e che risulti, oltretutto, economicamente vantaggiosa per i proprietari degli impianti. In definitiva, questo non risulta solamente un problema di sostituzione di una sostanza chimica.
Il presente articolo illustra come l’efficienza e la capacita' di una macchina frigorifera molto raramente viene mantenuta quando si procede alla sola sostituzione del refrigerante. Solo allargando la prospettiva all’intera installazione, di cui la macchina fa parte, e tenendo presente le necessita' e le richieste dell’utilizzatore di tale macchina, e' possibile aumentare la probabilita' di operare un retrofit conseguendo la migliore efficienza energetica possibile, un basso impatto sull’ambiente e la massima economicita' possibile per il proprietario della macchina.
Introduzione
La proibizione d’uso di un refrigerante e la sua sostituzione costituisce un problema che interessa varie discipline e richiede elevate competenze sia nel campo della progettazione tecnica che scientifica. L’accettabilita' di un nuovo tipo di refrigerante, come sostituto di un fluido di lavoro storicamente accettato, e' determinata da diversi aspetti progettuali sia di natura meccanica che chimica come, ad esempio, la compatibilita' con i materiali, le proprieta' termofisiche, le caratteristiche di trasferimento del calore.
Lo scopo di questo lavoro e' quello di presentare alcune esperienze concernenti operazioni di retrofit svoltesi in Svezia in poco piu' di un decennio, dal 1989 al 2001. Viene altresi' giustificata la necessita' di migliorare la competenza delle aziende che operano nell’assistenza e di spostare la facolta' decisionale a riguardo della sostituzione dell’R22 da apparati centralizzati di decisione ad apparati specifici. La miglior soluzione adottabile per tale problema potrebbe richiedere cambiamenti anche in sistemi non facenti parte direttamente dell’impianto frigorifero , come ad esempio provvedimenti non direttamente correlati alla sostituzione di un refrigerante con un altro, o altre soluzioni che potrebbero rivelarsi piu' convenienti dal punto di vista economico per il proprietario dell’impianto. Le soluzioni proposte sono tratte dall’attivita' di ricerca svolte in Svezia in circa 15 anni al Royal Institute of Technology presso il Dipartimento di Termodinamica applicata e Refrigerazione. Il Dipartimento e' stato impegnato nell’attivita' di dismissione dell’R22 cosi' come nell’introduzione e nella sperimentazione di nuovi fluidi.
Ricerca delle similitudini termodinamiche
Un’idea molto diffusa tra gli addetti del settore e' che i tecnici della case produttrici di refrigeranti siano in grado di trovare un sostituto dell’R22 con le stesse proprieta'. Si tratta solo di aspettare, che prima o poi ci avverra'. Da cosa deriva tale ottimismo? Dal fatto che essi sono stati in grado di trovare, quando si e' reso necessario, nell’R134a un valido sostituto del’R12. I seguenti due grafici mostrano il confronto tra alcune caratteristiche dell’R12 e dell’R134a.
Ma l’R134a e' stato realmente prodotto su richiesta? No, in realta' l’R134a era conosciuto gia' da tempo insieme ad un certo numero di refrigeranti di tipo simile. Quando ce ne fu bisogno, l’R134a fu riscoperto e l’interesse nei suoi confronti e' cresciuto rapidamente a partire dal 1987 (Didion, Bivens, 1990; Calm, Didion, 1998; DOE, 1993). L’R134a ha dimostrato offrire prestazioni simili all’R12 ed avere numerose altre caratteristiche positive. Nessun altro composto chimico e' stato analizzato in dettaglio come l’R134a. Sono state misurate le sue caratteristiche termodinamiche e termofisiche assieme alle sue caratteristiche di trasferimento del calore. Inoltre sono stati condotti test di compatibilita' con diversi materiali (metalli, plastiche, elastomeri, ecc.) (Hambraeus, 1993; Zoz, 1994; ARTI, 2001; Bitzer, 2000, Henderson, 1996).
La principale problematica per eseguire il retrofit e' risultata essere la compatibilita' con l’olio. Infatti l’R12 notoriamente lavora bene con l’olio minerale, mentre l’R134a necessita di olio estere. Verso la fine degli anni ’80 altri tipi di refrigeranti sembrarono candidarsi a sostituire l’R12, come ad esempio l’R152a (leggermente infiammabile). Un gran numero di miscele cosiddette "drop-in" contenenti R22 sono state prodotte e commercializzate specialmente negli Stati Uniti. La ragione per cui queste alternative hanno incontrato un limitato interesse in Svezia ed in molte altre nazioni e' essenzialmente dovuto al fatto che per l’R22 era gia' stato previsto un programma di eliminazione progressiva. Le operazioni di retrofit in Svezia sono state numerose e molte persone hanno contribuito significativamente allo sviluppo dei relativi metodi.
