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UNILAB S.r.l. – Via N. Bixio 6 – 35131 – Padova (PD) – Italy

1 Evento “COILS 8.0 e I Nuovi Refrigeranti” - Dispensa

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INuoviRefrigeranti"I Refrigeranti sono i fluidi operativi nella refrigerazione, nel condizionamento d'aria, e nei sistemi a pompa di calore.

Assorbono calore da una zona, come ad esempio uno spazio condizionato, e lo rigettano in un altro, come ad esempio

l’esterno, di solito attraverso, rispettivamente, l'evaporazione e la condensazione. - "ASHRAE Manuale-Fundamentals”.

In tutta la storia della climatizzazione e refrigerazione, numerose sostanze sono state utilizzate come refrigeranti.

Tuttavia, la scelta di un refrigerante è divenuto più complesso negli ultimi anni.

Precedenti generazioni di refrigeranti clorofluorocarburi (CFC) e idroclorofluorocarburi (HCFC), hanno contribuito al

depauperamento dello strato di ozono e sono in phase-out per via di trattati internazionali.

I CFC e gli HCFC sono stati sostituiti in gran parte con idrofluorocarburi (HFC). Alcuni di questi HFC presentano alti livelli

di riscaldamento globale (GWP) ed il loro utilizzo sta diventando oggetto di restrizioni in alcuni Paesi europei.

Recentemente, al fine di ridurre il GWP sono stati introdotti gli HFC (denominati hydrofluoroolefins o HFO). Essi hanno

livello zero come potenziale di riduzione dell'ozono (ODP) e un molto basso GWP, ma alcuni di loro sono infiammabili.

Questa mappa mostra alcuni dei percorsi che si stanno intraprendendo nel phase-out dei CFC e HCFC. In alcuni Paesi i

CFC sono già vietati, in altri il loro uso è in declino.

Attualmente, i refrigeranti che potranno essere utilizzati in futuro sono i refrigeranti naturali, HFC, HFC insaturi (noti

anche come HFO), ed eventualmente miscele di questi refrigeranti.

Un refrigerante, per essere tale, deve soddisfare una serie di requisiti relativi alla sicurezza, stabilità chimica, proprietà

ambientali, caratteristiche termodinamiche, e compatibilità tra i materiali. Non esiste un unico SETOFF di caratteristiche

ottimali (in particolare per le proprietà termodinamiche), e spesso ci sono compromessi tra caratteristiche desiderabili.

Il requisito più importante è la stabilità chimica.

Un sistema di refrigerazione si prevede possa operare per molti anni, e tutte le altre proprietà non avrebbe senso se il

refrigerante si decomponesse o reagisse per formare qualcosa di diverso.

Il refrigerante ideale dovrebbe avere una bassa tossicità ed essere non infiammabile. L’ ASHRAE 34 classifica i

refrigeranti secondo la loro tossicità (con "A" si intende il "minor grado di tossicità" come indicato da un limite di

esposizione consentito di 400 ppm o maggiore, mentre refrigeranti di tipo "B" hanno un "alto grado della tossicità " e

di infiammabilità (da" 1 "per fluidi infiammabili a" 3 "per liquidi altamente infiammabili, come gli idrocarburi). La classe



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di infiammabilità "2" ha un ulteriore sottoclasse ("2L") per refrigeranti a bassa infiammabilità, come definito da una

velocità di combustione di meno di 10 cm / s).

Classificazione Tossicità

Classe A Classe B

infiammabilità

Tossicità cronica più

bassa

Tossicità cronica più

alta

Classe 1 Nessuna fiamma di

propagazione

A1 B1

Classe 2 Infiammabilità più bassa A2 B2

Classe 3 Infiammabilità più alta A3 B3

Un altro importante insieme di criteri riguarda le prestazioni cioè, l'efficienza energetica e la resa di un sistema.

Il COP del ciclo semplice idealizzato dipende essenzialmente dalla forma della curva limite del fluido frigorigeno. Per una

buona efficienza il fluido deve avere una temperatura critica sufficientemente lontana da quella di condensazione. Le

caratteristiche termodinamiche (i punti più importanti sono la temperatura di ebollizione, la temperatura critica e

capacità termica) devono corrispondere alla domanda del sistema di operare in maniera efficiente. Il refrigerante deve

inoltre avere proprietà di trasporto favorevoli (bassa viscosità ed elevata conducibilità termica) in quanto hanno un

impatto sulla dimensione degli scambiatori di calore e quindi sul costo del sistema complessivo. L'efficienza energetica,

insieme con il potenziale di riduzione dell'ozono (ODP) e potenziale di riscaldamento globale (GWP) sono criteri

ambientali.

