Sciogliere il nodo di Gordio

Svolgere il nodo – con la tecnica corretta, anche con liquidi refrigeranti infiammabili non si corre il rischio di esplosione. (Immagine: ZIEHL-ABEGG)

Parte della soluzione di un nodo intricato – la tecnologia di ventilazione ECblue di Ziehl-Abegg. (Immagine: ZIEHL-ABEGG)

Uwe Michael Martin, Responsabile reparto ventilatori assiali ZIEHL-ABEGG SE

Parte della soluzione di un nodo insormontabile – la tecnologia di ventilazione ECblue di Ziehl-Abegg. (Immagine: ZIEHL-ABEGG)

Già nella storia più antica si cercavano modi per climatizzare i luoghi per il proprio benessere o per la conservazione di alimenti, ad esempio. La tecnologia moderna del freddo è ormai imprescindibile sia nell'ambiente domestico che in quello commerciale; il frigorifero privato è tanto importante quanto gli impianti di refrigerazione industriale. Per secoli, ghiaccio e neve sono stati strumenti utili per la regolazione della temperatura, ma durante l'industrializzazione, con la scoperta del ciclo di compressione dei refrigeranti nel XIX secolo, si fece il passo verso le prime macchine frigorifere che utilizzavano processi chimico-tecnici. L'impiego di refrigeranti si rivelò decisivo, anche se i singoli gas refrigeranti sono ancora oggi problematici, come ieri. È quindi necessario rivolgere lo sguardo all'ottimizzazione dei dispositivi che vengono a contatto o lavorano con i refrigeranti. Questo obiettivo è stato raggiunto da Ziehl-Abegg con le sue ventole ECblue.

Infiammabile, tossico, dannoso per l'ambiente – La sfida dei refrigeranti

Esistono due tipi di refrigeranti, naturali e sintetici. I primi sono sostanze presenti in natura, come idrocarburi, anidride carbonica o ammoniaca. I secondi sono prodotti artificialmente, tra cui (parzialmente) i clorofluorocarburi (CFC o H-CFC) e (parzialmente) i fluorocarburi (FKW o H-FKW). Nonostante i vantaggi di ciascuno, entrambi presentano anche caratteristiche svantaggiose. Nei primi impianti di refrigerazione a compressione si utilizzavano refrigeranti naturali. Tuttavia, a causa della loro infiammabilità e tossicità, rappresentano un rischio considerevole, specialmente in caso di perdite. Quando negli anni '30 furono immessi sul mercato refrigeranti sintetici a base di idrocarburi alogenati, che non erano né infiammabili né tossici, questi composti, considerati sicuri, sembravano risolvere il problema per molto tempo. Tuttavia, negli anni '70 del XX secolo, si scoprì che si era commesso un errore, poiché i CFC erano responsabili della distruzione dello strato di ozono. Nel 1987, con il Protocollo di Montreal, si stabilì un accordo internazionale che obbligava gli Stati a cercare alternative. Di conseguenza, i clorurati furono sostituiti dai fluorocarburi, in cui gli atomi di cloro sono stati in parte o completamente sostituiti da atomi di fluoro o idrogeno. La storia si ripete, e si è scoperto che anche i gas FKW sono altamente dannosi per l'ambiente, poiché possiedono un elevato GWP (potenziale di riscaldamento globale), contribuendo all'effetto serra e, paradossalmente, rappresentando un fattore importante nel riscaldamento globale come refrigeranti. La conseguenza è stata, tra l'altro, il Regolamento europeo 517/2014, noto come Regolamento F-Gas (entrato in vigore nel 2015), che prevede una graduale riduzione (phase-down) della quantità di refrigeranti fluorurati disponibili sul mercato entro il 2030. La gravità della questione si evidenzia anche dal fatto che non si esclude un rapido divieto di uno dei refrigeranti più diffusi, R134a. È certo che in Europa i refrigeranti sintetici avranno un ruolo sempre minore. La soluzione sono gas che non danneggiano lo strato di ozono né l'ambiente in altro modo, riaprendo così il discorso sui refrigeranti naturali. Si torna quindi a problemi che si pensava di aver risolto. Si lavora allo sviluppo di nuovi gas che rispettino le normative e abbiano le caratteristiche termodinamiche adeguate. A medio termine, i refrigeranti naturali infiammabili non possono essere sostituiti a causa della mancanza di alternative con GWP molto basso, il che rende necessario garantire un uso il più possibile sicuro.

Gestione dei refrigeranti naturali – Infiammazione versus rischio di esplosione

È condiviso il principio che l'uso sicuro di refrigeranti infiammabili richiede conoscenze specifiche, che vengono trasmesse attraverso linee guida (sviluppate, ad esempio, dalla Camera di Commercio di Refrigerazione-Climatizzazione della Associazione delle Imprese di Hessen/Thüringen/Baden-Württemberg o dall'Associazione Europea dei Produttori di Componenti per Refrigerazione e Climatizzazione, ASERCOM) e corsi di formazione. La scelta del refrigerante può influenzare la struttura di progettazione, le proprietà termiche e il consumo energetico di un impianto di refrigerazione; il fatto che quasi tutti i refrigeranti naturali siano condizionatamente infiammabili o facilmente infiammabili (secondo DIN EN 378 suddivisi nelle classi 1, 2, 2L e 3) ha ripercussioni sull'intera operatività. Per esempio, una quantità maggiore di refrigerante richiesta nel settore industriale rispetto a quella nel settore privato comporta misure di protezione più rigorose. Per minimizzare il rischio in caso di fuoriuscita di refrigerante infiammabile, il luogo di installazione dovrebbe disporre di un volume libero sufficiente per garantire un'adeguata diluizione. Potrebbero esserci limitazioni di quantità di installazione e riempimento per singoli ambienti o edifici interi. Per motivi di sicurezza preventiva o in caso di emergenza, possono essere necessari segnali ottici e acustici di avvertimento o un sistema di ventilazione. Le fonti di innesco devono essere assolutamente lontane da apparecchiature o celle frigorifere. La gestione di refrigeranti naturali può richiedere modifiche a impianti e componenti e influire anche sulle certificazioni. Rispettare le particolarità necessarie relative all'intero impianto o alle singole parti può garantire un funzionamento senza problemi. Tuttavia, il collegamento tra refrigerante naturale e aree potenzialmente esplosive è meno diretto di quanto si possa pensare. Poiché gli idrocarburi possono formare miscele esplosive con l'aria, gli impianti con refrigeranti infiammabili devono, secondo la direttiva 1999/92/CE (ATEX 137), essere classificati dal gestore dell'impianto in base al livello di rischio di esplosione, suddiviso in caratteristiche della zona (basate sulla probabilità e durata della presenza di atmosfere esplosive), gruppo esplosivo (una caratteristica specifica della sostanza e un parametro per la capacità di innesco del gas) e temperatura di accensione (le classi di temperatura indicano la temperatura massima che una superficie può raggiungere senza innescare un'atmosfera esplosiva). Poiché un ambiente a rischio di esplosione si verifica normalmente solo in caso di fuoriuscite, ad esempio a causa di un guasto a una tubazione, i refrigeranti vengono assegnati alle zone a basso rischio. Essi si trovano anche di solito nella categoria più bassa di gruppo esplosivo e classe di temperatura (che permette temperature superficiali più alte). Dal punto di vista della protezione contro le esplosioni, i refrigeranti naturali sono in gran parte considerati non critici, specialmente se sono in uso apparecchiature adeguate che minimizzano le possibilità di incidenti e che garantiscono le condizioni corrette per l'uso di refrigeranti infiammabili.

Il dispositivo adatto – il ventilatore ECblue di Ziehl-Abegg

Componenti fondamentali della tecnologia del freddo sono le ventole, in particolare le ventole assiali. Anche nella loro scelta, nella progettazione di macchine frigorifere, devono essere considerati aspetti di sicurezza. Le ventole e i motori devono essere approvati per l'uso in impianti che utilizzano refrigeranti infiammabili e devono rispettare i requisiti della norma DIN EN 60335-2-40 (ad esempio, per pompe di calore e chiller) e 2-89 (ad esempio, per banchi frigo commerciali). Per esempio, anche se in condizioni normali non ci sono punti di contatto, quando si usano gas refrigeranti infiammabili, tra la componente elettrica più calda che potrebbe entrare in contatto con il refrigerante e la temperatura di autoaccensione del refrigerante deve essere mantenuta una differenza di temperatura. Le normative sono ancora più stringenti in aree a rischio di esplosione. Tuttavia, poiché, come detto, l'area esplosiva di norma non si verifica, ma solo in caso di perdite, i refrigeranti vengono assegnati alle zone a rischio basso. Essi si trovano anche di solito nella categoria più bassa di gruppo esplosivo e classe di temperatura (che permette temperature superficiali più alte). Dal punto di vista della protezione contro le esplosioni, i refrigeranti naturali sono in gran parte considerati non critici, soprattutto se si utilizzano apparecchiature adeguate che minimizzano i rischi e che garantiscono le condizioni corrette per l'uso di refrigeranti infiammabili.