Miscele refrigeranti per mettere alla prova l’efficienza degli idrocarburi

SPAGNA: I ricercatori hanno identificato una serie di miscele refrigeranti che potrebbero fornire un'alternativa più efficiente agli idrocarburi puri nei piccoli sistemi di refrigerazione.

L'isobutano (R600a) ha sostituito l'R134a come refrigerante dominante nei frigoriferi/congelatori domestici, mentre il propano (R290) è stato ampiamente adottato come opzione ambientale preferita per gli apparecchi di refrigerazione commerciale autonomi. Ciò è particolarmente vero in Europa, dove la normativa sui gas fluorurati (517/2014) vieta l’uso di refrigeranti con un GWP superiore a 150 nei sistemi di refrigerazione di piccola capacità.

Oltre ad avere un GWP molto basso, i refrigeranti a base di idrocarburi sono noti per la loro efficienza energetica. Poiché questi gas soddisfano i requisiti di tutta la legislazione ambientale, fino ad ora sembra che siano stati fatti pochi sforzi per migliorare le prestazioni del refrigerante. Ciò nonostante i dati stimano che oltre 1,5 miliardi di frigoriferi a idrocarburi rappresentino globalmente circa il 2,6% del consumo mondiale di elettricità.

Gli scienziati del Gruppo di Ingegneria Termica del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Costruzioni dell’Università Jaume I di Valencia hanno ora identificato un piccolo numero di miscele refrigeranti che potrebbero, teoricamente, fornire opzioni più efficienti dal punto di vista energetico rispetto all’R600a e all’R290.

Il gruppo ha studiato 110.880 miscele di refrigeranti valutate termodinamicamente rispetto a R600a e R290 per scopi di refrigerazione.

I refrigeranti considerati per le miscele sono stati R290 (propano), R600a (isobutano), R600 (butano), R1270 (propilene), R152a, R32, R1234yf, R1234ze(E), R1233zd e R744 (CO2). Sono state considerate solo miscele con un massimo di tre componenti. Il GWP massimo di qualsiasi potenziale miscela è stato fissato a 150 e lo scorrimento effettivo massimo consentito nell'evaporatore è stato di 10K.

Tra queste, sono state selezionate solo le miscele che presentavano incrementi teorici di COP dallo 0 al 15% e variazioni della capacità di raffreddamento volumetrico dal -30 al 30% rispetto a R600a e R290. Infine, le miscele rimanenti sono state nuovamente ottimizzate con una variazione della frazione di massa di ciascun componente dello 0,5%.

È stato riscontrato che le miscele di R1234yf/R600a e R1270/R600a offrono un piccolo aumento del COP, rispettivamente tra lo 0,3% e lo 0,6% e tra lo 0,1% e lo 0,8%, rispetto all'R600a. È stato notato un piccolo aumento del VCC compreso tra il 5,9% e il 6,4% per la miscela R1234yf/R600a e tra il 6,3% e l'11,2% per la miscela R1270/R600a.

Le miscele di R1270/R600, R152a/R600, R1234zeE/R600 e R290/R600 hanno raggiunto COP aumentati compresi tra 1,7%-5,3%, 3,3%-7,6%, 2,5%-4,4%, 2%-4,5%, 1,6%-8,6 %, rispettivamente, ma il VCC è diminuito significativamente fino al 28%.

Tra le possibili alternative all'R290, le miscele formate da una piccola percentuale di R744 con R290, R1234yf, R152a o R1234ze(E) hanno raggiunto COP più elevati compresi tra il 3,4% e l'11,6%. Il VCC, tuttavia, differiva notevolmente tra le miscele. Ha inoltre individuato la miscela di R32 e R290, che ha ottenuto un aumento di COP e VCC rispettivamente tra 0,8% e 2,3% e 8,8% e 13%.

I ricercatori insistono sul fatto che è chiaro che esistono alcune miscele refrigeranti che potrebbero offrire un piccolo aumento del COP rispetto agli idrocarburi puri nei piccoli sistemi. Accettano, tuttavia, che sarà necessaria una validazione sperimentale per confermare le reali possibilità delle miscele identificate.

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