Il refrigerante deve, infine, essere compatibile con materiali comuni di costruzione, compresi i metalli e le guarnizioni.

Negli anni ’70 ricerche scientifiche hanno portato alla teorizzazione che il cloro contenuto nei CFC , agendo da elemento

distruttore dello strato di ozono atmosferico causava l’assottigliamento di quest’ultimo permettendo così una maggiore

incidenza dei raggi ultravioletti sulla Terra.

Con il protocollo di Montreal si rimpiazzarono dal 1994 i CFC con gli HCFC (idro - cloro - fluoro - carburi) composti

chimici formati da atomi di idrogeno, cloro , fluoro e carbonio. Questi nuovi composti avevano molte delle proprietà

vantaggiose dei CFC, ma una minore stabilità chimica. Il loro uso è stato possibile fino al 2014, solo se rigenerati.

La crescente esigenza di individuare possibili sostituti spinse i ricercatori a rivalutare i fluidi naturali prima scartati,

come acqua e anidride carbonica, ed ad ottimizzare la tecnologia dei cicli alternativi. L’obiettivo di avere una tipologia

di fluidi con potenziale di distruzione dell’ozono nullo è stato raggiunto con gli idrofluorocarburi HFC, in cui il cloro è

stato completamente eliminato e sostituito dall’idrogeno.

Ciò ha portato ad un nuovo problema legato all’aumento della temperatura del pianeta causato in parte anche da

questa nuova generazione di refrigeranti. Nel protocollo di Kyoto si sono stabilite le quote di riduzione dei gas ad

effetto serra. Questo ha aperto così un nuovo scenario nella storia dei refrigeranti, che oltre a non essere ozono -

distruttori devono anche avere un valore di GWP < 150 per 100 anni (Global Warming Potential)

l protocollo di Montreal, firmato nel 1987, è stato il primo provvedimento internazionale adottato dai paesi

industrializzati per limitare e poi eliminare la produzione di refrigeranti nocivi nei confronti dell’ ozono stratosferico.

Riguardo ai CFC questo protocollo ha posto , per i paesi industrializzati, le cessazione della produzione dal 1996 ed il

divieto di impiego dal 2000. Per gli HCFC, invece, è stata prevista una graduale riduzione del fino al bando completo

dal 1° gennaio 2015 .

Un passaggio significativo nella risposta ai cambiamenti climatici fu l’adozione del Protocollo di Kyoto, adottato

formalmente nel 1997, ed entrato in vigore nel 2005, anche se mai ratificato dagli Stati Uniti: il principale emettitore fra

i paesi industrializzati.

Il protocollo di Kyoto è un trattato internazionale in materia ambientale riguardante il riscaldamento globale.

Il trattato prevede l’obbligo in capo ai paesi industrializzati di operare una riduzione delle emissioni di elementi

inquinanti.

Gli accordi internazionali e la crescente preoccupazione per le questioni del cambiamento climatico hanno indotto

l'Unione europea (UE) a diffondere una tabella di marcia per ridurre progressivamente le emissioni di gas ad effetto

serra.

Questo meccanismo non vieta la vendita degl HFC. Tuttavia, dato che saranno meno disponibili, i prezzi dovrebbero

aumentare nel corso del tempo, in particolare per gli HFC con un GWP.



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Con il Regolamento dell’ Unione Europea n° 517/2014 si promulga la graduale eliminazione della maggior parte dei

refrigeranti comunemente usati negli impianti di refrigerazione e di condizionamento dell'aria (R134a, R404A e R410A)

a causa, principalmente dei loro valori elevati di GWP. Questi refrigeranti sono gli HFC ed il loro uso non sarà più

permesso a partire dal 2020.

L'UE definisce le misure per controllare le loro emissioni (842/2006 / CE), mentre la direttiva comunitaria 40/2006 / CE

stabilisce limiti significativi, cioè 100anni GWP <150, alle emissioni degli impianti di condizionamento d'aria dei veicoli a

motore.