Una tesi sviluppata presso il nostro Dipartimento dal titolo " Retrofit dei refrigeranti CFC e HCFC" affronta il problema del retrofit sotto diversi aspetti. In essa sono stati analizzati vari metodi per sostituire un refrigerante con un altro (e un olio con un altro). Una conclusione a cui si e' giunti e' che il fattore umano e' estremamente importante in tale operazione, come ad esempio nel maneggiare gli oli esteri altamente igroscopici.
Allo scopo e' stata predisposta una procedura di certificazione dei tecnici e un’attivita' di informazione ed educazione per coloro i quali lavorano con tali sostanza chimiche.
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Classificazione ASHRAE |
Sostituto principale |
Tipologia di refrigerante |
Divieto di utilizzo nei nuovi impianti |
Divieto di utilizzo nelle ricariche |
Divieto di d’utilizzo |
Principale impatto ambientale |
R12 |
R134a |
CFC |
1/1/1995 |
1/1/1998 |
1/1/2000 |
Buco dell’ozono |
R22 |
R407C |
HCFC |
1/1/1998 |
1/1/2002 |
- |
Buco dell’ozono |
R134a |
? |
HFC |
1/1/2006 |
? |
- |
Effetto serra |
Tabella 1 - Programma di sostituzione dei refrigeranti in Svezia. La colonna "divieto di utilizzo" si riferisce agli impianti che non richiedono manutenzione e ricarica di refrigerante. Il divieto di utilizzo per gli HFC e' solo una previsione.
Ora e' abbastanza chiaro che la soluzione del problema della sostituzione dei refrigeranti CFC ha chiamato in causa i produttori di refrigeranti e di oli, i produttori di impianti, i grossisti, le aziende di manutenzione e, infine, i proprietari degli impianti. Molti impianti di refrigerazione continuano a funzionare con minime variazioni della loro capacita' ed efficienza (COP).
Si sono verificati molti casi in cui le ricerche teoriche e i dati forniti dalle sperimentazioni sono discordanti. Un esempio e' costituito dall’efficienza (o COP) di un impianto di refrigerazione dopo un retrofit: un’analisi termodinamica dei due refrigeranti rivela una differenza nella capacita' e nell’efficienza (vedi figure 1 e 2). Numerosi lavori teorici sono giunti a risultati simili (Godwin, Menzer, 1993; Lundqvist, 1996; Herbe, 1997). Alcuni risultati ottenuti da sperimentazioni su impianti hanno fornito risultati molto migliori di quelli teorizzati dalla semplice analisi termodinamica. La ragione risiede nel fatto che molti impianti presentano un’ ampia possibilita' di regolazione. In molti casi di impianti sottoposti a retrofit, le misure effettuate prima e dopo il retrofit dimostrano che gli impianti presentano un’efficienza energetica migliore dopo l’operazione di retrofit grazie, ad esempio, alla regolazione del surriscaldamento, all’ottimizzazione della carica o alla definizione di un miglior sottoraffreddamento dopo il condensatore.
Giova ricordare che sono necessarie capacita' di generalizzazione quando si utilizzano i dati derivanti da una sperimentazione per applicarli in situazioni impiantistiche diverse.
Le esperienze positive ottenute nel retrofit in impianti funzionanti a R12 o R502 non sono immediatamente trasferibili alle operazioni di retrofit dell’R22 (Johannson, Lundqvist, 2001b). Soprattutto nel caso in cui il retrofit venga eseguito con miscele zeotrope come l’R407C (miscela composta dal 23% in peso di HFC32, 25% di HFC125 e 52% di HFC 134a) o l’R417A (miscela composta dal 3,4% in peso di HC600, 46,6% di HFC125 e 50% di HFC 134a). Anche se sussiste la possibilita' di procedere ad una regolazione dell’impianto, una volta eseguito il retrofit, e' piuttosto raro riuscire a raggiungere un’efficienza relativa superiore all’unita' (Johannson, Lundqvist, 1998). Le miscele zeotrope a base di HFC sono state prodotte a partire dagli anni ’90 (Kim, 1996; Didion, Bivens, 1990; DOE, 1993). Lo scopo era quello di avere dei sostituti dell’R22 egualmente buoni cosi' come l’R134a lo e' stato per l’R12.
