–

In controcorrente  a quanto si legge e si dice in giro, l’R32 non è nulla di nuovo o innovativo!

Infatti i refrigeranti R410a e R407C che per anni sono stati i fluidi principali usati nei piccoli impianti di condizionamento domestico sono una miscela contenente l’R32.

Perché non si è usato l’R32 fin dall’inizio?
—————————–
Fino ad oggi il refrigerante comunemente usato nei piccoli impianti di climatizzazione è stato l’R410a. Adesso la scelta dei costruttori è stata di caricare i condizionatori non più con la suddetta miscela ma soltanto con uno dei suoi componenti, l’R32, che fin ora non è stato impiegato come refrigerante perché pone dei problemi tecnici che ne sconsigliavano l’impiego e/o innalzavano i costi di produzione.

Ciò è avvenuto perché il nuovo regolamento Europeo 517/2014 in materia di fluidi fluorurati ha imposto il divieto di commercializzazione a partire dal 2025 di:

Sistemi di condizionamento d’aria monosplit contenenti meno di 3 chilogrammi di gas fluo­rurati a effetto serra, che contengono o il cui funzionamento dipende da gas fluorurati a effetto serra con potenziale di riscaldamento globale pari o superiore a 750

senza tenere conto che ci troviamo in un momento in cui la disponibilità di componenti per la climatizzazione che sono idonei a funzionare con R410a è ampia e l’industria non ha ancora commercializzato in larga quantità componenti e impianti adatti ad essere impiegati con i nuovi fluidi a basso GWP (global warmig potential).

Dato che l’R32 si comporta in maniera simile alla miscela R410a ma con un GWP di circa un terzo, i produttori di climatizzatori sono corsi al riparo, con una scelta che si può definire una soluzione di comodo (per loro, non per gli utenti): i nuovi condizionatori immessi sul mercato saranno caricati solo con R32.

Tenendo conto che l’R410a è composto al 50% di R32 e al 50% di R125, e che l’R407C è composto al 23%,25% e 52% di R32, R125 e R134a i valori del GWP sono i seguenti:

Nella determinazione del GWP dei fluidi frigorigeni ci sono piccole variazioni da fonte a fonte. I dati sull’impatto ambientale che ho usato sono disponibili qui.

Quale refrigerante offre migliori prestazioni?

Proviamo a rispondere alla domanda confrontando il ciclo termico di un climatizzatore funzionante ad R410a ed uno a R32.

Ciclo termico frigorifero in piena estate mediterranea:

Supponiamo che evaporatore (lo split) e condensatore (unità esterna) dei due impianti siano gli stessi e che operino alle stesse temperature. Per un impianto di climatizzazione domestica, si può assumere un evaporatore che lavori a 10°C, mentre, se fuori fa caldo e ci sono 35°C, un condensatore che lavori a 50°C.

Assumiamo che il compressore sia del tipo scroll. Valore verosimile del rendimento isentropico di compressione per questa tipologia di piccoli compressori è 65%. (Non facciamo i pignoli)

Procuriamoci i dati termodinamici e tracciamo il ciclo frigorifero semplice, (tralasciamo sottoraffreddamento e surriscaldamento). Troviamo qui dati e diagrammi per l’R410a e qui dati e diagrami per l’R32.

Tracciate le isobare a 10°C e 50°C e considerato il rendimento di compressione del 65% rispetto ad una compressione isoentropica, possiamo leggere dal diagramma i dati termodinamici del fluido nei punti A,B,C e D.

Quindi confrontiamo le prestazioni e il comportamento dei due refrigeranti:

Notiamo subito che, nelle condizioni di esercizio analizzate, l’R32 ha un rendimento leggermente superiore, circa il 5% in più rispetto al R410a ma la temperatura di scarico al compressore è molto più alta (senza considerare né surriscaldamento in aspirazione né il calore assorbito dal raffreddamento del motore del compressore).