Regolamento Europeo 517/2014 Anno

Frigoriferi e congelatori domestici contenenti HFC con GWP >150 2015

Frigoriferi e congelatori per uso commerciale (attrezzature ermeticamente sigillato) che contengono HFC con

GWP> 2500

2020

GWP >150 2022

Apparecchiature fisse di refrigerazione, che contengono , o il cui funzionamento dipende da, HFC con GWP >

2500 escluse le apparecchiature destinate ad un'applicazione progettata per raffreddare i prodotti a

temperature inferiori a -50 °C

2020

Sistemi Multipack di refrigerazione centralizzati per uso commerciale con una capacità nominale > 40 kW

che contengono, o il cui funzionamento dipende da tali gas fluorurati ad effetto serra con potenziale di

riscaldamento globale > 150, ad eccezione del circuito frigorifero primario di sistemi a cascata dove i gas

fluorurati ad effetto serra con un GWP <1500 possa essere usato

2022

Camera mobile per impianti di condizionamento (apparecchiatura sigillata ermeticamente che è mobile tra

le camere da parte dell'utente finale) che contengono HFC con GWP > 150

2020

Impianti di condizionamento single split contenenti meno di 3 kg di gas fluorurati ad effetto serra, che

contengono, o il cui funzionamento dipende da tali gas fluorurati ad effetto serra con potenziale di

riscaldamento globale >750

2025

Refrigerante (GWP) Applicazioni GWP

R134a (1430)

- frigoriferi e congelatori domestici 150

- Frigoriferi per uso commerciale (attrezzature ermeticamente sigillate) 150

- Apparecchiature di refrigerazione fissa 2500

- Sistemi di refrigerazione Multipack centralizzati per uso commerciale 150

- Circuito frigorifero primario di sistemi a cascata 1500

R404A (3922) - Frigoriferi e congelatori per uso commerciale (attrezzature ermeticamente sigillato) 150

- Apparecchiature di refrigerazione fissa 2500

- Sistemi di refrigerazione Multipack centralizzati per uso commerciale 150

R410A (2088) - impianti di refrigerazione fissa (chiller) 2500

- Camera mobile condizionamento d'aria 150

- impianti di condizionamento Single split 750

Gli HFC R404A e R507A sono i refrigeranti più usati nella refrigerazione commerciale nei Paesi sviluppati per le esigenze

di congelamento e di conservazione. Hanno sostituito gli (HCFC) R22 e R502, dannosi per l'ozono a seguito

dell'applicazione del Protocollo di Montreal.

Varie sono le miscele che l’ AHRI propone come possibili sostituti . Queste miscele sono composte da refrigeranti HFC:

R32, R125, R152a e R134a, e refrigeranti HFO: R1234yf e R1234ze (E).

Da numerose analisi, però, si è concluso che la maggior parte delle nuove miscele HFO / HFC non soddisfano le restrizioni

di GWP approvate dalla normativa europea. Inoltre, alcune delle miscele proposte avrebbero problemi dovuti alla loro

infiammabilità.

L’ R152a è classificato come refrigerante A2 da ASHRAE 34, l’ R32 e l'HFO R1234yf e R1234ze (E) sono classificati come

A2L. L’ R125 e R134a sono gli unici refrigeranti non infiammabili. Questi hanno valori molto elevati (GWP

rispettivamente 3500 e 1430) e l’ R32 è ancora al di sopra della maggior parte delle limitazioni GWP. Ci sono diverse

opzioni per sostituire i refrigeranti impiegati attualmente. Le opzioni possibili per sostituire i refrigeranti dannosi nei

sistemi commerciali possono essere gli idrocarburi, efficienti ma con elevata infiammabilità , i refrigeranti naturali

come l'ammoniaca e CO2 (R744) nei sistemi a ciclo transcritico o nella parte a bassa pressione negli impianti a cascata.

Tra i refrigeranti naturali l’ anidride carbonica (R744) è la sola sostituzione nota per essere non tossica, non



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infiammabile, e non dannosa per l'ambiente. Si tratta di uno dei refrigeranti più promettenti per sistemi di

refrigerazione. L’ Ammoniaca (R717) è un refrigerante ad alta efficienza energetica ma infiammabile e tossico che può

essere preso in considerazione per spazi non occupati e controllati

Limitazioni imposte a R134a

Dal 1990 l’ R134a è ampiamente utilizzato in applicazioni di refrigerazione a media temperatura in quanto presenta

buone prestazioni energetiche e come il resto degli HFC (idrofluorocarburi), ha zero ODP (potenziale di riduzione

dell'ozono).

L’ R134a (GWP 1430) è utilizzato nella maggior parte delle applicazioni di refrigerazione: condizionatore d'aria del

veicolo, sistemi di raffreddamento commerciali ed industriali, e refrigeratori

La limitazione GWP di 150 in refrigerazione domestica implicherà che i frigoriferi europei che lavorano con R134a

useranno l’ isobutene con lievi modifiche all’impianto. Sebbene l’ R600a sia un refrigerante infiammabile ( classificato

come A3 dalla ASHRAE), esso può essere utilizzato grazie alle piccola quantità di refrigerante, inferiore a 0,6 kg.