La possibilita' di trovare un sostituto dell’R22 e' stata trattata in numerose pubblicazioni. Convinzione comune oggigiorno e' che non esiste un singolo sostituto, puro o miscela, adatto allo scopo. Infatti, e' necessario ricorrere a diverse alternative a seconda del tipo di impianto e del tipo di condizioni operative. Esiste interesse verso lo sviluppo di nuove sostanze di tipo chimico. Una famiglia di queste e' basta sugli eteri (RE134 per esempio). Operazioni di retrofit dell’R22 con questo tipo di sostanza appaiono, comunque, a tutt’oggi improbabili.
Refrigeranti zeotropi. Un incubo per i tecnici?
L’introduzione dell’R407C nel mercato svedese ha comportato alcune problematiche a vari livelli della catena di produzione che coinvolge produttori, tecnici di manutenzione ed operatori. I punti cruciali in questo flusso sono le informazioni riguardanti i prodotti e le conoscenze riguardanti la progettazione degli impianti, il maneggiare i refrigeranti o gli oli, ecc. Molti confronti tra refrigeranti alternativi all’R22 e l’R22 stesso risultano essere fondati su analisi di cicli termodinamici ideali, ove le caratteristiche di scambio del calore vengono assunte simili, come quelle riportate in figura 1 e 2 (le temperature di evaporazione e condensazione, ad esempio, vengono spesso scelte a discrezione, negli studi teorici, mentre nella realta' esse devono assumere valori ben determinati).
La zeotropia e' una proprieta'nuova per alcuni operatori nel campo della refrigerazione, anche se in altri settori essa gia' conosciuta da tempo (Didion, Bivens, 1990). Scientificamente essa e' stata studiata negli anni ’70 per essere utilizzata nei cosiddetti cicli di Lorenz. Sull’argomento sono stati scritti numerosi articoli, ma le limitazioni al trasferimento del calore causati dal fenomeno dello scorrimento di temperatura hanno fatto perdere interesse verso di essa negli anni ’80 (Granryd, 1991; Granryd, Conklin, 1990). Le caratteristiche di trasferimento del calore per le miscele zeotrope di refrigeranti sono state studiate da diversi autori (ad esempio Rohlin, 1996; Shao, 1996). D’altra parte, i cosiddetti refrigeranti azeotropi sono stati utilizzati comunemente con buoni risultati. Tra i piu' diffusi ricordiamo l’R502 (una miscela composta dal 48,8% in peso di R12 e dal 51,2% di R115) e l’R500 (73,8 % di R12 e 26,2% di R152a). Questi refrigeranti si comportano come fluidi puri e possono essere senz’altro considerati come tali.
Retrofit dell’R22
Uno dei primi esperimenti di retrofit dell’R22 con R407C e' stato condotto in Svezia nel 1994. L’impianto utilizzato era stato progettato e costruito per funzionare ad R22 ma prevedeva la possibilita' di ricorrere al retrofit. L’impianto era dotato di scambiatori di calore a piastre contenenti ridotti volumi di refrigerante, un compressore scroll ed era privo di ricevitore.
I risultati ottenuti hanno confermato i calcoli teorici preventivamente eseguiti, anche se hanno offerto di poter fare un certo numero di considerazioni interessanti, che non venivano riportate nemmeno sui cataloghi dei produttori di refrigeranti! Molte altre prove sono state eseguite in altre tipologie di impianti. I risultati sono sempre stati soddisfacenti quando l’impianto e' stato fatto lavorare con condizioni operative caratteristiche del condizionamento dell’aria. D’altra parte l’R407C e' nato proprio come refrigerante per tale tipo di applicazioni. L’R22 e' utilizzato in numero piu' ampio di applicazioni. Allo scopo di utilizzarle in questi tipi di impianti, alcune variazioni nella composizione dell’R407C hanno permesso di produrre altre miscele come l’R407 A,B,D,E. Tali miscele, tuttavia, sembrano essere sparite dal mercato.
Una delle principali caratteristiche dei refrigeranti zeotropi e' il cosiddetto scorrimento di temperatura che avviene durante l’evaporazione e la condensazione, un fenomeno ben conosciuto nel campo chimico (Didion, 1994 a-c).
