Dossier tecnico

Gas refrigeranti e inquinamento atmosferico: come sfruttare i nuovi FGas?

La crescente e costante richiesta di unità di condizionamento nel settore della climatizzazione immobiliare e della refrigerazione, ha comportato una diffusione velocissima di apparecchiature che devono rispondere a una serie di dettami specifici in termini di ecosostenibilità dei gas refrigeranti utilizzati.

Il Protocollo di Montreal del 1994 ha stabilito l’inutilizzabilità di sostanze nocive per l’ambiente e per l’atmosfera, concedendo transitoriamente la sola rigenerabilità degli stessi fino al 2014. Un passaggio netto a nuovi fluidi ecosostenibili, infatti, avrebbe potuto causare impatti economico-finanziari non indifferenti, se consideriamo anche che sarebbe stato necessario smantellare o modificare in modo importante numerosi impianti realizzati nel corso degli anni.

Bicold

I gas refrigeranti devono rispondere a una serie di specifiche tecniche, tra cui:

  • Non essere inquinanti;
  • Avere un basso costo;
  • Essere sicuri nelle fasi di produzione, trasporto ed utilizzo;
  • Possedere un’elevata densità sia allo stato liquido che gassoso;
  • Possedere un’elevata entalpia di evaporazione (funzione di stato definita come la somma dell'energia interna e del prodotto della pressione per il volume del sistema considerato).

Tra i fluidi che ad oggi risultano essere utilizzabili troviamo R23-R134A-R404A-R407C-R410A-R507-R508A.

Molte di queste sostanze hanno un impatto elevato sul riscaldamento globale ma non hanno potere ozono-lesivo e pertanto ne è concesso l’uso. Essi rientrano nella famiglia degli HFC, gli idrofluorocarburi, che sono totalmente privi di cloro e con i quali è stato possibile raggiungere l’obiettivo di ODP nullo (Ozone Depletion Potential: potere di danneggiamento dell’ozono). In questi fluidi l’idrogeno ha preso il posto del cloro, abbattendo pertanto la nocività dei refrigeranti. Questo comporta però un problema: se la quantità di idrogeno che compone la sostanza è rilevante, il fluido diventa infiammabile: alcuni HFC (R32, R143A e R152A) risultano pertanto infiammabili.

I fluidi frigoriferi, negli ultimi anni, hanno visto una notevole diffusione soprattutto nel settore della climatizzazione estiva e invernale, data l’enorme diffusione di sistemi di condizionamento con inversione di ciclo a pompa di calore, soprattutto a seguito della pubblicazione di alcune normative e leggi nazionali, tra cui si può citare il D.Lgs 28/2011, che prevede e impone lo sfruttamento di energie rinnovabili con le quali è possibile ridurre gli inquinanti immessi e tra le quali rientrano anche le pompe di calore.

I fluidi frigorigeni

Un fluido frigorigeno è un fluido che, trasformandosi da uno stato fisico a un altro, è in grado di sottrarre calore dall’ambiente con il quale è a contatto. Deve possedere una serie di caratteristiche intrinseche che ne permettano l'utilizzo come identificato nella tabella seguente.

FLUIDI FRIGORIFERI

Caratteristiche tecniche

Caratteristiche termodinamiche

  • Calore latente di vaporizzazione elevato per aumentare l’effetto frigorigeno per unità di massa
  • Temperatura critica elevata molto maggiore di quella di condensazione al fine di non penalizzare l’effetto utile
  • Temperatura di solidificazione bassa
  • Pressione di saturazione superiore a quella atmosferica per evitare l’ingresso di aria nel circuito
  • Volume specifico basso al fine di aumentare la potenzialità frigorifera ricavabile

Caratteristiche chimico-fisiche

  • Stabilità termica per non avere alterazioni all’aumento della temperatura
  • Stabilità chimica\ per evitare reattività con i componenti del circuito frigorifero
  • Solubilità con l’olio
  • Solubilità con l’acqua

Tabella 1 - Caratteristiche tecniche dei fluidi frigorigeni

I fluidi frigoriferi e l'effetto serra

I fluidi frigoriferi sono elementi che possono nuocere all’ambiente e sono sostanze responsabili delle problematiche legate all’effetto serra.