Ciclo termico frigorifero in condizioni tropicali:

Se la temperatura esterna aumenta, (ad esempio siamo in Arabia Saudita con 45°C all’ombra oppure l’unità esterna è esposta in zona molto soleggiata o è intasata da polvere e sporcizia), per poter scambiare calore, il condensatore dovrà lavorare a temperatura più alta e ovviamente cambierà il rendimento dell’impianto.

Con una temperatura di condensazione di 60°C si ha:

Ciclo a pompa di calore:

Nel ciclo a pompa di calore lo split funziona come condensatore e l’unità esterna come evaporatore.

Supponiamo una temperatura di funzionamento dello split di 40°C e calcoliamo il rendimento per temperature del evaporatore via via decrescenti: 0°C, -5°C, -10°C

Confronto ciclo R410a e R32:

Le prestazioni dei due fluidi refrigeranti sono simili, la differenza di rendimento nelle situazioni analizzate è contenuta entro il 10% con un vantaggio in generale dell’R32 che fornisce prestazioni leggermente migliori.

Al di fuori delle condizioni di lavoro ottimali sono pessimi entrambi, andrebbero usati impianti progettati per lavorare con fluidi differenti.

Infatti con temperature esterne molto alte o molto basse, o ciò che è lo stesso in caso di cattivo scambio termico del condensatore, le prestazioni degradano rapidamente. L’R32 si comporta leggermente meglio, in virtù della sua temperatura critica più alta che lo avvantaggia nei climi molto caldi, ma all’aumentare della differenza di temperatura con l’esterno, aumenta anche la temperatura di fine compressione.

Perché non si è usato l’R32 da subito?

Nonostante fornisca prestazioni leggermente superiori ci sono dei problemi, ben noti da oltre vent’anni, che ne hanno sconsigliato l’uso e adesso si sta cercando di risolvere.

Dal punto di visto termodinamico, abbiamo visto che ha un’alta temperatura di fine compressione. In corrispondenza dei punti di fine compressione, l’olio diventa troppo fluido ed il compressore si usura.

Un buon impianto ad R32 necessiterebbe di compressori con refrigerazione intermedia che permettano di abbassare la temperatura di fine compressione. Ovviamente hanno un costo più elevato.
Inoltre, come noto, in presenza d’impurità (aria, acqua, metalli, etc), i fluidi HFC si degradano (con tutti i danni alle componenti dell’impianto che ne conseguono). La degradazione avviene tanto più velocemente quanto più alta è la temperatura.

Dal punto di vista chimico, diversamente da quanto accade nell’R410a, grazie alla presenza dell’R125, l’R32 da solo è scarsamente miscibile negli oli comunemente usati per gli HFC. Si può avere accumulo di olio nelle componenti dell’impianto e scarsa lubrificazione del compressore. Anche vischiosità e capacità di lubrificazione del olio peggiorano. La ricerca punta alla sviluppo di oli di seconda generazione che possano essere impiegati con successo insieme all’R32.

Retrofitting impianto ad R410a con R32.

Sostituzione R410a con R32.

Ci sono persone che si domandano se in futuro, a seguito di interventi di manutenzione su di un impianto ad R410a potranno usare l’R32 come fluido sostitutivo.

La risposta è si e no.

No, perché l’R32 è classificato come A2L, ovvero come fluido non tossico ma leggermente infiammabile. L’R410a invece è classificato A1, cioè non tossico e non infiammabile. Pertanto gli impianti ad R410a, soprattutto quelli industriali, non sono certificati per lavorare con fluidi A2L. Le pressioni del R32 sono leggermente più alte e le temperature molto di più, l’eventuale intervento di una valvola di sicurezza, ad esempio, potrebbe scaricare del refrigerante in un ambiente dove la sua infiammabilità potrebbe causare incidenti. Inoltre, sia i produttori di fluidi refrigeranti, sia le associazioni di settore, non volendo assumersi alcuna responsabilità, hanno espressamente dichiarato che un fluido marcato A2L non può essere usato al posto di uno marcato A1. Difficilmente un tecnico frigorista tanto competente da fare il retrofitting a regola d’arte (che non è la semplice ricarica con un fluido differente) sarà anche tanto sprovveduto da andare contro le direttive di produttori e associazioni.