L’R407C e' una miscela di tre componenti e presenta uno scorrimento di temperatura di 5-7 K. Alcuni lavori sui refrigeranti zeotropi svolti negli anni ’70 spesso si riferivano a miscele di due componenti che presentavano temperature di ebollizione molto diverse, come ad esempio R22 e R114, al fine di ottenere un consistente scorrimento di temperatura. Lo scorrimento di temperatura puo' rivelarsi un vantaggio nella progettazione degli impianti a R407C se gli scambiatori di calore sono del tipo a contro-corrente (Domansky, 1994a-b). Se ci non si verifica, lo scorrimento di temperatura puo' comportare differenze di temperatura indesiderate negli scambiatori di calore che penalizzano le prestazioni del ciclo frigorifero (Venkatarathnam, Murthy, 1999).
Un’ulteriore conseguenza della zeotropicita' e' che la composizione del refrigerante puo' variare quando viene maneggiato, oppure all’interno del sistema (frazionamento), o in seguito a perdite, ecc. Numerosi studi sono stati fatti su questo tema e molte "strane esperienze" possono venire spiegate attraverso il cambiamento della composizione (Kim, Didion, 1995 a-b; Bivens, 1996; Chen, Kruse, 1997; Lundqvist, 1998). Una delle conseguenze della variazione della composizione e' che la ben nota relazione tra la pressione e la temperatura non risulta piu' valida fino a quando non viene scoperta la nuova composizione della miscela. La temperatura di condensazione e la temperatura di evaporazione vengono spesso ricavate attraverso la lettura della pressione sui manometri dell’impianto di refrigerazione. Se un refrigerante come l’R407C e' arricchito nei suoi componenti piu' volatili, R32 e R125 in questo caso, la pressione del sistema tende ad aumentare e di conseguenza (ma in maniera errata) si e' portati a credere che il sistema lavori con una piu' alta temperatura di condensazione rispetto che in precedenza. Se l’efficienza del ciclo viene confrontata con gli studi analitici teorici, con tale temperatura di condensazione come dato di input, potrebbe sembrare che l’impianto lavori in modo piu' efficiente rispetto prima. Il trasferimento di calore, d’altra parte, sembra essere meno efficiente poiche' la differenza di temperatura nel condensatore ora e' molto maggiore (Lundqvist,1998).
Giungere a tali erronee conclusioni basandosi sulla lettura delle pressioni e sulle conseguenti osservazioni risulta essere piuttosto frequente. La composizione del refrigerante che si trova all’interno dell’impianto deve essere determinata esattamente per poter giungere a conclusioni corrette. (Hill, 1997). Ci risulta di estrema difficolta' da compiere, anche in laboratorio. Il problema ha condotto a ipotizzare di ricorrere ad una misura "on-line" della composizione del refrigerante (Lebreton, 2000; Sumida, 1998; Johansson, Lundqvist 2001a).
Gli impianti esistenti sono stati progettati per l’R22, non per le miscele zeotrope
Molti impianti esistenti e funzionanti a R22 non sono assolutamente adatti a funzionare con le miscele di refrigeranti zeotrope. Una diversa strategia e' necessaria per risolvere questo problema. La Tabella 2 fornisce alcuni dati riguardo ai refrigeranti HFC alternativi all’R22 utilizzati oggigiorno in Svezia. Gli idrocarburi e l’ammoniaca non vengono qui riportati. Ovviamente anch’essi sono molto interessanti per i nuovi impianti.
L’assenza di "alternative standard" fa in modo che la scelta del refrigerante per un impianto venga compiuta generalmente dal produttore del refrigerante. Non esistono alternative all’R22 su cui tutti concordino unanimemente. Talora, in casi specifici e particolareggiati, stata e' presa la
decisione, per la prima volta, di tenere in considerazione per la sostituzione le problematiche ambientali connesse con gli impianti di refrigerazione.
Un impianto frigorifero viene normalmente progettato dapprima selezionando il refrigerante piu' adatto, in questo caso, evidentemente, l’R22. Il progetto degli scambiatori di calore, del compressore e delle linee frigorifere e' il passo successivo. Nell’operazione di retrofit poter ottenere la medesima similitudine di comportamento che si ha tra R12 e HFC134a e' molto complicato. In ogni specifica situazione sono disponibili scarse informazioni per orientare le decisioni da prendere poiche' ogni impianto ha una storia a s, specialmente se ha subito modifiche nel corso degli anni.
