Refrigeranti sostitutivi per R404A

I problemi e le opportunità del Retrofit dell’R404A, il più diffuso refrigerante per la refrigerazione commerciale (e non solo)

30 marzo 2017

IMPIANTI FRIGORIFERI, REFRIGERAZIONE, GAS REFRIGERANTI, GAS R404A

Emiliano Baglioni, il nostro responsabile tecnico, ha scritto e pubblicato un articolo per la rivista ZeroSottoZero, autorevole punto di riferimento per il nostro settore, per parlare dei refrigeranti e delle problematiche e le opportunità che stanno nascendo relativamente alla loro sostituzione.

Di seguito potete leggere l'articolo.

 

Refrigeranti sostitutivi per R404A

Nonostante il nuovo regolamento F-Gas entrato in vigore a partire dal 1° gennaio 2015, solo in questo periodo si comincia a notare interesse da parte del mercato per lo “stimolo” che l'effetto del regolamento sugli impianti che utilizzano refrigeranti con valori molto elevati di GWP, di 2500 e più è riuscito a dare.

Infatti, secondo i requisiti del regolamento 517, dal 1 gennaio 2020 sarà vietato immettere sul mercato apparecchiature fisse di refrigerazione che contengono refrigeranti con GWP di 2500 o più, con alcune eccezioni. Inoltre, sarà vietato, dalla stessa data, l'uso di tali gas fluorurati ad effetto serra per la riparazione o la manutenzione degli impianti di refrigerazione con una carica di 40 tonnellate di CO2 equivalente o superiore.

Il maggiore impatto sarà dunque su quella parte del mercato che ha adottato per i propri impianti il R404A (GWP=3922), il refrigerante più popolare nel settore della refrigerazione commerciale per i supermercati. Si stima che esso rappresenti il 46% circa del totale dei fluorurati in uso.

Va valutata l'efficienza.
I frigoristi, sollecitati dai clienti, sono quindi alla ricerca dei refrigeranti alternativi per sostituire l’R404A nelle apparecchiature nuove ed esistenti.
Per i nuovi impianti, in particolare per i supermercati e la GDO, si stanno affermando soluzioni come la CO2, gli idrocarburi, o la CO2 in tandem con HFC o HFO a basso GWP in sistemi in cascata. Ma, per risolvere il problema prima del 2020 (a patto che si riesca a formare opportunamente tutta la manodopera necessaria per le nuove tecnologie e le regole per la definizione delle nuove competenze siano definite in relazione alla EN 13313), occorrerà scegliere il fluido refrigerante di retrofit più opportuno, e questa scelta può dipendere da una serie di fattori ed obiettivi, tra i quali l’efficienza, il costo di acquisto, il GWP e la capacità frigorifera.

Sin dalle prime avvisaglie sul phase down spinto dal regolamento, i refrigeranti R407A e R407F sono parsi subito interessanti per il retrofit dell’R404A.  Entrambi miscele di R134a, R125 e R32 in diversa composizione (R407A - 40/40/20 e R407F - 40/30/30 di R134a, R125 e R32, rispettivamente), l’R407A – GWP=2107 - era conosciuto da anni nel settore ed è già stato utilizzato come soluzione retrofit per molti sistemi R404A esistenti. È compatibile con gli stessi oli, elastomeri e materie plastiche adatte per l’R404A, il che rende la transizione relativamente facile. Non si tratta di una sostituzione "drop-in" perché per l’R407A devono (o, meglio, dovrebbero) essere presi in considerazione, ad esempio, l’ aumento della temperatura di mandata del compressore e un maggiore glide di temperatura.

L’R407F  (GWP=1825), altro refrigerante sostitutivo dell’R404A, portava ad una significativa riduzione del GWP insieme ad un miglioramento della capacità e dell'efficienza energetica. Rispetto all’R407A ha una quota di R32 maggiore per una parallela diminuzione della quantità di R134a. Similmente all’R407A, l’R407F ha una temperatura maggiore allo scarico del compressore, e questo rende necessario ricevere conferma delle possibilità di adozione del R407F da parte del produttore del compressore. Comunque, molti costruttori hanno incluso l’R407F per i compressori nella loro gamma.