Ovviamente i refrigeranti moderni sono molto meno inquinanti rispetto ai fluidi utilizzati non molto tempo fa, e molto si sta facendo per produrre gas che risultino innocui a livello ambientale, pur garantendo prestazioni elevate a livello frigorifero. A tal proposito sono stati definiti alcun parametri che permettono di identificare il contributo che gli stessi hanno sul riscaldamento globale. Gli indici sono i seguenti:

  • II GWP (Global Warming Potential), che considera il contributo dovuto al solo refrigerante sull'effetto serra, quando esso si disperde nell'atmosfera. II GWP si riferisce al potenziale di riscaldamento dell'anidride carbonica (CO2) assunto pari ad 1.
  • L'HGWP (Halocarbon Global Warming Potential), un parametro simile al precedente ma riferito al potenziale di riscaldamento dell'R11, assunto pari ad 1, anziché a quello della C02.

In realtà, l'AFEAS (Alternative Fluorocarbon Environmental Acceptability Study), così come anche molti altri ricercatori, considerano questi parametri insufficienti per descrivere il contributo totale dei refrigeranti sull'effetto serra. Entrambi gli indici non valutano in termini assoluti quanto un determinato fluido possa inquinare durante tutte le fasi della propria vita, dalla produzione fino ad arrivare allo smaltimento dello stesso a fine vita. In tali indici, infatti, non vengono considerate le emissioni di CO2 a monte, ossia la quota parte di inquinanti immessi in atmosfera nelle fasi produttive degli stessi, oltre che l’impatto ambientale che si ha nella produzione di energia elettrica necessaria per il funzionamento delle stesse macchine che utilizzano i refrigeranti.

Per definire con maggior completezza il contributo totale dei refrigeranti sull'effetto serra, è stato perciò introdotto un nuovo parametro denominato TEWI (Total Equivalent Warming Impact: Impatto Totale Equivalente sul Riscaldamento).

Esso tiene conto non solo degli effetti diretti del refrigerante, ma anche di quelli indiretti dovuti alle emissioni di CO2 per la produzione di energia in centrale, valutando l’intero ciclo di vita.

La determinazione del TEWI può essere effettuata grazie all’adozione di una formula che considera la somma delle fughe di refrigerante, trasformando il valore in una quantità equivalente di emissioni di CO2 e l'emissione di CO2 in centrale dovuta all'energia utilizzata dalla macchina nel corso della propria vita operativa. Il risultato sarà espresso in kilogrammi di CO2.

EWI = [(M x GWP) + (a x E)| x L

Dove M massa del refrigerante disperso, dovuto alle perdite [kg/anno]
GWP Potenziale di Riscaldamento Globale del refrigerante [kg C02/kg]
a Fattore di conversione dell'energia in C02 [kgC02/kWh]
E energia utilizzata dalla macchina in un anno [kWh/anno]
L vita operativa stimata della macchina [anni]

Ovviamente nel ciclo di vita di una macchina la quota parte più alta di emissioni di CO2 spetta alla produzione di energia elettrica. Da tale affermazione si può dedurre pertanto che tanto più alto è il COP (Coefficient Of Performance) della macchina, tanto minore è la produzione di inquinanti immessa in ambiente.

La dichiarazione F-GAS

Il Decreto Del Presidente Della Repubblica 27 gennaio 2012, n. 43, recante il Regolamento di attuazione del regolamento (CE) n. 842/2006 su taluni gas fluorurati ad effetto serra, all’art. 16, comma 1, prescrive che entro il 31 Maggio di ogni anno gli operatori delle applicazioni fisse di refrigerazione, condizionamento d’aria, pompe di calore, nonché dei sistemi fissi di protezione antincendio contenenti 3 kg o più di gas fluorurati ad effetto serra debbano presentare al Ministero dell’ambiente e della tutela del territorio e del mare, per il tramite dell’Istituto superiore per la protezione e la ricerca ambientale (ISPRA), una dichiarazione contenente informazioni riguardanti la quantità di emissioni in atmosfera di gas fluorurati relativi all’anno precedente sulla base dei dati contenuti nel relativo registro di impianto.

Non sono soggette alla Dichiarazione FGas le apparecchiature usate in tutte le modalità di trasporto, tra cui le apparecchiature di refrigerazione installate su navi, treni, aerei, camion o similari e anche tutte le apparecchiature presenti per esempio nelle officine e utilizzate per la ricarica dei condizionatori dei mezzi di trasporto.

Si precisa che la dichiarazione richiede la comunicazione del numero di apparecchiature e non dei circuiti eventualmente presenti nella medesima apparecchiatura.

La Dichiarazione FGas deve essere compilata sulla base delle informazioni contenute nei Registri d’Impianto e trasmessa on-line attraverso la rete SINAnet dell’Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA), previo accesso al sistema. La procedura informatica permette la compilazione della dichiarazione conforme al formato di cui all’avviso riportato in Gazzetta Ufficiale.

La mancata, incompleta o inesatta trasmissione della dichiarazione F-GAS, comporta, ai sensi del D.Lgs 5 marzo 2013, n. 26 “Disciplina sanzionatoria per la violazione delle disposizioni di cui al Regolamento (CE) n.842/2006 su taluni gas fluorurati a effetto serra”, sanzioni amministrative pecuniarie per un importo compreso tra 1.000,00 Euro e 10.000,00 Euro (art. 6, commi 3 e 4).

Obblighi a carico dell'operatore

L’art. 2, paragrafo 6, del regolamento (CE) n. 842/2006, definisce operatore il proprietario dell’apparecchiatura o dell’impianto qualora non abbia delegato ad una terza persona l’effettivo controllo sul funzionamento tecnico degli stessi. L’operatore ha una serie di obblighi che devono essere rispettati e che vengono riassunti nello schema seguente:

Obblighi dell'operatore

Garantisce la corretta installazione, manutenzione o riparazione dell’apparecchiatura o dell’impianto

Installazione e manutenzione o riparazione dell’apparecchiatura o dell’impianto devono essere eseguite da personale o imprese in possesso di un certificato appropriato ai sensi dei Regolamenti (CE) n. 303/2008 e n. 304/2008.

Previene e ripara le perdite

Tutti gli operatori di apparecchiature fisse di refrigerazione, condizionamento d’aria, pompe di calore, a prescindere dalla quantità di refrigerante o estinguente contenuto, hanno l’obbligo di prevenire le perdite e ripararle non appena possibile. Inoltre, l’operatore deve assicurare che, dopo la riparazione, venga effettuata una prova di tenuta. Infine dev’essere eseguito un controllo di verifica entro 1 mese dalla data della riparazione.

Controlla le perdite

Le apparecchiature in funzione o temporaneamente fuori servizio contenenti 3 kg o più (o 6 kg nel caso di sistemi ermeticamente sigillati etichettati come tali) di gas fluorurati come refrigerante devono essere controllate a intervalli regolari come indicato di seguito:

Apparecchiature contenenti

Frequenza dei controlli

Sistema rilevamento perdite

3 ≤ kg di F-gas < 30

1 volta all’anno

No

30 ≤ kg di F-gas < 300

1 volta ogni 6 mesi

NO

≥ 300 kg di F-gas

1 volta ogni 3 mesi

SI[1]

[1] con obbligo di controllo almeno una volta all’anno per accertarne il corretto funzionamento

LL'operatore dell'apparecchiatura deve assicurare che il controllo sia eseguito da personale certificato.
In caso di apparecchiature di nuova installazione, immediatamente dopo la loro messa in funzione, il personale certificato deve effettuare un controllo in base ai requisiti standard di controllo delle perdite.

Installare sistemi di rilevamento delle perdite

Le apparecchiature che hanno un contenuto uguale o superiore a 300 kg di gas fluorurati, devono essere dotate di un sistema fisso di rilevamento delle perdite, che avverta l'operatore in caso di perdita. Il corretto funzionamento del sistema di rilevamento delle perdite va controllato come minimo una volta ogni 12 mesi.

Gli operatori delle apparecchiature contenenti meno di 300 kg di gas fluorurati possono installare un sistema di rilevamento delle perdite. Le apparecchiature con sistemi appropriati di rilevamento delle perdite correttamente funzionanti, che avvertono l'operatore in caso di perdita, sono sottoposte a controlli meno frequenti.

Recuperare il refrigerante e/o estinguente

Gli operatori devono predisporre il corretto recupero, ossia la raccolta e lo stoccaggio, dei gas fluorurati usati come refrigeranti o estinguenti, dalle apparecchiature fisse di refrigerazione, condizionamento di aria, pompe di calore e sistemi di protezione antincendio, al fine di assicurarne il riciclaggio, la rigenerazione o la distruzione. Quest’attività deve essere svolta da personale certificato e deve avvenire prima dello smaltimento definitivo dell’apparecchiatura e, se opportuno, durante le operazioni di manutenzione o di riparazione.

Registri

Gli operatori delle apparecchiature contenenti 3 kg o più di FGas devono tenere i seguenti registri:

  • Registro del Sistema previsto dal Regolamento (CE) n. 1497/2007 della Commissione relativamente ai sistemi di protezione antincendio fissi;
  • Registro dell’Apparecchiatura previsto dal Regolamento (CE) n. 1516/2007 della Commissione relativamente alle apparecchiature fisse di refrigerazione, condizionamento di aria e pompe di calore.

Il caso Bicold: un impianto di condizionamento a propano R290 presso lo stabilimento farmaceutico ROCHE

Bicold Engineering Srl da sempre realizza prodotti nel rispetto dell’ambiente e del risparmio energetico in sintonia con direttive e normative comunitarie e ponendo la sua attenzione sui problemi legati all’impatto ambientale.

La ricerca di nuovi refrigeranti a basso impatto ambientale, la limitazione all’utilizzo e la tassazione per ragioni ambientali su alcuni refrigeranti sintetici, hanno fatto guadagnare al propano (R290) una alternativa naturale ai tradizionali gas refrigeranti (CFC-HCFC-HFC), ad alto coefficiente di GWP (Global Warning Potential).

Il propano (R290), come gas refrigerante, non è penalizzato da restrizioni o regolamenti che ne limitino l’uso, in questo modo può essere utilizzato per le seguenti applicazioni:

  • Refrigerazione commerciale (negozi, minimarket e supermarket)
  • Refrigerazione industriale (centri logistici del freddo e industria alimentare)
  • Catering (Ristorazione)
  • Condizionamento comfort
  • Processo industriale
  • Applicazioni speciali

Il caso Bicold

Impianto di condizionamento presso stabilimento farmaceutico ROCHE

  • Luogo Lisbona (Portogallo)
  • Applicazione: condizionamento
  • Soluzione green a basso impatto ambientale

Progetto:

  • Sostituzione di due chiller con refrigerante R410A con due unità a propano R290
  • Riduzione del GWP da un valore di 2088 (R410A) a 3 (R290)
  • Bassa carica di refrigerante circa il 50% in meno rispetto alla soluzione in R410A

Modello utilizzato: CHR 290-1065

  • Potenza frigorifera: 65 kW cadauna
  • Potenza totale installata 130 kW
  • Temperatura acqua +12°/+7°C
  • Temperatura Ambiente +35°C
  • Compressore semi ermetico a pistoni certificato Atex
  • Sensore propano vano compressore Atex
  • Ventilatore estrazione vano compressore Atex
  • Condensatori del tipo a batteria con tubo in rame e alette in alluminio ad alta efficienza
  • Ventilatori assiali a basso numero di giri e alta efficienza
  • Controllo velocità ventilatori attraverso un regolatore di giri
  • Scambiatore rigenerativo a piastre saldobrasate in acciaio inox AISI 316 per una maggior protezione del compressore e per aumentare le performance del sistema
  • Evaporatore a piastre saldobrasate in acciaio inox AISI 316
  • Circuito frigorifero: valvola di espansione con funzione MOP, filtro deidratatore, indicatore di passaggio e umidità, pressostati di alta e bassa pressione e valvola di sicurezza
  • Modulo idronico completo di serbatoio con 300 litri accumulo, pompa e vaso espansione
  • Flussostato e filtro acqua
  • Controllo elettronico a microprocessore
  • Quadro elettrico Atex IP66
  • Carpenterie in lamiera di acciaio al carbonio zincata
  • Verniciatura a forno con polveri epossidiche per assicurare la migliore resistenza agli agenti atmosferici
  • Colore: RAL 7035
  • Piedi antivibranti

Bicold