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L’USO DEI
REFRIGERANTI E LA
RIDUZIONE DELLE EMISSIONI
NEGLI STATI UNITI NEL 2008
IMPORTANZA DELLA FORMAZIONE E DEL TECNICO DELL'ENERGIA
Mark Menzer, Xudong Wang
AHRI
conta 350 membri che rappresentano più del 90 per
cento delle aziende di condizionamento residenziale e commerciale e
riscaldamento del nord america.
Le attività principali sono lo sviluppo di standard di
prodotto, amministrazione delle performance dei prodotti con programmi di
certificazione e ricerche tecnologiche.
Il mercato HVACR negli Stati Uniti è
unico. Sia le norme edilizie tradizionali, sia lo stile di vita hanno portato
all’utilizzo di apparecchi ed impianti di riscaldamento e refrigerazione, a
volte diversi dal resto del mondo.
Gli americani, per esempio, tendono a fare la spesa
di prodotti alimentari soltanto una o due volte alla settimana, e il cibo viene
conservato per periodi ancor più lunghi, per questo la necessità di
refrigeratori più grossi. La carica refrigerante (mediamente intorno a
La maggior parte delle case negli Stati
Uniti utilizzano comodi sistemi di condizionamento centralizzati, generalmente
sia per riscaldare sia per raffreddare. I dati del governo statunitense mostrano
che i due terzi di tutte le case negli Stati Uniti possiedono condizionatori
d’aria centralizzati, e che il 90% circa degli edifici per famiglie singole o
multi famigliari, costruiti dopo il 2004,
dispongono
di impianti d’aria condizionata. I condizionatori d’aria usano circa il 5 % di
tutta l’elettricità prodotta negli Stati Uniti. Nelle case ed edifici dove i
condizionatori non sono stati originariamente installati o che tuttora non
possono esserlo, vengono comunemente usati dei condizionatori d’aria da camera o
da finestra. I sistemi
senza canalizzazioni anche chiamati minisplit per l’aria condizionata, frequenti
nella maggior parte del mondo, lo sono stati meno negli Stati Uniti, sebbene un
po’ di più negli ultimi anni.
L’applicazione comune
per
le case con sistemi di riscaldamento “non canalizzati” è costituita da sistemi
aggiunti tipo retrofit, come ad esempio case che hanno dispositivi di
riscaldamento a trasmissione di calore per circolazione chiusa di fluido
(riscaldamento ad
acqua calda). Negli Stati Uniti, una buona parte delle case è riscaldata sia da
impianti di riscaldamento ad aria calda sia da caldaie. Comuni sono anche i
sistemi split reversibili a pompa di calore, con o senza dispositivi
supplementari di riscaldamento. Circa il 29% delle case singole e il 35% di
unità negli edifici multi familiari, costruiti nell’arco degli ultimi 5 anni,
possiedono impianti a pompa di calore. Questi impianti hanno usato tipicamente
l’HCFC-22
e quelli nuovi stanno
passando all’utilizzo dell’ HFC-410A,
ma
soltanto un terzo
dei prodotti attuali controllati contengono 410A.
Negli edifici commerciali si usano una varietà di impianti di
riscaldamento e refrigerazione. Ci sono molti dispositivi ad aria-aria, tipo
roftop, gli impianti monoblocchi a parete , e gli impianti monoblocco verticali.
Tutti questi dispositivi hanno usato l’HCFC-22. Le Le unità a pompe di calore ad
acqua hanno aumentato la loro diffusione, dato che sono dotate di piccole unità.
Nei grandi edifici prevalgono i raffreddatori ad acqua - chiller. I
raffreddatori chiller ad alta pressione usano l’HCFC-22 e l’HFC-134a, mentre
quelli a bassa pressione utilizzano l’HCFC-123. Nella fig. 1 è illustrato lo
spaccato del consumo di energia dei dispositivi di raffreddamento commerciale.
Le unità d’aria condizionata compatte (in modo particolare quelle rooftop)
consumano più della metà dell’energia totale nel settore della refrigerazione
commerciale. I chiller usano il 31% dell’energia totale del settore della
refrigerazione commerciale.