A seguito, però, dell’intensa campagna di comunicazione in corso, siamo stati portati, da qualche tempo, a pensare che “basso GWP” significhi avere refrigeranti con un valore del GWP di 150 e inferiore. Ma, mentre è stato possibile sostituire l’R134a con lo R1234yf, per l’R404A non è stata trovata la sostituzione a “basso GWP”.

Nel novero dei possibili sostituti (vi sono in ricerca più di 80 refrigeranti diversi) ci sono soluzioni con valori di GWP che risultano nell'intervallo tra 200 e 500. Si tratta di  miscele leggermente infiammabili, a base di R32 con R1234yf (Tabella 2). Diversamente dall’R404A, il loro uso richiederà l’adozione di nuovi sistemi appositamente studiati per l'uso di refrigeranti infiammabili, e siamo in attesa dell’introduzione della categoria A2L, leggermente infiammabili, nella EN378.

I sostituiti dell'R404a.
Per le evidenti ragioni di sicurezza e di costo, il passaggio dall’R404A alle sue alternative più o meno infiammabili non sarà ne veloce ne immediato (si veda la grande enfasi anche all’ultima Mostra Convegno sui climatizzatori ad R32, che però sono arrivati sul mercato con grande prudenza), e quindi sono e rimangono di grande interesse al giorno d'oggi le alternative all’R404A non infiammabili.

In aggiunta a quanto sopra citato per la famiglia dei refrigeranti R407, i sostituiti dell’R404A non infiammabili sono stati trovati miscelando gli HFC con gli HFO.

Arkema, Dupont e Honeywell hanno testato diverse composizioni di HFC (R32, R125 e R134a) con HFO (R1234yf e R1234ze (E)) per ottenere refrigeranti alternativi non infiammabili con valori del GWP nell’intervallo tra 1300 e 1600.

Le miscele non azeotropiche che sono diventate più “popolari” attualmente in uso e proposte sono l’R448A (GWP=1273) e l’R449A (GWP=1397), sviluppate recentemente.

L’R448A (Soltice  N40) è stato sviluppato da Honeywell, e l’R449A (Opteon XP40) da Dupont. Sono entrambi non infiammabili e si tratta di miscele non tossiche con quasi la stessa quantità di R32, R125, R1234yf e R134a (rispettivamente 26 / 26 / 20 / 21% l’R448A e  24,3 / 24,7 / 25,3 / 25,7% in massa l’R449A).

Le temperature di ebollizione sono vicine a quelle dell’R404A, ma le temperature critiche sono un po' più alte; questo porta ad una riduzione della potenza richiesta per comprimere il vapore. Il glide non è trascurabile, ed è circa 6 K in evaporazione e 5K in condensazione.

La densità dei vapori è più bassa (circa il 25%) e questo determina un effetto positivo sulla portata volumetrica. La linea del vapore deve dunque essere valutata in relazione alla velocità del fluido e le perdite di carico. Anche la grande differenza nella conduttività termica influisce sulle prestazioni (+25%).

Il calore latente di vaporizzazione delle miscele è maggiore dell’R404A, e il rapporto di compressione leggermente maggiore avvantaggia l’R448A e l’R449A.

Ricordiamo il glide (scorrimento) di temperatura, comporta una temperatura di condensazione maggiore di una miscela che non ce l’ha, il che comporta una minore efficienza del sistema. Grazie all'assenza o ad un ridotto glide di temperatura, è più facile raggiungere una temperatura di condensazione più bassa.

Entrambe le miscele sono state testate sia dai produttori che, recentemente, da qualche cliente finale, e sono state anche inserite nello standard ANSI/ASHRAE 34-2013.

Le simulazioni effettuate dai costruttori di compressori danno prestazioni migliori dell’R404A (con pressioni e rapporto di compressione similari) e , e queste sono state recentemente divulgate anche in un retrofit in Inghilterra realizzato Waitrose. Si è verificato un risparmio in termini di assorbimento dell’impianto di circa il 7%, come media tra TN e BT.

Alcuni test effettuati dall’Istituto per la Refrigerazione Inglese hanno mostrato che le prestazioni in condensazione, utilizzando come condizione il “punto centrale” del glide per le miscele HFO, non mostrano significative differenze tra i refrigeranti testati. Inoltre, le prestazioni del R448A e R449A non si sono mostrate particolarmente diverse da quelle del R407A o R407F. Le modifiche realizzate dallo IOR nel sistema di refrigerazione per il monitoraggio del sistema durante il  programma di test sono state ritenute tranquillamente gestibili da un frigorista qualificato per il retrofit del R448A o R449A in un sistema ad R404A ben manutenuto esistente.

