I refrigeranti sono divisi in gruppi in base alla loro composizione chimica. In seguito alla scoperta che alcuni di questi composti chimici possono essere dannosi per l’ambiente, vengono sostituiti con alternative più rispettose dell’ambiente (cfr.figura 5.2). Il processo non è facile, e anche se ci sono alternative ai vecchi refrigeranti, quelli nuovi di solito non sono impeccabili.

Nella sezione seguente vengono discussi diversi gruppi di refrigeranti, vengono forniti alcuni esempi e vengono descritti i loro campi di applicazione.

CFC = clorofluorocarburi

I clorofluorocarburi sono refrigeranti contenenti cloro. Sono stati vietati dall’inizio degli anni ‘ 90 a causa del loro impatto ambientale negativo. Esempi di CFC sono R11, R12 e R115. La conversione di apparecchiature e sistemi che utilizzano CFC non è ancora stata completata. Al contrario, il mercato illegale di questo tipo di refrigeranti fiorisce in tutto il mondo e si stima che non più del 50% dei sistemi CFC in tutto il mondo sia stato aggiornato.

HCFC = idroclorofluorocarburi

La lenta eliminazione graduale dei CFC dimostra che è un processo costoso. Tuttavia, e ancora più importante, mostra anche i problemi e l’indecisione che circondano la disponibilità di HCFC, che sono stati ufficialmente indicati come sostituti temporanei (fino al 2030) dei CFC. Le azioni affrettate dell’Unione europea che sono culminate nel divieto degli HCFC, immediatamente per la refrigerazione e presto (al più tardi nel 2004) per l’aria condizionata, hanno sconvolto i programmi e i piani del settore.

Gli HCFC contengono meno cloro dei CFC, il che significa un ODP inferiore (vedere paragrafo 5.3). Esempi di idroclorofluorocarburi includono R22, R123 e R124 (vedere Figura 5.3).

HFC = idrofluorocarburi

Gli idrofluorocarburi sono refrigeranti che non contengono cloro e non sono dannosi per lo strato di ozono (ODP = 0, vedere paragrafo 5.3). Tuttavia, il loro impatto sul riscaldamento globale è molto grande rispetto ai refrigeranti tradizionali. I refrigeranti HFC più comuni disponibili dopo il divieto di HCFC sono presentati nella Tabella 5.1 (vedi anche Figura 5.4):

Tabella 5.1 I refrigeranti più comuni tra gli idrocarburi alogenati.

Alcuni commenti sui refrigeranti presentati nella tabella sono riportati di seguito:

• R32 e R125 sono raramente utilizzati come refrigeranti singoli, ma solo in miscele con proprietà termodinamiche particolarmente favorevoli.
• R245c e R245fa sono utilizzati quasi esclusivamente negli Stati Uniti e in modo piuttosto sperimentale.
• R404A è stato sviluppato come alternativa a R502 per frigoriferi e congelatori.
• R134a è stato il primo HFC introdotto nella refrigerazione e nella climatizzazione con grande successo, perché non richiede quasi modifiche nelle apparecchiature progettate per R22. Tuttavia, offre un’efficienza molto limitata, circa il 40% inferiore a quella ottenuta con R22. Di conseguenza, il produttore ha due scelte: accettare una sostanziale riduzione della capacità termica in un dato sistema, o aumentare le sue dimensioni (e costi) per ottenere la stessa capacità. Per questo motivo, R134a è utilizzato principalmente in impianti di grandi dimensioni (oltre 250 kW) che possono permettersi i costi più elevati.
• R407C è, come R134a, termodinamicamente simile a R22 e funziona come un refrigerante” drop in”. Tuttavia, a differenza di R134a, che è un composto puro, R407C ha una planata di 7 K, rendendolo a malapena utilizzabile in piccole apparecchiature residenziali (domestiche). Ci sono due ragioni per giustificare tale limitazione: le apparecchiature residenziali sono più soggette di altre apparecchiature a perdite accidentali improvvise e di solito vengono servite in loco. In caso di perdita improvvisa, una scivolata di 7K può causare cambiamenti nelle proporzioni della miscela, poiché le perdite relative dei suoi componenti più volatili saranno sproporzionatamente elevate. Se si utilizza una ricarica standard, non vi è alcuna garanzia che la nuova miscela di refrigerante abbia le stesse proporzioni di prima della perdita. A causa della sua elevata planata, questo refrigerante viene utilizzato solo in sistemi di media capacità (50-250 kW), che di solito sono serviti da personale qualificato.
• R410A ha proprietà termodinamiche molto interessanti, maggiore efficienza energetica rispetto a R22, nessuna planata e quindi nessun problema con la miscela rimanente dopo la perdita di carica e ricarica. Tuttavia, ha una pressione di esercizio quasi doppia rispetto a R22, e quindi richiede una riprogettazione dell’intero sistema con compressori più grandi, valvole di espansione, ecc.
• R507A è utilizzato con successo nella refrigerazione industriale e commerciale.
• R508B è usato meno frequentemente nei cicli di bassa temperatura. R507A e R508B hanno proprietà termodinamiche favorevoli e nessun problema con le scivolate di temperatura, perché sono miscele azeotropiche.

