Refrigerante 1234ze: proprietà chiave, vantaggi, svantaggi e note sulla progettazione della cella frigorifera

Chiedete informazioni sul refrigerante 1234ze a una stanza piena di ingegneri della refrigerazione e otterrete una serie di reazioni, dall'entusiasmo alla prudenza. Ciò è normale per qualsiasi fluido che passa da una nicchia alla refrigerazione commerciale tradizionale. Ciò che non è più in discussione è che l’R-1234ze si è guadagnato un posto permanente tra gli strumenti a basso GWP, soprattutto nei refrigeratori, nelle pompe di calore e nei sistemi a media temperatura.

Produciamo unità di condensazione, evaporatori e apparecchiature monoblocco per celle frigorifere commerciali, quindi raramente discutiamo di un refrigerante in astratto. Ogni decisione ha un riscontro pratico: cilindrata del compressore, diametro del tubo, ritorno dell'olio, strategia di sbrinamento e capacità del tecnico che un giorno aprirà il pannello. Questa guida condivide ciò che abbiamo imparato sull'R-1234ze da questo punto di vista.

Cos'è il refrigerante 1234ze?

L'R-1234ze appartiene alla famiglia delle idrofluoroolefine HFO, non alla famiglia degli HFC. Il suo nome chimico è trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene e l'isomero utilizzato nella maggior parte delle apparecchiature di refrigerazione e pompe di calore è scritto come R-1234ze(E). Un secondo isomero, R-1234ze(Z), ha un punto di ebollizione più elevato ed è utilizzato principalmente nelle pompe di calore ad alta temperatura.

Due numeri spiegano perché il fluido esiste. Il suo potenziale di riduzione dell’ozono è pari a zero e il suo potenziale di riscaldamento globale su 100 anni si colloca a una cifra singola bassa, comunemente indicata come 7 secondo IPCC AR4 e circa 1,4 sotto AR5. Confrontalo con circa 1430 per l'R-134a e vicino a 3900 per l'R-404A. Con l’emendamento di Kigali, il regolamento europeo sui gas fluorurati e l’AIM Act statunitense che spingono tutti al ribasso il consumo di HFC, questo divario rappresenta l’intero business case.

L'R-1234ze è anche un refrigerante A2L: leggermente infiammabile secondo gli standard ASHRAE 34 e ISO 817, con una bassa velocità di combustione e un limite inferiore di infiammabilità relativamente alto. A2L è completamente funzionante, poiché migliaia di sistemi sono già in esecuzione su di esso, ma modifica i limiti di carica, il rilevamento delle perdite, la ventilazione e le procedure di servizio. Deve essere progettato e non imbullonato successivamente.

Proprietà chiave che modellano la progettazione del sistema

Le schede tecniche elencano decine di numeri. Per quanto riguarda la scelta delle apparecchiature, queste sono quelle che determinano la disposizione di un locale tecnico:

• Punto di ebollizione normale vicino a -19 °C , superiore ai circa -26 °C dell'R-134a. Le pressioni di saturazione a una determinata temperatura sono quindi inferiori, il che riduce i requisiti dei recipienti a pressione nelle macchine di grandi dimensioni.
• Temperatura critica intorno a 109 °C con una pressione critica prossima a 36 bar. Questo elevato punto critico è esattamente il motivo per cui l'R-1234ze è adatto a pompe di calore e refrigeratori che lavorano in condizioni ambientali calde.
• Capacità volumetrica inferiore , circa dal 20 al 30% al di sotto dell'R-134a. La stessa attività di raffreddamento richiede una cilindrata maggiore, quindi i compressori e talvolta le tubazioni risultano più grandi.
• Scivolo a temperatura praticamente zero , perché è un fluido monocomponente. La ricarica, il controllo delle perdite e le ricariche rimangono semplici.
• Buona miscibilità con olio POE , che è standard per i sistemi HFO e HFC ma richiede comunque un'attenta progettazione del ritorno dell'olio a basse temperature di evaporazione.
• Gruppo di sicurezza A2L , con le conseguenze progettuali sopra descritte.

R-1234ze Rispetto a R-134a e R-404A

Il confronto riportato di seguito è un riepilogo a livello di pianificazione piuttosto che una tabella di selezione. I dati finali dipendono dal compressore, dal campo operativo e dal fornitore dei componenti, quindi verificare sempre i dati approvati prima di fissare un progetto.

La riga più importante in quella tabella non è un numero ma un avvertimento: l'R-1234ze non è un sostituto immediato dell'R-134a. Sono comuni segnalazioni sul campo di perdite a due cifre in termini di capacità ed efficienza derivanti da semplici scambi di carica e i compressori approvati per un fluido non sono automaticamente approvati per l'altro. Una conversione adeguata implica un compressore diverso, scambiatori di calore ricontrollati, un nuovo dispositivo di espansione, controlli aggiornati e rilevamento del refrigerante. Trattarlo come uno scambio di gas è il modo in cui i progetti finiscono per deludere.