Le uniche differenze riscontrate sono state:

  • l'esigenza di regolare la taratura della valvola di espansione (tenendo presente che il surriscaldamento dovrebbe essere misurato nella condizione di saturazione del vapore);
  • un aumento di circa 10 K della temperatura di scarico del compressore;
  • una piccola riduzione di peso nella carica.

Anche Dupont ha presentato i dati dei test ottenuti con un banco espositore e un’unità di condensazione convertita ad R449A da R404A, sia a bassa temperatura (BT) che a temperatura normale (TN) a due condizioni ambiente, semplicemente adattando la valvola di espansione termica. Secondo i risultati di questa prova, l’ R449A mostra prestazioni migliori, rispetto a R404A, a dispetto del leggero aumento della temperatura di scarico del compressore.

La portata in massa relativa di refrigerante è anch’essa, quindi, diminuita, e questo potrebbe richiede una certa attenzione al dimensionamento in essere delle tubazioni quando si provvede ad un “ammodernamento” di un sistema di refrigerazione. Dai dati di uno degli impianti di prova, la portata massica è scesa del 15%, ed è aumentato di un punto il rapporto di compressione. Questo ha portato benefici in termini di efficienza energetica nell’ordine del 4/5%.

 

Dunque, per ora, sembrano esistere alternative efficienti ed a GWP inferiore per l’R404A, e sono già disponibili in commercio, e, mentre ne parliamo, sono già in sviluppo miscele A2L, leggermente infiammabili, alternative all’R404A, con GWP di 300 o meno.

Riferimenti:

  • European Parliament, “Regulation (EU) No 517/2014 of the European Parliament and of the Council on flourinated greenhouse gases,” Off. J. Eur. Union, no. L150, pp. 195–230, 2014.
  • W. Xudong and A. Karim, “AHRI low Global Warming Potential alternative refrigerants evaluation program (Low-GWP AREP) – summary of phase I testing results,” in 15 th International Refrigeration and Air Conditioning Conference at Purdue, 2014.
    DuPont e Honeywell Product information bulletin.

Questa invece è l'intervista che la rivista gli ha fatto:

Emiliano Baglioni, delegato della regione Toscana di Assofrigoristi e responsabile del gruppo di lavoro sulla PED del CTS di Assofrigoristi, indica alcuni fattori chiave di successo per l’adozione delle alternative all’R404A.

 

D. Perché è importante sostituire l’R404A con refrigeranti a basso GWP?

R. L’R404A è stato il refrigerante più usato nella refrigerazione, e, come abbiamo appreso recentemente, oltre il 50% della produzione mondiale è finito in atmosfera. Se vogliamno aggredire il problema del riscaldamento globale, dove noi operatori giochiamo un ruolo chiave, dobbiamo aggredire il problema del GWP. L’R404A ha un GWP di quasi 4000, il più alto tra i refrigeranti in uso, ed entro il 2018 non ce ne sarà più a sufficienza per le esigenze della nostra industria.

 

D. Come stai prendendo le decisioni per scegliere quale refrigerante adottare nelle soluzioni di retrofit?

R. La necessità di avere caratteristiche prestazionali simili è il primo dei criteri. L’R404A era molto flessibile per essere utilizzato sia per gli impianti BT che TN. Inoltre, bisogna cercare di ridurre al massimo il GWP. Dovremmo eliminare la parola “sostituzione”, perché, in realtà occorre sempre procedere ad adattare il sistema per portarlo alle prestazioni necessarie. Il retrofit non è mai completamente indolore. Per raggiungere le prestazioni attese (i fornitori dei gas vantano le eccezionali prestazioni per impianti ottimizzati nuovi), occorre fare verifiche puntuali e qualche adattamento.

 

D. Quali sono i refrigeranti per il retrofit che, dunque, ti vengono in mente?

R. I fornitori sono certamente in grado di guidarti nella selezione, ma occorre confrontarsi anche con il costruttore prima di prendere la decisione finale, in particolare per il compressore. Ci sono molti refrigeranti disponibili per dismettere l’R404A: dal R407F, a medio GWP, all’XP40 (R448A) e l’N40 (R449A), a minor GWP. Per il momento questi ultimi due sono la soluzione a più basso GWP sul mercato, ed hanno prestazioni simili all’R404A.