FC = FluoroCarburi

I fluorocarburi (Figura 5.5) non contengono cloro e non sono dannosi per lo strato di ozono. Tuttavia, sono estremamente stabili e hanno un elevato GWP (cfr. sezione 5.3). R218 è un esempio di fluorocarbonio e FCS sono presenti anche nelle miscele R403 e R408.

HC = Idrocarburi

Gli idrocarburi sono una soluzione molto limitata ai problemi ambientali associati ai refrigeranti. Sono innocui per lo strato di ozono (ODP = 0) e hanno quasi nessun effetto serra diretto (GWP<5), ma sono facilmente infiammabili. L’uso di HCS come refrigeranti è limitato all’Europa, perché molti altri paesi hanno vietato l’uso di gas infiammabili in presenza del pubblico. Secondo le norme ISO 55149 e EN 378.2000, questo dovrebbe applicarsi anche in Europa. Tuttavia, lo standard IEC 355.2.20 consente l’uso di HCS nei frigoriferi domestici con cariche di refrigerante fino a 150 g.

Questo standard ha aperto la strada ad alcuni produttori europei di frigoriferi per produrre frigoriferi domestici con isobutene infiammabile, R600a.

Questi sono stati accettati con entusiasmo dagli ambientalisti e hanno ottenuto un grande successo sul mercato.

NH3 = Ammoniaca

L’ammoniaca, R717, è un’alternativa attraente del refrigerante. È stato utilizzato nei sistemi di refrigerazione dal 1840 e nella compressione del vapore dal 1860. In termini di proprietà, dovrebbe essere considerato un refrigerante di alta classe. Inoltre, i suoi ODP e GWP sono 0. Tuttavia, sebbene sia un gas autoalertante, cioè le perdite possono essere facilmente rilevate dall’odore, l’ammoniaca è molto pericolosa anche a basse concentrazioni perché l’odore spesso causa il panico. Questo è il motivo principale per cui l’ammoniaca è stata ritirata dalle applicazioni per l’uso da parte di persone non qualificate e mantenuta solo per applicazioni industriali.

È anche abbastanza comune nella refrigerazione commerciale, anche se le norme di sicurezza richiedono che venga utilizzato con un ciclo di distribuzione secondario. Ovviamente, questo ciclo secondario riduce l’efficienza.

CO2 = Anidride carbonica

R744, anidride carbonica, ha diverse caratteristiche interessanti: non infiammabile, non causa esaurimento dell’ozono, indice di tossicità molto basso (sicurezza A1), disponibile in grandi quantità e basso costo. Tuttavia, ha anche una bassa efficienza e un’alta pressione di esercizio (circa 10 volte superiore a R134a). Per questi due ultimi motivi, sono necessari sforzi per migliorare il suo ciclo di refrigerazione e la relativa tecnologia, in particolare gli scambiatori di calore e i dispositivi di espansione. Una delle principali applicazioni future di CO2 sembra essere l’aria condizionata nell’industria automobilistica. Le pompe di calore potrebbero anche beneficiare della CO2 a causa della temperatura più elevata che può essere ottenuta anche a temperature ambiente molto basse.

Tabella riassuntiva

Tabella 5.2 Tabella riassuntiva dei diversi tipi di refrigeranti.

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