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Idrofluorocarburi nel condizionamento d’aria e nelle pompe di calore: quali alternative?

Esistono alternative all'uso dei famigerati idrofluorocarburi per i vari settori del condizionamento d'aria e nelle pompe di calore? Se si, quali? Alcune proposte

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Gli idrofluorocarburi (HFC) sono gas fluorurati utilizzati, sin dagli inizi degli anni ’90, in alcune apparecchiature e applicazioni – come gli impianti di refrigerazione, di condizionamento d’aria e le pompe di calore – in sostituzione dei clorofluorocarburi (CFC) e degli idroclorofluorocarburi (HCFC) colpevoli di  contribuire alla riduzione dello strato di ozono stratosferico.

Pur essendo caratterizzati da buone caratteristiche quanto ad infiammabilità e a tossicità, alcuni tra i più diffusi HFC costituiscono tuttavia un problema per via dell’alto potenziale di riscaldamento globale (GWP) con conseguente effetto serra.

Il contributo, di cui qui proponiamo la seconda parte, è pubblicato sulla Rivista Ambiente&Sviluppo n.10/2015 e fornisce una presentazione delle sostanze alternative all’utilizzo di HFC ad alto GWP, già disponibili sul mercato e o ancora in fase di studio e sperimentazione.

Nell’articolo precedente abbiamo descritto il quadro dei gas fluorurati e delle sostanze ad essi alternative, già in uso o in fase di sperimentazione, nel settore della refrigerazione fissa e mobile.

In questo intervento descriveremo le alternative agli F-Gas, già in uso o in fase di sperimentazione, nel settore del condizionamento d’aria fisso e mobile e delle pompe di calore.

Questo contenuto è offerto da “Ambiente & Sviluppo”, magazine mensile dedicato a ambiente, rifiuti, inquinamento, ecoreati, responsabilità, 231, energia, finanziamenti. Per abbonarsi alla rivista o scaricare subito un numero omaggio clicca qui

Condizionatori mobili

Tale settore comprende le unità ermeticamente sigillate indicate per il raffreddamento di piccole stanze soprattutto per uso residenziale e commerciale.

Attualmente il refrigerante maggiormente utilizzato è l’R-410A (GWP 2090). Il Regolamento (Ue) n. 517/2014 prevede che dal 1° gennaio 2020 non sarà più possibile immettere in commercio apparecchiature movibili di climatizzazione contenenti HFC con un potenziale di riscaldamento globale pari o superiore a 150. L’alternativa più promettente è rappresentata dal propano (HC-290) caratterizzato da un GWP pari a 3.

Condizionamento dell’aria negli edifici residenziali e commerciali

I refrigeranti maggiormente utilizzati in questo settore sono l’R-407C (GWP 1774), l’R-410A (GWP 2088) e l’HFC-32 (GWP 675).

In particolare l’R-410A è il più utilizzato nei cosiddetti “split-system” e al momento non sono disponibili alternative che rispettino le stesse caratteristiche soprattutto in termini di sicurezza.

È in fase di valutazione l’utilizzo di miscele al fine di mitigare il livello di infiammabilità.

L’utilizzo degli HFO richiederebbe un maggior numero di compressori per l’installazione, soluzione che non risulta economicamente e tecnicamente praticabile.

L’utilizzo della CO2 non è consigliabile a causa delle rilevanti perdite in termini di efficienza energetica.

Grandi impianti di condizionamento d’aria (air-to-air)

Questo settore include vari tipi di sistemi di condizionamento d’aria negli edifici che utilizzano sistema di evaporatori in grado di raffreddare l’aria in una stanza o in un intero edificio. Questo settore può essere suddiviso in tre sottosettori principali: grandi single split e multi-split, sistemi a flusso di refrigerante variabile (VRF) e sistemi canalizzati ed impianti su tetto.

A oggi, i refrigeranti dominanti del settore sono l’R-407C (GWP 1774) e l’R-410A (GWP 2088) tuttavia, tra le alternative, si stanno diffondendo l’R-446A (GWP 460) e l’R–447A (GWP 582).

Gli idrocarburi ancora non sono molto utilizzati poiché queste apparecchiature richiedono una carica di refrigerante molto elevata e pertanto necessitano anche di maggiori sistemi di sicurezza per soddisfare gli standard attualmente in vigore.

Per i sistemi canalizzati possono essere utilizzati refrigeranti alternativi non infiammabili a base di HFC-134a (GWP 1430) come le miscele R-450A (GWP 601) e R–513A (GWP 631).

Refrigeratori ad acqua per il condizionamento d’aria

Questo settore comprende i refrigeratori ad acqua che vengono utilizzati per il condizionamento di edifici e per alcuni impianti di raffreddamento industriale.