Complessivamente, in USA il
condizionatore d’aria residenziale e commerciale ha fatto molto affidamento
sull’HCFC-22. Tuttavia, con il Clean Air Act, la produzione e l’importazione di
nuovi impianti che utilizzano l’HCFC-22, si fermerà negli Stati Uniti entro il
1° gennaio 2010. La produzione e importazione dell’HCFC-22 sarà interamente
proibita negli Stati Uniti, a partire dal 1° gennaio 2020. Una volta che questo
succederà, saranno disponibili soltanto delle quantità riciclate, recuperate
oppure delle scorte dell’HCFC-22, per la manutenzione degli impianti
in uso. Ci si aspetta pertanto che la disponibilità
dell’HCFC-22 diminuisca, e che aumenti, assieme al prezzo, anche il costo
dell’assistenza e della manutenzione per i vecchi impianti in uso a HCFC-22. La
tabella 1 mostra una lista dei tipi di refrigerante più comuni, usati per i
diversi tipi di impianti, e il previsto refrigerante sostitutivo, inoltre dalla
tabella emerge che la maggior parte degli impianti stanno o verranno modificati
con l’HFC-134a, R-410A oppure R-407C[7].
Tab. 1: Refrigeranti correnti e futuri [7]
|
Tipo di impianto |
Refrigerante Tradizionale |
Refrigeranti sostitutivi |
|
CHILLER CON COMPRESSORE A VITE |
HCFC-22 |
R407C, HFC-134 a |
|
CHILLER CON COMPRESSORE SCROLL |
HCFC-22 |
R407C, R-410° |
|
CHILLER CON COMPRESSORE ALTERNATIVO |
HCFC-22 |
R-407C, R-410 A |
|
CHILLER AD ASSORBIMENTO |
R-718 (acqua) |
R-718 |
|
CHILLER CON COMPRESSORE CENTRIFUGO |
CFC-11,CFC-12 |
HFC-134 a, HCFC-123 |
|
IMPIANTI COMPATTI |
HCFC-22 |
R-407,R-410 |
|
POMPE DI CALORE |
HCFC-22 |
R-407C, R-410 |
|
UNITà TERMINALI COMPATTE |
HCFC-22 |
R-407,R-410 |
|
UNITA’ CONDIZIONAMENTO GENERICHE |
HCFC-22 |
R-407C, R-410 |
Refrigeranti e impianti
alternativi:
Negli Stati Uniti, i ricercatori appartenenti al mondo
accademico e industriale stanno compiendo grandi sforzi per trovare e
implementare dei refrigeranti alternativi a basso GWP per il settore del
condizionamento e della refrigerazione. I produttori di refrigeranti, DuPont e
Honeywell, stanno lavorando strettamente con le case automobilistiche per lo
sviluppo e la commercializzazione di un refrigerante a basso potenziale di
riscaldamento globale (GWP), idrofluoro-olefine (HFO)-1234 yf. HFO-1234yf ha
soltanto un potenziale di 100 anni di riscaldamento globale di 4 e ha zero
potenziale di impoverimento dell’ozono ODP. Gli studi sulla sua tossicità,
infiammabilità, compatibilità con i materiali, prestazioni dell’impianto e
influenza del ciclo vitale sul clima mostrano la possibilità ad essere
implementato nelle applicazioni automobilistiche e stazionarie dei sistemi di
refrigerazione, condizionamenti e pompe di calore, in sospeso invece è il
completamento delle verifiche sui rischi.
I test sulle prestazioni sono stati
condotti per le applicazioni automobilistiche, ma devono ancora iniziare per gli
impianti fissi. Tradizionalmente, gli idrocarburi, l’ammoniaca e l’anidride
carbonica sono conosciuti come refrigeranti a basso GWP. L’ammoniaca è usata
negli Stati Uniti per molte applicazioni di refrigerazione a bassa
e media temperatura. Il rendimento del sistema e la
sicurezza, costituisce una grande barriera nell’uso di questi refrigeranti a
basso GWP negli Stati Uniti. I refrigeranti idrocarburi sono infiammabili,
l’anidride carbonica può essere potenzialmente letale quando la concentrazione è
alta, inoltre, specialmente quando la temperatura di condensazione è vicina alla
sua temperatura critica, mostra un basso rendimento. Gli impianti a circuito
secondario possono costituire un’opzione promettente per risolvere questi
problemi. Sono in atto studi su come usare in sicurezza questi refrigeranti e
migliorare il rendimento dell’impianto.