Dove si inserisce il refrigerante 1234ze nella refrigerazione commerciale

L’adozione finora si è concentrata in tre aree:

• refrigeratori. Si tratta della base di utenti più ampia con un ampio margine, in particolare macchine centrifughe e a vite dove la bassa pressione e l'elevata temperatura critica giocano a favore del progettista.
• Pompe di calore. L'elevato punto critico consente una potenza termica utile a temperature di mandata elevate. Per i progetti che necessitano anche di riscaldamento, vale la pena capirlo come un'unità a fluoro caldo a frequenza variabile migliora il riscaldamento prestazioni insieme alla scelta del refrigerante.
• Refrigerazione a media temperatura e conservazione frigorifera. Vetrine, sale latticini, magazzini di verdure e aree di lavorazione con temperature comprese tra -5 °C e 10 °C circa sono una soluzione naturale, spesso come stadio superiore di una cascata di CO2.

Laddove l'R-1234ze di solito non è la risposta è il servizio di congelamento. I congelatori a bassa temperatura, prossimi a -25 °C e -35 °C, continuano a favorire la sostituzione della CO2 o dell'HFC, poiché i livelli di pressione e la capacità volumetrica dell'R-1234ze rendono le apparecchiature grandi e l'efficienza più difficile da difendere.

Per le celle frigorifere a media temperatura, un'unità di condensazione raffreddata ad acqua è spesso il modo più efficiente per respingere il calore in un locale tecnico ristretto o in un sito con temperatura ambiente elevata e si abbina bene con una strategia di refrigerante a basso GWP.

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Unità condensanti, evaporatori e controlli corrispondenti

Una capacità volumetrica inferiore e pressioni inferiori si propagano in tutto il sistema. In pratica, un cambio di refrigerante di solito significa una maggiore superficie della batteria, un diverso approccio alla distribuzione del refrigerante e una revisione della differenza di temperatura che si è disposti ad accettare tra l'aria della stanza e la temperatura di evaporazione. Differenze di temperatura più brevi migliorano l'efficienza e la qualità del prodotto ma richiedono bobine più grandi.

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I controlli meritano pari attenzione. Una volta che il refrigerante stesso comporta un’impronta di carbonio molto inferiore, l’impatto ambientale rimanente deriva dal consumo di energia e questo viene deciso a carico parziale. Il funzionamento a frequenza variabile, la pressione di aspirazione flottante e lo sbrinamento basato sulla domanda contano più del fluido nel tubo. Su questo fronte, un'unità a fluoro caldo a frequenza variabile offre la modulazione della capacità e lo sbrinamento a gas caldo dallo stesso pacchetto, riducendo sia le ore di funzionamento che la domanda elettrica nelle celle frigorifere a media temperatura.

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Cosa verificare prima di impegnarsi

Prima che un refrigerante a basso GWP venga inserito nelle specifiche, guidiamo i team di progetto attraverso questo elenco di controllo:

1. Norme locali e limiti di addebito, comprese le regole sul volume della stanza che si applicano ai fluidi A2L negli spazi occupati o pubblici.
2. Approvazione scritta del compressore e dati prestazionali pubblicati per le vostre esatte condizioni di evaporazione e condensazione.
3. Compatibilità dei componenti, in particolare elastomeri, valvole di espansione, filtri deidratatori e pressostati.
4. Gestione dell'olio: il POE è igroscopico, quindi la qualità dell'evacuazione e il controllo dell'umidità determinano la durata del sistema.
5. Rilevamento del refrigerante, logica di allarme e ventilazione dimensionati per la carica effettiva, non per una stima sulla targhetta.
6. Disponibilità all'assistenza, dalle attrezzature di recupero alla formazione dei tecnici, perché un fluido che nessuno può riparare diventa un errore costoso.

Domande che sentiamo più spesso

Posso semplicemente caricare l'R-1234ze in un sistema R-134a esistente?

No. Sia la capacità che l'efficienza ne risentono, il lubrificante e il dispositivo di espansione potrebbero non comportarsi come previsto e la posizione della garanzia diventa poco chiara. Una conversione è un progetto ingegneristico, non uno scambio di gas.

La classificazione A2L è un problema nelle celle frigorifere di piccole dimensioni?

È gestibile, ma non è gratuito. I limiti di tariffa, il rilevamento delle perdite, la segnaletica e la ventilazione richiedono tutti attenzione, e le piccole stanze chiuse sono esattamente i luoghi in cui tali regole colpiscono più duramente.

Funziona nei climi caldi?

Sì, e questo è uno dei suoi punti di forza. La temperatura critica molto elevata mantiene le prestazioni prevedibili in condizioni ambientali elevate, il che è importante per i progetti nell'Asia meridionale, nel Medio Oriente e in America Latina.

Se stai valutando le opzioni di refrigerante per una cella frigorifera, un impianto di conservazione frigorifera commerciale o un impianto che necessita sia di raffreddamento che di riscaldamento, saremo lieti di elaborare i dettagli con te. La nostra gamma di unità condensatrici copre le configurazioni con raffreddamento ad aria, raffreddamento ad acqua, uscita laterale, uscita superiore e a frequenza variabile e ti aiuteremo ad abbinare la macchina, l'evaporatore e i controlli al fluido e al servizio che hai scelto. Inviaci le condizioni della tua camera e ti risponderemo con una pratica selezione anziché un numero di catalogo.