 

D. Quando si realizza un retrofit ci sono alcune questioni normative di cui tener conto. Quali?

R. Beh, si inizia dal verificare e contabilizzare la quantità di gas recuperata dall’impianto, che deve essere poi indicata sul registro e, al momento opportuno, dichiarata all’Ispra. Poi bisogna occuparsi dell’olio, che, in un retrofit, ha un’importanza fondamentale. L’olio recuperato ha tracce di refrigerante, quindi va trattato in modo opportuno per non disperderlo, ma stoccarlo in modo sicuro ed avviarlo allo smaltimento.

 

D. La carica di refrigerante cambia con il retrofit…

R. Per evitare ogni problema durante le operazioni di retrofit, è bene tener traccia delle prestazioni e dell’operatività dell’impianto prima di iniziare. La temperatura di scarico, la pressione di aspirazione, la temperatura di aspirazione, la corrente assorbita dal compressore ed il surriscaldamento. Inizialmente sarà bene seguire le raccomandazioni sulla carica fornite dal produttore, e solo successivamente fare gli aggiustamenti. Per determinare la temperatura di surriscaldamento, ricordiamoci di usare la pressione di saturazione. Per determinare, invece, la temperatura di saturazione per il calcolo del sottoraffreddamento, si usi la pressione di evaporazione.

 

D. Perché è importante il test di leakage, la verifica delle perdite?

R. La ricerca delle perdite è uno degli aspetti più importanti inseriti nella regolamentazione F-Gas per ottenere i risultati attesi dal regolamento stesso. Se il sistema non perde, non c’è bisogno del “cicchetto” di carica, e tutti ne guadagniamo in salute! Con un retrofit, quando il gas è stato estratto, si ha una grande opportunità di rimettere in pressione l’impianto. Con la sicurezza che non ci siano perdite, e questo consentirà, con le miscele non azeotropiche, di evitare perdite che vanno a penalizzare le prestazioni, e che farebbero perdere soldi al cliente in termini energetici. Fidarsi solo della ricerca perdite con gli schiumogeni sarebbe dispersivo e poco efficace: la ricerca perdite con un rilevatore adeguato porta ad una riduzione dei tempi e a una maggior affidabilità nel risultato.

 

D. Come si monitorano le prestazioni del sistema?

R. Questa è una delle cose più importanti per il retrofit, ed inizia con la verifica delle prestazioni quando il sistema sta ancora girando ad R404A. Tutte le variabili del ciclo vanno verificate e tracciate, in modo da stabilire il punto di riferimento.

 

D. Parliamo dell’importanza dell’etichettatura e tracciabilità del gas….

R. Il regolamento 517 per l’F-Gas ha cambiato le regole: non basta più segnare i chilogrammi di gas che si tolgono dal sistema, ma anche il GWP e le tonnellate di CO2 equivalente. Sono disponibili molti strumenti per questi calcoli. I numerosi refrigeranti disponibili sul mercato hanno posto questa necessità al centro del nostro lavoro perché, altrimenti, non si capirebbe più se siamo stati in grado di intervenire seriamente sulla riduzione dell’impatto sull’ambiente, la regola per la quale il cliente ci ha chiamato per il retrofit.

 

D. E’ importante smaltire correttamente il vecchio gas?

R. Prima di tutto si tratta di un obbligo legale, perché, come sappiamo, i refrigeranti sono classificati come rifiuti pericolosi. Poi, siccome la nuova F-Gas punta alla riduzione dell’impatto, è cruciale recuperare la quantità massima di vecchio refrigerante possibile, rigenerarlo e tornare a renderlo disponibile sul mercato. La riduzione del GWP è molto ripida, e le aziende produttrici del mercato stanno lavorando perché ritengono che non vi sarà sufficiente refrigerante rigenerato disponibile sul mercato: se facciamo bene il nostro lavoro, il limite del 2018 può essere affrontato con più serenità se recupereremo e rigenereremo quanto più gas possibile, riducendo i costi anche per il cliente finale!

Galleria immagini

I NOSTRI PARTNER