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CENTRO STUDI GALILEO

 

ELIMINAZIONE R-22:
DIFFERENZE TRA L'R-22 2 L'R-410A

S. Vishnubhatla, S. Madigan, M. Robinson - Danfoss

L’R-410A è una miscela azeotropica e presenta un glide di temperatura. Il glide dell’R-410A, risulta insignificante se paragonato con i glides di altre soluzioni di sostituzione dell’R-22 proposte. Questo articolo tratterà le differenze tra l’R-22 e l’R-410A, e riesaminerà anche le differenze importanti nei dispositivi e le procedure che i tecnici dovrebbero conoscere. Esaminiamo ora le ragioni e implicazioni pratiche.  

I principi basilari:

L’R-410A è un refrigerante molto utlizzato; il suo uso nei sistemi di aria condizionata è cresciuto fortemente nello scorso decennio. L’R-410A è una miscela 50:50 di R-32 e R-125, che non contiene cloro. Questo significa che il potenziale di assottigliamento dell’ozono (ODP) dell’R 410A è 0 per la miscela (paragonato a un ODP di 0.055 per l’R-22). Dall’altra parte, secondo l’American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE) 2006 Handbook-Refrigeration, l’R-410A ha un potenziale globale di riscaldamento (GWP) di 2.000, che è quindi più alto di quello dell’R-22 (GWP=1,700). Entrambi i refrigeranti hanno lo stesso numero di atomi di carbonio. La presenza totale di carbonio, anche chiamato impatto totale equivalente di riscaldamento (TEWI), comprende il potenziale diretto di riscaldamento dovuto ai refrigeranti e anche l’effetto indiretto del consumo di energia dei dispositivi. Quindi dal punto di vista del TEWI, l’R-410A funziona meglio dell’R-22 per le sue superiori proprietà a livello termodinamico.

Sono necessarie importanti variazioni su evaporatori, controlli, condensatori e altri componenti del sistema per adattare l’impianto alle caratteristiche dell’R-410A, per cui un compressore R-410A non può essere usato per sostituire un compressore R-22. Le pressioni dell’R-410A che sono a livelli più alti (50%-70% più alti dell’R-22), hanno bisogno di dispositivi e componenti in grado di sostenere tali pressioni; il funzionamento difettoso potrebbe avere conseguenze catastrofiche sui dispositivi del sistema, e compromettere il funzionamento del sistema e dei suoi componenti.  

Confronto delle pressioni di funzionamento

Usando le tipiche caratteristiche di un sistema R-410, il livello di soglia massima del pressostato di alta pressione è di 42 bar mentre quello di soglia di riarmo è intorno ai 34,5 bar.

Poiché le pressioni dell’R-410 A sono molto più elevate di quelle dell’R-22, qualsiasi strumento, calibro, manometri, flessibili, cilindri di recupero, strumenti o valvole di recupero, devono essere adatti per questo tipo di pressioni.

Viste le alte pressioni con cui funzionano i sistemi R-410 A, ci si potrebbe aspettare allo stesso modo un alto rapporto di compressione. In realtà il rapporto di compressione è lo stesso, oppure è leggermente più basso di un sistema con l’ R-22. Per definizione, il rapporto di compressione è il rapporto della pressione di compressione con la pressione d’aspirazione, dipende dalle pressioni relative reciproche e non dalle pressioni effettive. Pure sotto identiche condizioni di funzionamento, la temperatura di compressione di un sistema ad R-410 A potrebbe essere più bassa di quella di un sistema R-22. 

Proprietà termiche

Come è stato menzionato precedentemente, i rendimenti più alti che si ritrovano nel sistema a R-410A, derivano dal fatto che il refrigerante ha proprietà termiche superiori. Alcune proprietà termiche e fisiche proprie dell’R-410A sono state confrontate con quelle dell’R-22 nella tabella 1. Innanzitutto, i valori di calore specifico del liquido e del vapore dell’R-410A sono notevolmente più alti dell’R-22. Negli esempi forniti nella tabella 1, confrontando due refrigeranti alla stesse alte temperature, si nota come per trasferire la stessa quantità di calore l’R-410A abbia bisogno meno gradiente termico rispetto l’R-22. Questo fa sì che l’R-410 A renda molto efficiente il trasferimento di calore. La densità di vapore dell’R-410A risulta essere più alta perché funziona a livelli di pressione maggiori dell’R-22. Questo consente all’unità di funzionare a una portata volumetrica più bassa, che permette di utilizzare nel sistema un compressore più piccolo. La densità di vapore più alta dell’R-410A permette anche l’uso di condotti di aspirazione e di mandata più piccoli rispetto all’R-22. Il trasferimento di calore più alto dell’R-410A comporta dei grandi benefici nelle prestazioni degli evaporatori e condensatori. Questo offre la possibilità ai tecnici di utilizzare la capacità dell’R-410A per ridurre gli investimenti per gli evaporatori e condensatori , ottenendo la stessa prestazione dei sistemi che erano installati a R-22. Per esempio, come mostra la tabella 2, confrontando con temperature identiche di evaporazione e condensazione, si nota come un compressore con l’R-410 A non riesca a raggiungere lo stesso coefficiente di prestazione (COP) ottenuto da un compressore simile che usa l’R-22. Si potrebbe risolvere questo problema senza un aumento nel costo degli scambiatori di calore, con un evaporatore e un condensatore progettati accuratamente per il sistema R-410 A 