Molti edifici di grandi dimensioni che necessitano di aria condizionata sono raffreddati utilizzando sistemi di refrigeratori ad acqua collegati ad un sistema di refrigerazione centrale. Questo settore comprende refrigeratori piccoli e medi, e grandi refrigeratori.

Per i refrigeratori di piccole e medie dimensioni è stato utilizzato dapprima l’R-407C (GWP 1774) e successivamente R-410A (2088), mentre per i refrigeratori di grandi dimensioni viene utilizzato principalmente, come refrigerante, l’HFC-134a (GWP 1430).

Vi è una gamma di diverse opzioni a basso GWP che ben si adattano a queste tipologie di refrigeratori.

Sono già disponibili sul mercato l’HFO-1234ze (GWP 7), l’HFO-1233zd (GWP 4,5), idrocarburi e l’ammoniaca. Tuttavia, l’uso di quest’ultima è ancora limitato, soprattutto per i refrigeratori di piccole dimensioni, a causa degli elevati costi di tali apparecchiature.

La scelta del refrigerante è fortemente condizionata dal luogo di installazione delle apparecchiature. Infatti, per le installazioni in sale macchine o in luoghi aperti è possibile controllare i problemi legati all’infiammabilità e alla tossicità dei refrigeranti alternativi. Mentre, per le apparecchiature installate in luoghi di “difficile accesso”, come ad esempio nei seminterrati, l’uso di refrigeranti con elevata tossicità ed infiammabilità può essere più problematico.

Pompe di Calore (per la produzione solo di calore)

Le pompe di calore si basano su una tecnologia per lo più identica a quella utilizzata nei sistemi di refrigerazione con la sola differenza dei livelli di temperature alle quali operano.

Le pompe di calore “muovono calore” da temperature più basse a temperature più alte, in cui il calore generato può essere utilizzato per riscaldare edifici. Il mercato delle pompe di calore ha un range molto ampio di applicazioni. Sono usate in ambito residenziale, commerciale e industriale e hanno una capacità variabile di produzione del calore da pochi kW a molti MW. Le pompe di calore possono essere categorizzate in un numero differente di modi, ad esempio attraverso la tipologia della sorgente di calore (es. aria, acqua, terra…) e/o del livello di temperatura della sorgente di calore.

I refrigeranti più utilizzati per queste apparecchiature sono l’HFC- 134a (GWP 1430), l’R-410A (GWP 2088) e l’HFC-245fa (GWP 1030).

Tuttavia, negli ultimi anni, si stanno diffondendo pompe di calore a base di CO2, così come si sta diffondendo l’uso di ammoniaca per gli impianti di grandi dimensioni.

Condizionamento d’aria mobile

Questo settore comprende i sistemi di aria condizionata utilizzati nei trasporti su strada tra cui auto, furgoni, autocarri, autobus, veicoli agricoli e treni.

Il settore può essere suddiviso in due sottosettori: sistemi di condizionamento d’aria installati in autovetture e furgoncini e sistemi di condizionamento d’aria installati in altri veicoli di maggiori dimensioni, quali autobus, pullman e treni.

Il refrigerante maggiormente utilizzato per i veicoli di minori dimensioni è l’HFC-134a (GWP 1430), mentre per i sistemi più grandi si è ricorsi all’uso di R-410A (GWP 2088), R-407C (GWP 1774) e HFC-134a.

Per le auto e per i piccoli furgoni si è assistito ad un rapido sviluppo nell’uso di refrigeranti alternativi a basso GWP, a seguito soprattutto dell’introduzione di specifiche normative che vietano l’uso di HFC-134a.

Le principali alternative prese in considerazione sono HFO-1234yf e la CO2. Molti costruttori di automobili sembrano favorire HFO-1234yf in quanto richiede piccole modifiche ai componenti del sistema.

Alcune case automobilistiche stanno prendendo in considerazione il passaggio alla CO2, mentre gli idrocarburi trovano più ostacoli nel mercato a causa dell’elevata infiammabilità.

Trovare una valida alternativa per sistemi più grandi quali quelli installati su autobus e treni è potenzialmente più difficile in quanto la carica di refrigerante in ogni sistema è notevolmente superiore rispetto a quella presente negli autoveicoli. Al momento, l’opzione più praticabile sembra essere rappresentata da un refrigerante non infiammabile come la CO2, anche se l’efficienza in condizioni ambientali ad elevate temperature diminuisce notevolmente. Altre opzioni non infiammabili con GWP di circa 600 e con caratteristiche analoghe all’HFC-134a sono l’R-450A (GWP 601) e l’R-513A (GWP 631). Tali refrigeranti sembrano essere adatti in particolare per autobus e treni.

Testo tratto dall’articolo di Antonella Angelosante Bruno, Roberta Spinetti, “Alternative agli HFC ad alto potenziale di riscaldamento globale”, pubblicato su Ambiente&Sviluppo n.10/2015

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