Attività per minimizzare le
emissioni:
Nonostante gli Stati Uniti non abbia firmato l’Accordo del
Protocollo di Kyoto sul cambiamento climatico si sono impegnati ugualmente a
ridurre del 18% l’intensità dei gas a effetto serra, prodotti dall’industria
americana entro 10 anni, dal 2002 al 2012. Sforzi sono stati fatti per diminuire
sia le emissioni dirette sia indirette. Molte regolamentazioni, iniziative
volontarie e programmi basati su incentivi, aiuteranno gli Stati Uniti a
raggiungere questo obiettivo.
Regolamenti:
Dato che, per la maggior parte delle
applicazioni HVACR, le emissioni indirette (del consumo elettrico del
compressore) sorpassano di gran lunga le emissioni dirette, impianti con più
alto rendimento possono condurre a più basse emissioni di gas a effetto serra (GHG),
per molti anni, gli impianti HVAC negli Stati Uniti, sono stati soggetti a
standard di efficienza minima. La maggior parte dei rendimenti sono stati
fissati dal
Governo Federale o dall’American Society of Heating,
Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), attraverso la loro
normativa 90.1. L’efficienza energetica dei condizionatori d’aria residenziali
centralizzati
è aumentata notevolmente.
La fig. 2 mostra la media
dell’efficienza ponderata media stagionale, anche chiamato SEER, dal 1970 al
2006.
Dalla promulgazione del National Appliance Energy
Conservation Act (NAEC) nel 1987, è aumentato del 45%.
Gli attuali standard minimi nel settore
residenziale sono 13 SEER per i condizionatori split e gli impianti di
condizionamento compatti, 13 SEER e 7.7 HSPF (efficienza stagionale in
riscaldamento) per gli impianti split e le pompe di calore monoblocco, entrati
in vigore nel gennaio 2006. Nel dicembre del 2007, il Presidente Bush ha firmato
l’Atto dell’Indipendenza e Sicurezza energetica (Energy Indipendence and
Security Act), affidando al Department of Energy (DOE), l’autorità di stabilire
le normative regionali (sono state definite tre zone geografiche per il
raffreddamento e due per il riscaldamento) per gli impianti di riscaldamento
residenziali e gli impianti d’aria condizionata centralizzati. Le norme possono
fissare livelli minimi di rendimento basati sulle differenze climatiche
regionali.
Figura 2:
Cambiamento della media SEER delle unità residenziali centralizzate (sono
dedotti i dati antecedenti al 1981)
Nello sforzo di ridurre le emissioni di refrigerante l’Ente
della Protezione Ambientale, Environmental Protection Agency (EPA), ha ordinato
la riparazione o la sostituzione delle apparecchiature che producono emissioni
al di sopra del massimo consentito. In più, si sono stabilite delle regole per
il recupero e il riutilizzo dei refrigeranti.
Iniziative:
Del settore HVACR&R, fanno parte le iniziative della
Clean Energy-Environment State Partnership, Climate Leaders Program, Combined
Heat and Power (CHP) Partnership, ENERGY STAR Program, Green Power Partnership,
High GWP Gas Voluntary Programs and Voluntary Greenhouse Gas Reporting Program
lanciate dall’EPA e dal DOE.
Il
governo federale ha anche proposto un budget di incentivi energetici sulle
imposte di 3.6 miliardi di dollari per oltre 5 anni iniziando dal 2006, per
promuovere l’uso di energia più pulita e rinnovabile, e di tecnologie
energetiche efficienti capaci di ridurre le emissioni dei gas a effetto serra.
L’EPA e il DOE hanno lanciato un programma, Energy Star
Building, per promuovere gli edifici ad alto rendimento energetico. Le case
energetiche del piano Energy Star sono energeticamente più efficienti almeno del
15% delle case costruite secondo il codice internazionale del 2004 (IRC), e
includono caratteristiche di risparmio energetico addizionale, che le rendono
più efficienti del 20-30% rispetto alle case nornali. Nel frattempo, il sistema
di classificazione degli Stati Uniti, Green Building Council, ha condotto dei
progetti per promuovere l’edilizia sostenibile. Sono stati assegnati dei punti
all’edilizia che utilizza refrigeranti a alto rendimento, a basso ODP/GWP, e/o
impianti a basse perdite.