Punto critico di temperatura

Un’altra interessante considerazione per i progettisti di sistema e gli ingegneri di applicazioni è il punto critico di temperatura dei refrigeranti. L’R-410 A ha un punto critico di 70°C paragonato al 96°C dell’R-22. Questo potrebbe rappresentare un problema per i prodotti di raffreddamento ad aria presenti nei locali con alte temperature d’ambiente come il sud-ovest degli Stati Uniti o il sud Europa, dove i sistemi sono progettati per temperature che spesso toccano i 36°C o ancor di più. Quando un sistema è progettato con una differenziale di temperatura del refrigerante di 14°C, l’R-410A è soltanto a 20°C dal suo punto critico. Come viene mostrato nella figura 1, nel diagramma pressione – entalpia in un ambiente ad alta temperatura, l’R-410A ha la campana più stretta, cioè occupa meno spazio nel passaggio di stato rispetto all’R22. Studi precedenti sul tema hanno dimostrato che entrambi i refrigeranti presentano una diminuzione nella capacità del sistema quando la temperatura ambiente aumenta, e l’R-410 A risulta leggermente più sensibile dell’R-22 a questo fenomeno, fino a quando raggiunge una temperatura ambiente di circa 45°C. Al di sopra di questa temperatura la capacità di refrigerazione di un sistema R-410 A inizia a cadere rapidamente. Gli studi hanno anche comprovato che a queste temperature, l’R-410A subisce una caduta nella capacità relativa di raffreddamento che si aggira attorno ai 10% ed è superiore a quella dell’R-22. 

Lubrificante

Il poliestere sintetico (POE polyol ester) e il poliviniletere (PVE) usato con l’R410A sono maggiormente igroscopici dell’olio minerale e l’akalilbenzene usati in abbinamento all’R22. Perciò, quando si usa l’R-410 A, i tecnici devono chiudere il sistema non appena possibile e cambiare soventemente i filtri essiccatori. Quando si pensa di sostituire un sistema split residenziale R-22 con uno a R-410 A, i tubi di interconnessione originali possono essere usati per l’R-410A, puliti e purgati dall’olio lasciato dalle operazioni dell’R-22 (nota : i tecnici dovrebbero ricordarsi di dedicare un set di tubi flessibili, manometri, pompa del vuoto, recuperatore e contenitore dell’olio specifico per gli HFC idrofluorocarburi  quando si recupera il refrigerante o quando si cambia il refrigerante nel sistema).

In corrispondenza a un sistema a bassa pressione con R-410 A (lo scambiatore interno nella pompa di calore, oppure l’evaporatore) deve essere installato un lato di alta pressione (una unità condensante) dell’R-410 A. In alcuni casi, i fornitori di sistemi hanno progettato uno scambiatore interno adatto sia per l’R-22 che per l’R-410 A. Si tratta di uno scambiatore a serpentina approvato per entrambi , ma cambiando refrigerante si dovrà sostituire il dispositivo di espansione. I produttori di evaporatori tratteranno questi dettagli. Nel caso di sistemi split su una scala commerciale più grande, e in modo particolare quando l’unità di condensazione (il condensatore) è posto più in alto dell’evaporatore, l’uso di tubazioni di interconnessione usati originalmente per l’R-22 potranno rappresentare dei problemi se la sezione della linea d’aspirazione dell’R-22 risulta essere troppo grande e non adatto ad assicurare un adeguato ritorno dell’olio durante la fase operativa. Come nei sistemi split residenziali, sia il lato di alta che quello di bassa dovranno essere progettati per l’R-410A.