Si, nei piccoli condizionatori probabilmente è tecnicamente possibile, perché la maggior parte dei componenti che attualmente lavorano con l’R32 sono gli stessi usati precedentemente con l’R410a, le pressioni di esercizio sono simili, ma è d’obbligo usare il condizionale e la seguente trattazione è a solo scopo disquisitivo, al momento non conosco alternative certificate per l’R410a, anche se credo che ci siano in commercio unità costruite per funzionare ad R410a e riadattate per l’R32. Ovviamente il retrofitting va valutato caso per caso. Va valutato se il locale dove è installata l’unità è tale che, eventuali perdite di R32, diluite nell’ambiente, non costituiscano pericolo d’incendio.  Va considerato che l’R32 ha un maggior volume specifico e quindi la carica (in massa) nell’impianto risulta minore. Minore massa di refrigerante significa maggiore surriscaldamento nel tratto finale del evaporatore e durante il raffreddamento del motore. Un maggiore surriscaldamento porta ad una più alta temperatura di fine compressione, maggiore di quella calcolata negli esempi. Questo è il vero problema dell’R32. Oltre a causare usura può far intervenire frequentemente la sicurezza termica del compressore o mandare in blocco la centralina, specialmente nelle giornate troppo calde. Dal punto di vista delle prestazioni, R32 ha una resa maggiore, ma necessita anche un lavoro maggiore per essere compresso, quindi, un impianto ottimizzato per R410a se fatto funzionare con R32 risulta un po’ sbilanciato, ritrovandosi con un compressore di cilindrata un po’ più grande del necessario, condensatore ed evaporatore un po’ sottodimensionati ed il motore del compressore sottoposto ad un carico un po’ più alto: se l’impianto è ad inverter, la centralina, dovrebbe regolare il numero di giri del compressore in modo da garantire buone condizioni di funzionamento dell’impianto nonostante le caratteristiche diverse del fluido operativo e se fuori non fa tanto caldo da far salire troppo la temperatura del condensatore, il motore dovrebbe farcela tranquillamente…

Infiammabilità dell’R32

Non bisogna fare terrorismo. L’R32 è leggermente infiammabile, ma questo non significa che possa incendiarsi in qualunque condizione. Per poter bruciare è necessario che si formi una miscela di R32 ed aria compresa tra un minimo ed un massimo e che venga fornita energia per innescare la combustione. L’energia d’innesco è alta ed il suo limite inferiore di infiammabilità è circa del 13% in volume, che corrisponde a circa 300 grammi di R32 per metro cubo di miscela. Il problema potrebbe sussistere per i grossi impianti, ma la carica di refrigerante contenuta in una normale unità mono-split è piccola paragonata al volume di una stanza; in caso di piccole perdite, il raggiungimento (anche localizzato) delle condizioni d’infiammabilità è più teorico che pratico. Diverso è il discorso se l’unità viene usata per raffreddare le apparecchiature contenute in un armadio (dico questo perché è pratica diffusa presso numerose aziende far installare condizionatori per raffreddare cabine elettriche, server e tante altre apparecchiature spesso situate in sgabuzzini e spazi angusti).

Considerazioni finali

Dal mio punto di vista l’R32 è stato scelto come sostituto del R410a per rientrare nei limiti della normativa continuando ad usare i componenti esistenti. Non garantisce prestazioni eccezionali e aumenta l’usura se impiegato con tradizionali compressori e oli lubrificanti. Adesso è largamente diffuso e per i prossimi anni continuerà ad essere impiegato. Con un GWP di 670 non è un fluido da considerarsi ecologico: è il meno peggio.