Ad agosto 2008, si contavano in tutto il mondo circa 1.737 progetti certificati
LEED, di questi 1536 negli Stati Uniti.
Come
è stato detto precedentemente, con le normative sull’efficienza energetica
minima e queste iniziative, si ridurrà effettivamente l’impatto delle emissioni
indirette di gas ad effetto serra che sono associate con le emissioni
(soprattutto di anidride carbonica) per la produzione dell’energia richiesta per
far funzionare gli impianti. Nel settore HVAC&R, le emissioni indirette possono
superare quelle dirette che avvengono per funzionamento difettoso degli
impianti, per perdite e durante l’operazione di spurgo, oppure durante le
operazioni di manutenzione e smaltimento.
E’
essenziale quindi una buona preparazione dei tecnici per ridurre le emissioni
dirette di refrigerante durante le operazioni di manutenzione. Negli Stati
Uniti, i tecnici devono essere abilitati, devono superare un test che verifica
la capacità di maneggiare correttamente i refrigeranti e le conoscenze inerenti
alle regolazioni su questi, dettate dall’EPA, relative alla riparazione e alla
manutenzione degli impianti. EPA ha inoltre avviato un programma chiamato
Appliance Disposal Program (RAD). I partner RAD garantiscono che i refrigeranti,
di vecchi refrigeratori o condizionatori d’aria, vengano recuperati,
riutilizzati o distrutti. Un’altra iniziativa è
Attività Future
Sono state inoltrate
alcune proposte al congresso degli Stati Uniti, per indirizzare l’emissione dei
gas a riscaldamento globale, ma nessuna di queste è stata ancora messa in atto.
Ciò che ci si aspetta è che vengano introdotte e concretizzate delle limitazioni
e programmi di commercio per i gas ad effetto serra .
In
più, l’Air-Conditioning, Heating, and Refrigeration Institute ha proposto un
programma chiamato Refrigerant Management
USA, per fornire incentivi alle società che
consegnano refrigeranti usati per il recupero o la distruzione. I fondi per
questi incentivi deriverebbero da un’imposta sui nuovi refrigeranti prodotti o
importati negli Stati Uniti. L’industria sta lavorando con l’ASHRAE per
riesaminare la norma 147 ASHRAE, sulla riduzione delle perdite di refrigeranti
alogenati dai sistemi ed impianti di refrigerazione e condizionamento. Ci si
aspetta che la nuova normativa stabilisca il controllo di ogni apparecchiatura
contenente del refrigerante, mediante dei test di controllo delle perdite. I
produttori stanno progettando un’apparecchiatura con refrigeranti a volume
minore e perdite nulle.
L’uso di impianti a refrigeranti secondari, particolarmente nei supermercati,
porterà ad
una quantità più bassa di emissioni di refrigerante.
Conclusioni
Gli impianti HVACR di
compressione di vapore si sono diffusi negli Stati Uniti. Molti di questi
impianti che hanno fatto affidamento sull’HCFC-22 oppure sull’HCFCs, stanno
gradualmente scomparendo. Oltre ai refrigeranti a zero distruzione dell’ozono, i
produttori stanno valutando altre forme alternative, che includono i
refrigeranti a basso-GWP. Riconoscendo l’importanza di minimizzare sia le
emissioni dirette sia quelle indirette dei gas a riscaldamento globale, gli
Stati Uniti hanno stabilito un certo numero di regolamenti, norme e programmi di
incentivi per raggiungere questo obiettivo.
Riferimenti
1.
Sito web U.S.
Census Bureau: http://www.census.gov
2.
Sito web U.S.
Department of Energy: http://www.doe.gov
3.
sito web EPA:
http://www.epa.gov
4.
B. Minor and
M. Spatz, HFO-1234yf Low GWP Refrigerant Update, International Refrigeration and
Air-conditioning Conference at Purdue, July 2008
5.
Energy Star sito
web: http://www.energystar.gov
6.
Sito web U.S.
Green Building Council: http://www.usgbc.org
7.
D. Westphalen and
S. Koszalinski,
Energy Consumption Characteristics of
8.
Statistic data,
Air-conditioning, Heating and Refrigeration Institute