Le principali informazioni disponibili sulle miscele zeotrope possono essere suddivise in due gruppi:
i) informazioni a carattere generale concernenti fenomeni come lo scorrimento di temperatura o il frazionamento
ii) i cosiddetti studi di caso, ove vengono riportate le notizie ricavate da specifiche esperienze di retrofit. In essi e' possibile trovare una grande quantita' di dettagli e di osservazioni emerse durante la sperimentazione condotta.
Il problema e' abbastanza complicato dal fatto che anche se due diversi impianti frigoriferi sono simili, il modo con cui lavorano puo' risultare diverso. Gli impianti possono essere sotto o sovra-dimensionati, e le condizioni operative possono variare significativamente inducendo a trarre diverse deduzioni, anche per il medesimo tipo di impianto. In alcuni casi per alcuni l’economicita' e' importante mentre per altri e' piu' importante la capacita' frigorifera
Un modo esemplificativo di presentare il risultato di un retrofit e' quello di diagrammare l’efficienza relativa in rapporto alla capacita' relativa dell’impianto per il nuovo refrigerante rispetto a quella dell’R22. Nelle figure 6-8 l’asse x rappresenta il rapporto tra la capacita' frigorifera del nuovo refrigerante e la capacita' del fluido di riferimento (R22). L’asse y rappresenta il rapporto tra i COP in raffreddamento, definito nella medesima maniera.
Il diagramma e' suddivisibile in quattro settori:
Nella figura 8 vengono riportati dei risultati ottenuti attraverso dei programmi di misure sperimentali e piu' avanzati strumenti di modellizzazione, finalizzati a suggerire anche ai meno pratici la scelta del refrigerante. Il grafico puo' essere messo a confronto con i risultati delle analisi termodinamiche ricavate sulla base delle prefissate temperature di evaporazione e condensazione della figura 6 e con i risultati ottenuti dal piu' avanzato (e forse troppo ottimistico) modello elaborato considerando l’efficienza del compressore ed il trasferimento di calore della figura 7.
Risulta piuttosto ovvio che le semplici previsioni analitiche forniscono una semplificazione del comportamento degli impianti, non idonea ad essere utilizzata per trarre delle decisioni su uno specifico impianto. Il fatto che le persone che devono prendere delle decisioni siano privi di strumenti di modellizzazione avanzati e' piuttosto evidente.
Uno sguardo in prospettiva e' necessario
Risulta necessario passare da una visione incentrata sulla singola macchina frigorifera ad una concernente la macchina e il sistema ambientale che la circonda.
La figura 9 illustra due diversi impianti con due differenti sistemi al contorno. Nell’impianto di destra l’apporto di calore "indesiderato" viene evidenziato e lo scopo dell’impianto di raffreddamento e' quello di mantenere una certa temperatura interna piuttosto che quello di produrre una determinata capacita' frigorifera ad una certa temperatura. Questo significa che potrebbe essere piu' sensato compensare una perdita del 20% della capacita' in seguito ad un retrofit con una diminuzione del 20% dell’apporto di calore al sistema attraverso misure di gestione dell’energia, come ad esempio migliore qualita' delle finestre.
In questo modo, focalizzando l’attenzione solo sul fluido di lavoro non si risolve il problema per il proprietario o il conduttore dell’impianto. Risulta necessario, invece, adottare una visione complessiva del problema per ottenere la piu' idonea soluzione dal punto di vista ambientale: una soluzione che risulti anche vantaggiosa economicamente per il proprietario dell’impianto. Insomma, questo non e' solo un problema di sostituzione di una sostanza chimica.
Questo lavoro dimostra come l’efficienza energetica e la capacita' frigorifera di un impianto raramente si mantengono quando si procede alla sola sostituzione del refrigerante. Solo considerando l’intera installazione, di cui la macchina frigorifera costituisce una parte, e tenendo in considerazione le necessita' e le richieste del conduttore – e la possibilita' di modificarle – aumenta la probabilita' di eseguire un’operazione di retrofit conseguendo la miglior efficienza energetica, un basso impatto sull’ambiente e la massima economicita'.
Nuovi impianti o sostituzione del refrigerante
Ritenere che lo stesso refrigerante e' adatto ad essere utilizzato in impianti nuovi o ad essere impiegato in operazioni di retrofit in impianti esistenti e' una convinzione largamente diffusa. L’obiettivo delle aziende che operano nell’assistenza degli impianti frigoriferi e' quello di diminuire il numero delle bombole da caricare sui propri automezzi, ma questo non deve portare alla scelta di refrigeranti non adatti per certi tipi di impianti.