L’ R1234yf (GWP <1) è il refrigerante proposto per sostituire R134a nei condizionatore d'aria dei veicoli e l’ R1234ze

(E) (GWP <1) nei refrigeratori raffreddati ad acqua. Essi hanno zero ODP e, anche se sono classificati come refrigeranti

A2L da ASHRA, la loro infiammabilità dipende dall'umidità dell'aria

Oltre miscele HFC/ HFO, un'altra opzione interessante è CO2 (GWP = 1) in un ciclo transcritico .

L’ R134a potrà essere utilizzato fino al 2022 in attrezzature ad uso commerciale a tenuta ermetica (GWP <2.500), ma

non successivamente (GWP> 150).

Sostituti R134a

Fluido Campo GWP

R600a Refrigerazione domestica 3.3

R1234yf Condizionatori veicoli <1

R1234ze(E) Refrigeratori ad acqua <1

R744 Cicli transcritici 1

Limitazioni imposte a R404A

L’ R404A (GWP 3922) è utilizzato in applicazioni commerciali per medie e basse temperature.

I refrigeranti selezionati come sostituti , in base a caratteristiche simili a R404A, sono il R407A, alternative di medio

termine, e l’ R407F. Le alternative a lungo termine sono L40 e DR-7 (a bassissimo GWP e bassa infiammabilità), N40 e

DR-33 (con basso GWP, rispettivamente 1205 e 1410, e non infiammabili).

L40 e DR-7 hanno un basso GWP (285 e 246 rispettivamente), anche se sarebbero stati classificati come A2L per lo

standard 34 ASHRAE.

Sostituti R404A

Fluido GWP

L-40 285

DR-7 246

N40 1205

DR-33 1410



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Limitazioni imposte a R410A

L’ R410A (GWP 2088) può essere trovato nei refrigeratori ed impianti di condizionamento (mobili o fissi).

Al giorno d'oggi non esiste alcuna camera mobile di condizionamento d'aria progettata per funzionare con refrigeranti

non infiammabili che hanno GWP <150, di conseguenza, sarà difficile trovare soluzioni efficaci.

Infine, per i singoli impianti di condizionamento (GWP <750), ci sono diverse miscele A1 che possono sostituire l’ R410A.

La CO2 potrebbe essere una di queste.

Le temperature di evaporazione per l’ R410A sono -10 °C e 10 °C e le temperature di condensazione sono 30 °C e 55 °C.

Secondo le forti limitazioni GWP, l'opzione migliore sembra essere sostituire i vecchi sistemi con sistemi a CO2 in sistemi

di refrigerazione commerciali (transcritici o a basso pressione in cascata). L41 e DR-5 possono essere sostituti adatti per

R410A. Anche se diverse aziende chimiche hanno sviluppato diverse miscele HFC / HFO, questi refrigeranti possono

non fornire una soluzione definitiva, perché hanno ancora restrizioni di infiammabilità o valori GWP sopra quello fissato

come massimo dal Regolamento comunitario.

Sostituti R410A

Fluido GWP

R744 1

L41 <500

DR-5 <500

Glossario

Ciclo transcritico: Un ciclo transcritico è un ciclo termodinamico che opera in condizioni al di sopra del punto critico di

un fluido.

Esempio di ciclo transcritico è il ciclo frigorifero di un impianto a CO2.

GWP: parametro utilizzato per indicare il potenziale di un gas a riscaldare l'atmosfera (effetto serra) relativamente

all'effetto serra della Co2, il cui potenziale di riferimento è pari a 1. E' calcolato in termini di 100 anni di riscaldamento.

ODP: Il Potenziale di eliminazione dell'ozono (Ozone Depletion Potential o ODP) di un composto chimico è il valore

relativo di degrado della fascia di ozono che esso può causare.

Gas GWP ( 100anni)

CO2 1

Metano 25

HFC-134a 1,430

R-404A (miscela HFC) 3,922

R-410A (miscela HFC) 2,088

HFC-125 3,500



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Come standard è assunto l' R-11, cui viene dato il valore di ODP pari a 1,0.

Refrigerante ODP (R11=1) GWP (Co2=1)

R22 0,05 1500

R134a 0 1300

R404A 0 3260

R407C 0 1525

R410A 0 1725

R32 0 1800

R600a 0 3

R717 0 0

R744 0 1

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