Analisi sperimentale della sostituzione di R134a con R450A e R513A in un'applicazione di tipo drop-in

Since the end of the last century an ever-increasing attention has been paid to environmental issues that led to the progressive issuing of F-Gas directives, affecting the entire air conditioning and refrigeration sector. The main objective of these standards is to stimulate the research and development of fluids with low environmental impact characteristics, also called low GWP (Global Warming Potential) refrigerants, which at the same time allow obtaining energy performances comparable with the most polluting refrigerants. On the basis of this important change taking place worldwide, an experimental campaign was carried out focused on the comparison of two fluid mixtures (R450A and R513A) both composed of a hydrofluoroolefin (HFO) and a hydrofluorocarbon (HFC), compared to pure R134a. HFOs are denoted by their low GWP index, while HFCs are mainly identified in the very widespread R134a with high GWP. The mixtures in question represent the main route for a gradual transition to even lower GWP index refrigerants, such as pure hydrofluoroolefins. The experimental tests, carried out using a water-to-water vapor compression machine with heat pump function, were divided into three different types: tests at variable working temperatures, others at variable frequency and still other times to characterize the compressor operation. From the performance point of view, the R450A offers higher average COP than the base case, a situation that does not occur for the R513A fluid. In particular, the results show that the use of R450A is favored at high evaporation temperatures, while R513A at low evaporation temperatures. It is also clear that it is never possible to guarantee the useful effect provided by the more well-known HFC with the same working conditions, unless the compressor's working frequency is increased, but on the other hand it causes a decrease in performance.

A partire dalla fine del secolo scorso si è fatta sentire un’attenzione sempre più crescente verso i temi ambientali che ha condotto alla progressiva emanazione delle direttive F-Gas, influenzando l’intero settore del condizionamento dell’aria e della refrigerazione. L’obiettivo principale di queste norme è quello di incentivare la ricerca e lo sviluppo di fluidi con caratteristiche a basso impatto ambientale, detti anche refrigeranti a basso GWP (Global Warming Potential) e che consentono allo stesso tempo di ottenere prestazioni energetiche confrontabili con i refrigeranti più inquinanti. Sulla base di questo importante cambiamento che è in atto a livello mondiale, è stata condotta una campagna sperimentale focalizzata sul confronto di due miscele di fluidi (R450A e R513A) composte entrambe da una idrofluoroolefina (HFO) e un idrofluorocarburo (HFC), rispetto al R134a puro. Le HFO si denotano per il loro basso indice GWP, mentre gli HFC si identificano principalmente nell’assai diffuso R134a ad alto GWP. Le miscele in questione rappresentano la via maestra per una graduale transizione verso refrigeranti ad indice GWP ancora più basso, come le idrofluoroolefine pure. Le prove sperimentali, condotte impiegando una macchina a compressione di vapore di tipo acqua – acqua con funzionalità di pompa di calore, sono state suddivise in tre diverse tipologie: prove a temperature di lavoro variabili, altre a frequenza variabile e ancora altre volte a caratterizzare il funzionamento del compressore. Dal punto di vista delle prestazioni, l’R450A offre COP in media superiori rispetto al caso base, situazione che invece non si verifica per il fluido R513A. In particolare, dai risultati si osserva che l’impiego di R450A è favorito ad alte temperature di evaporazione, mentre l’R513A a basse temperature di evaporazione. Si evince altresì che non è mai possibile garantire l’effetto utile fornito dal più noto HFC a parità di condizioni di lavoro, a meno di non incrementare la frequenza di lavoro del compressore, ma causando dall’altra parte un decremento nelle prestazioni.