L’utilizzo dei cosiddetti refrigeranti naturali come l’ammoniaca (R717) e il propano (R290) richiede inevitabilmente l’adozione di nuovi standard di sicurezza e nuove procedure di utilizzo.
L’introduzione dell’R410A costituisce un interessante esempio di un refrigerante non adatto a sostituire l’R22 negli impianti esistenti a causa del suo diverso comportamento e delle sue differenti proprietà. Negli impianti nuovi, d’altra parte, l’R410A sembra essere oggigiorno il refrigerante candidato maggiormente alla sostituzione dell’R22. Tale scelta porta alla costruzione di impianti piu' compatti, in seguito alle maggiori pressioni d’esercizio che si verificano. L’R407C sembra non essersi imposto sui mercati di quei Paesi dove il programma di dismissione dell’R22 non e' prossimo (come negli Stati Uniti). Ci significa che in alcune nazioni si eviteranno le problematiche legate all’uso di tale refrigerante, come ad esempio quello dello scorrimento della temperatura, per concentrarsi sulla tecnologia dell’R410A o dei refrigeranti naturali, come l’ammoniaca e il propano. Il Giappone, invece, sembra voler portare avanti sia la tecnologia dell’R407C che quella dell’R410A parallelamente.
E'
necessario conoscere quali scenari per i refrigeranti del futuroIn Svezia sono possibili diversi scenari futuri per i refrigeranti. Un importante elemento e' se, come e quando si avra' una regolamentazione dei fluidi HFC. La Danimarca ha elaborato una proposta nel 2000, mentre la Svezia lo sta facendo attualmente. Altri importanti elementi da considerare sono lo sviluppo futuro della domanda in generale di refrigerazione e di condizionamento, compreso quello per gli autoveicoli (in Svezia vengono vendute circa 250.000 automobili in un anno. Nel 1990 solo il 10% era climatizzata, oggigiorno circa il 90%!); lo sviluppo di sistemi di controllo delle perdite dagli impianti e di minimizzazione della carica; la penetrazione nel mercato dei refrigeranti naturali.
Progetti di ricerca del Royal Institute of Technology indicano che la minimizzazione della carica per impianti di piccole dimensioni e' possibile in ragione di circa 100 grammi/kW di capacita' frigorifera per i refrigeranti HFC e di 50 grammi/kW per i sistemi ad idrocarburi (fatto, questo, determinato dalla minor densita' del propano rispetto a quella degli HFC). La possibilita' di diminuzione per i sistemi di maggiori dimensioni risulta essere ancora piu' elevata.
La possibilita' di delineare uno scenario dipende anche dall’analisi dei possibili sviluppi del mercato. Questo tipo di previsioni e' essenziale per poter prendere delle decisioni che riguardano il futuro. Infine, e' importante non dimenticare la necessita' di minimizzare le emissioni dirette dagli impianti e di avere consumi energetici inferiori degli impianti nel loro complesso.
La conclusione ovvia: zero perdite-minima carica
Il buco dell’ozono, l’effetto serra e la scarsita' di risorse energetiche sono delle sfide per il mondo della refrigerazione, per l’oggi e il domani. Risulta indispensabile sviluppare sistemi con un potenziale di impatto ambientale minimo per il futuro. Al limite, se la carica puo' essere minimizzata ed il progetto dell’impianto e' tale che la possibilita' di fughe e' molto ridotta, non e' essenziale stabilire a priori quale tipo di refrigerante deve essere utilizzato. Questo offre la possibilita' di utilizzare gli idrocarburi in quegli impianti in cui a tutt’oggi essi non vengono utilizzati per problemi di sicurezza.
L’energia necessaria per il funzionamento dell’impianto puo' essere ridotta al minimo se anche l’impatto sull’ambiente viene ridotto. Cosi', rivestono grande interesse impianti progettati con scambiatori di calore che permettono di mantenere ridotte differenze di temperatura negli evaporatori e nei condensatori. Naturalmente e' anche importante avere compressori con elevata efficienza, specialmente nel caso in cui posseggono un ridotto volume interno. Importante e' anche avere impianti in cui l’olio non assorbe un’elevata quantita' di refrigerante, come ad esempio quelli ad ammoniaca.
La soluzione alle problematiche piu' importanti puo' essere individuata all’interno delle seguenti aree tematiche: