Tipi di refrigerante comuni usati nei refrigeratori

I refrigeranti nei refrigeratori operano all'interno di un ciclo di refrigerazione, in genere compressione o assorbimento di vapore, in cui la transizione tra stati liquidi e gas per spostare il calore dal processo all'ambiente. La scelta del refrigerante dipende da fattori come la capacità di raffreddamento, l'impatto ambientale, la sicurezza, i costi e la progettazione del sistema. Mentre nessun singolo refrigerante è perfetto per ogni scenario, molti si distinguono come ampiamente utilizzati nelle piante refrigerate a causa della loro efficienza e adattabilità. La spinta globale per ridurre le emissioni di gas a effetto serra e l'esaurimento dell'ozono ha portato a eliminare le elastiche dei refrigeranti, guidando l'innovazione in alternative a basso potenziale di riscaldamento globale (GWP) e alternative di esaurimento dell'ozone zero (ODP).

Tipi di refrigerante comuni e le loro caratteristiche

Di seguito è riportato una rottura dettagliata dei refrigeranti più differiti nei sistemi refrigerati, organizzati per tipo, proprietà e applicazioni. Questa sezione include una tabella per chiarezza e copre l'uso sia attuale che storico, riflettendo il passaggio a opzioni sostenibili.

Acqua (R718)

• Proprietà: L'acqua è un refrigerante naturale con eccellente conducibilità termica, un'alta capacità di assorbimento del calore e un punto di ebollizione di 100 ° C di 212 ° F a pressione standard.
• Vantaggi: È non tossico, ampiamente disponibile, economico e rispettoso dell'ambiente, senza ODP o GWP. La sua abbondanza lo rende una soluzione a basso costo per i sistemi di grandi dimensioni.
• Inconvenienti: La sua efficienza è sensibile alle temperature ambiente e può corrodere i componenti del sistema, aumentando i costi di manutenzione. L'acqua è impraticabile per i refrigeratori di compressione vapore a causa del suo elevato punto di ebollizione e viene utilizzata principalmente nei refrigeratori di assorbimento con una fonte di calore come vapore o acqua calda.
• Applicazioni: Si trova comunemente nei refrigeratori di assorbimento su larga scala per i processi industriali in cui è disponibile il calore dei rifiuti, come nelle piante chimiche o nei sistemi di raffreddamento distrettuale. È meno comune nei sistemi di compressione vapore dovuta a limitazioni operative.

R134A (HFC)

• Proprietà: Un idrofluorocarburo (HFC) con caratteristiche termiche stabili, bassa tossicità e un punto di ebollizione di -15 ° F (-26 ° C). È non corrosivo e non infiammabile.
• Vantaggi: Ampiamente utilizzato a causa della sua affidabilità e dell'ODP minimo, rendendolo un'alternativa più sicura ai refrigeranti più anziani come R12. È efficace nel raffreddamento a media temperatura e compatibile con i sistemi esistenti.
• Inconvenienti: Il suo GWP di 1.430 contribuisce alle emissioni di gas a effetto serra, portando a una fase di fase in base a accordi come l'emendamento Kigali al protocollo di Montreal. Viene anche sostituito in alcune regioni a causa di preoccupazioni ambientali.
• Applicazioni: Popolare nell'aria condizionata automobilistica, refrigeratori commerciali e sistemi industriali, sebbene il suo utilizzo sia in calo a favore delle opzioni a basso contenuto di GWP. Si trova spesso nei refrigeratori di medie dimensioni per le applicazioni HVAC.

R407C (Miscela HFC)

• Proprietà: Una miscela di R32, R125 e R134A, con un punto di ebollizione di -46 ° F (-43 ° C) e un GWP di 1.774.
• Vantaggi: Una capacità di raffreddamento inferiore rispetto a R410A ma meno costosa e più ecologica di R22, con zero ODP. È spesso usato come retrofit per i sistemi R22, offrendo compatibilità con le apparecchiature esistenti.
• Inconvenienti: Ha ancora un GWP significativo e le sue prestazioni sono leggermente meno robuste di R410A, che richiedono un'attenta progettazione del sistema.
• Applicazioni: Usato come retrofit R22 in aria condizionata e refrigeratori industriali di medie dimensioni, in particolare nelle regioni che passano lontano dagli HCFC.

R404A (miscela HFC)

• Proprietà: Una miscela di R125, R143A e R134A, con un punto di ebollizione di -51 ° F (-46 ° C) e un GWP di 3.922.
• Vantaggi: Efficace per applicazioni a bassa e media temperatura, fungendo da sostituzione per CFC e HCFC più vecchi. Offre un'alta efficienza nei sistemi di deposito a freddo e congelatore.
• Inconvenienti: GWP estremamente elevato ne limita il suo uso futuro, con e-uscite che accelerano a livello globale ai sensi delle normative ambientali. È anche più costoso da gestire a causa del suo impatto ambientale.
• Applicazioni: Trovato nella refrigerazione commerciale e in alcuni refrigeratori industriali, in particolare a freddo, ma sono soppiantati da alternative come R448A a causa della pressione normativa.

R717 (ammoniaca)

• Proprietà: Un refrigerante senza alogeno con un punto di ebollizione di -28 ° F (-33 ° C) e la più alta capacità di assorbimento del calore per volume tra i refrigeranti comuni.
• Vantaggi: Altamente efficiente, con proprietà termiche stabili, un GWP di 0 e nessun ODP. Il suo forte odore aiuta a rilevare le perdite ed è economico per i sistemi di grandi dimensioni.
• Inconvenienti: Tossico e infiammabile, che richiede un'attenta gestione e misure di sicurezza robuste. È corrosivo per il rame, limitando le scelte di materiale e aumentando i costi di installazione.
• Applicazioni: Dominante in grandi piante refrigerate industriali, come la trasformazione degli alimenti, la conservazione a freddo e la produzione chimica, dove la sua efficienza supera i problemi di sicurezza. È particolarmente adatto per i sistemi con grandi carichi di raffreddamento.

R410A (miscela HFC)

• Proprietà: Una miscela di R32 e R125, non infiammabile, con un punto di ebollizione di -61 ° F (-52 ° C) e un GWP di 2.088.
• Vantaggi: Alta capacità di raffreddamento ed efficienza, rendendolo una sostituzione comune per R22 in aria condizionata e refrigeratori. Funziona a pressioni più elevate, migliorando il trasferimento di calore.
• Inconvenienti: Elevato GWP guida la sua fase e richiede pressioni operative più elevate rispetto ad alcune alternative, aumentando i costi di sistema.
• Applicazioni: Ampiamente utilizzato nei refrigeratori HVAC commerciali e nei sistemi industriali più piccoli, sebbene sia in corso la transizione a opzioni GWP inferiore, in particolare con i divieti imminenti in alcune regioni entro il 2025.

R744 (anidride carbonica, CO2)

• Proprietà: Un refrigerante naturale con un punto di ebollizione di -109 ° F (-78 ° C) a pressione standard, non infiammabile e non tossico a basse concentrazioni.
• Vantaggi: Ecologico con un GWP di 1 e zero ODP. È abbondante e si comporta bene nei cicli transcritici, offrendo un'elevata efficienza di trasferimento di calore.
• Inconvenienti: Richiede sistemi ad alta pressione (fino a 4.000 psi), aumentando i costi di installazione e manutenzione. Le perdite in spazi confinati possono spostare l'ossigeno, ponendo rischi per la sicurezza.
• Applicazioni: Sempre più utilizzato nella refrigerazione commerciale, come i refrigeratori dei supermercati e i sistemi industriali in cui la sostenibilità è una priorità, in particolare in Europa e Nord America.

Hydrocarbons (ad es. R290 - Propane, R600A - Isobutane)

• Proprietà: Natural refrigerants with low boiling points (e.g., R290 at -44°F/-42°C), excellent thermodynamic properties, and minimal environmental impact (GWP < 4, ODP = 0).
• Vantaggi: Alta efficienza, basso costo e eco-compatibili, rendendoli praticabili per il raffreddamento sostenibile. Stanno guadagnando popolarità come sostituzione per gli HFC.
• Inconvenienti: Altamente infiammabile, che richiede sistemi di sicurezza specializzati e limitano il loro utilizzo in aree densamente popolate o ampie ambienti industriali.
• Applicazioni: Utilizzato nella refrigerazione domestica e in alcuni refrigeratori industriali, in particolare nelle regioni che danno la priorità a soluzioni verdi, come l'Europa, e nei sistemi più piccoli in cui le misure di sicurezza sono gestibili.

R123 (HCFC-123)

• Proprietà: Un idroclorofluorocarburo (HCFC) con un punto di ebollizione di 28 ° C (28 ° C), usato storicamente nei refrigeratori centrifughi a bassa pressione.
• Vantaggi: Efficace per i sistemi a bassa pressione e compatibile con apparecchiature più vecchie.
• Inconvenienti: Impiegamento dell'ozono con un GWP di 77, portando alla sua eliminazione graduale sotto il protocollo di Montreal. La produzione è cessata nei paesi sviluppati entro il 2020.
• Applicazioni: Trovato nei refrigeratori legacy, ora retrofit o sostituiti con alternative come R245FA o R1233ZD.

R1233ZD

• Proprietà: Un refrigerante a basso contenuto di GWP (GWP = 4,5) con un punto di ebollizione di 10 ° C (10 ° C), classificato come A1 (bassa tossicità, non infiammabile).
• Vantaggi: Ecologico con ODP zero e bassa tossicità, rendendolo una scelta sostenibile per i nuovi sistemi.
• Inconvenienti: Richiede la riprogettazione del sistema per la compatibilità ed è meno stabilita sul mercato rispetto agli HFC.
• Applicazioni: Utilizzato nei nuovi refrigeratori a bassa pressione come alternativa sostenibile agli HCFC più vecchi, guadagnando trazione nei design moderni.

R514A (miscela HCFC)

• Proprietà: Una miscela di HFO con un GWP di 7, classificato come B1 (leggermente infiammabile).
• Vantaggi: Basso GWP e zero ODP, offrendo un'opzione sostenibile per i refrigeratori a bassa pressione.
• Inconvenienti: La sua infiammabilità richiede considerazioni sulla sicurezza, limitando il suo utilizzo in determinati ambienti.
• Applicazioni: Utilizzato nei refrigeratori a bassa pressione in alternativa a R123, in particolare nei nuovi progetti di attrezzature.

La tabella seguente riassume le proprietà chiave e le applicazioni di questi refrigeranti per un facile riferimento:

Selezione del refrigerante giusto

La scelta di un refrigerante prevede l'efficienza dell'efficienza, la sicurezza, i costi e l'impatto ambientale:

• Requisiti di raffreddamento: High Capacity ha bisogno di favorire l'ammoniaca o R410A; Le applicazioni a bassa temperatura possono utilizzare R404A o idrocarburi.
• Regolamenti ambientali: Optare per le opzioni a basso contenuto di GWP come R744 o R717 per soddisfare standard come l'emendamento Kigali, che sta guidando le fasi di fase di HFC ad alto GWP.
• Progettazione del sistema: Refrigeranti ad alta pressione (ad es. R744, R410A) necessitano di componenti robusti; Sistemi di assorbimento delle tute per acqua e ammoniaca, mentre gli HFC si adattano alle configurazioni di compressione vapore.
• Sicurezza: Le opzioni non tossiche e non infiammabili come R134A o R744 sono più sicure nelle aree popolate, mentre l'ammoniaca richiede una maneggevolezza rigorosa a causa della tossicità.
• Costo: Acqua e idrocarburi sono economici in anticipo, ma i costi di installazione e manutenzione variano (ad esempio, alti per R744 a causa dei requisiti di pressione).

Conclusione

I tipi di refrigerante più comuni utilizzati nei refrigeratori includono acqua (nei sistemi di assorbimento), R134A, R407C, R404A, ammoniaca (R717), R410A, CO2 (R744) e idrocarburi come R290, insieme a nuove opzioni come R1233ZD e R514A. Tuttavia, a causa delle normative ambientali e degli obiettivi di sostenibilità, c'è un chiaro cambiamento verso refrigeranti a basso contenuto di GWP come CO2, ammoniaca e HFO. Quando si seleziona un refrigerante, fattori come la capacità di raffreddamento, l'impatto ambientale, la sicurezza, i costi e la conformità normativa devono essere attentamente considerati per ottimizzare le prestazioni del refrigeratore mentre soddisfano gli standard moderni.