Ammoniaca

L’Electric Power Research Institute (EPRI) con sede negli Stati Uniti ha scoperto che la sostituzione di un tradizionale sistema di climatizzazione idronico con un refrigeratore a basso contenuto di ammoniaca (R717) e un circuito di convezione di CO2 (R744) può ridurre i costi, il consumo di energia e le emissioni di gas serra.

EPRI ha collaborato con la società di servizi pubblici Southern California Edison (SCE) e il produttore giapponese di HVAC&R Mayekawa per sviluppare un prototipo e testare il concetto. I risultati dello studio - "Sviluppo e valutazione della compressione del vapore di ammoniaca accoppiato a un circuito di convezione di CO2" - sono stati presentati da Ron Domitrovic, direttore del programma presso EPRI alla 14a conferenza IEA sulle pompe di calore a Chicago, dal 15 al 18 maggio.

Secondo lo studio il concetto si è dimostrato tecnicamente fattibile e la "funzionalità del sistema" è stata dimostrata con successo.

Spinta dalle crescenti restrizioni sui refrigeranti sintetici, la ricerca dell'EPRI si è concentrata su come i refrigeranti naturali – in particolare ammoniaca e CO2 – potrebbero essere utilizzati nelle applicazioni di condizionamento dell'aria commerciali.

"Stavamo cercando specificamente di sostituire i refrigeratori che utilizzano refrigeranti tradizionali e [sistemi a circuito d'acqua] nei grandi edifici per il condizionamento dell'aria", ha spiegato Domitrovic. "L'idea era di imitare ciò che a volte viene fatto nei sistemi dei supermercati dove potresti avere un refrigeratore ad ammoniaca accoppiato a un sistema di distribuzione di CO2."

"L'idea era di imitare ciò che a volte viene fatto nei sistemi dei supermercati dove potresti avere un refrigeratore ad ammoniaca accoppiato a un sistema di distribuzione di CO2."

Ha osservato che per l'utilizzo in questa applicazione, il team del progetto stava esaminando pressioni e temperature elevate per il circuito di CO2 poiché tali sistemi sono generalmente utilizzati per temperature molto più basse.

Il prototipo del sistema di condizionamento dell'aria, sviluppato e testato nel laboratorio EPRI a Knoxville, nel Tennessee, comprende un refrigeratore ad ammoniaca Mayekawa da 28 kW (8TR) per la compressione del vapore, un circuito di convezione di CO2 e tre unità interne di trattamento dell'aria remote (AHU).

Secondo Domitrovic, il refrigeratore standard è stato adattato con uno scambiatore di calore per garantire la compatibilità con il raffreddamento a CO2 anziché con l'acqua.

Poiché il sistema è il primo nel suo genere, non tutti i componenti erano immediatamente disponibili, ha spiegato.

"Non c'erano valvole di espansione adeguate, quindi abbiamo utilizzato valvole a spillo", ha affermato. "Avevamo anche una fiducia limitata nella capacità di pompare CO2 in queste condizioni, ma abbiamo trovato una pompa [a bassa temperatura] che pensavamo fosse adatta anche per temperature e pressioni più elevate."

Sono state realizzate anche batterie speciali per le UTA adatte al condizionamento dell'aria con CO2, ha aggiunto.

Dal punto di vista della sicurezza, la bassa carica di refrigerante – meno di 130 g di ammoniaca per kW di capacità di raffreddamento (1 lb/TR) – combinata con il fatto che il refrigeratore è stato installato all’aperto aiuta a limitare il rischio di perdite di ammoniaca, ha affermato Domitrovic.

Il circuito della CO2 funziona a 31–38 bar (450–550 psi) e sono state utilizzate tecniche per garantire che il sistema potesse resistere a pressioni molto più elevate, ha aggiunto.

"È un sistema relativamente semplice e relativamente facile da installare", ha detto Domitrovic.

Rispetto a un refrigeratore tradizionale e un sistema a circuito d'acqua, l'uso di un refrigeratore a base di ammoniaca e di un circuito convettivo a CO2 offre molteplici vantaggi, ha affermato Domitrovic durante la sua presentazione. I vantaggi includono costi ridotti, maggiore efficienza, GWP inferiore e maggiore flessibilità.

I potenziali risparmi sui costi derivano dalla riduzione della spesa per tubazioni, installazione ed energia, il tutto reso possibile grazie alla maggiore capacità termica della CO2 a cambiamento di fase rispetto all’acqua, ha spiegato.

La riduzione dei requisiti di pompaggio si traduce in una riduzione di cinque volte del consumo energetico, ha aggiunto.

Anche se l’analisi presuppone una piccola differenza tra un refrigeratore ad ammoniaca o uno ad HFC in termini di costo di capitale per unità di capacità installata, i ricercatori hanno affermato che l’ammoniaca a bassa carica offre un’alternativa più economica ai refrigeranti ad alto GWP.

"Le dimensioni più ridotte delle tubazioni necessarie per la convezione della CO2 offrono un potenziale di risparmio sui costi di materiale e installazione che potrebbero aiutare a compensare qualsiasi premio di capitale per questo nuovo tipo di apparecchiature", ha affermato il gruppo di ricerca.