CO₂

  • Carbon Dioxide (CO2)
  • Proprietà generali

    Dal punto di vista delle sue pure proprietà termodinamiche, la CO2 non è una sostanza particolarmente idonea per l’utilizzo come refrigerante. Tuttavia, la CO2 offre diverse e particolari proprietà termofisiche:
    • Un ottimo coefficiente di trasferimento termico
    • È poco sensibile alle variazioni di pressione
    • Viscosità estremamente bassa

    Nelle applicazioni pratiche, gli impianti a CO2 offrono prestazioni molto elevate, soprattutto a causa di un migliore scambio termico e la bassa potenza di pompaggio quando la CO2 è usata come fluido secondario; nei climi freddi, inoltre, è possibile utilizzare pressioni di condensazione estremamente basse in inverno.

    L'efficienza dei sistemi a CO2 è più dipendente dall'applicazione e dal clima rispetto agli altri refrigeranti. Come nel caso di tutti i refrigeranti, l’impianto diventa meno efficiente con l’aumento della temperatura di condensazione e con la CO2 questo fenomeno è particolarmente pronunciato. Le buone proprietà termofisiche della CO2 aiutano a minimizzare in una certa misura questo problema, ma vi è un limite.

    Il grado di energia della CO2 a temperature elevate è notevole e quando questo calore può essere recuperato per il riscaldamento dell'acqua sanitaria o un'applicazione simile, l'efficienza totale del sistema viene ottimizzata.

     

  • Impatto ambientale

    Dal punto di vista ambientale, la CO2 è un refrigerante molto attraente, con un ODP pari a zero e un GWP pari a 1. È una sostanza naturale, abbondante nell'atmosfera.

     

  • Pressione e temperatura

    La CO2 è un refrigerante ad alta pressione, che quindi richiede elevate pressioni di esercizio per un funzionamento efficiente. Durante il fermo macchina, la temperatura ambiente può raggiungere e superare il punto critico, così come la pressione. Per resistere a pressioni fino a 90 bar e mantenere la pressione bassa, i sistemi sono a volte progettati con una piccola unità di condensazione compatibile con il fermo macchina.

    Allo stesso tempo, la CO2 ha un basso rapporto pressione/compressione (dal 20 al 50% in meno rispetto a HFC e ammoniaca), una caratteristica che ne migliora l'efficienza volumetrica. Con temperature di evaporazione da -55°C a 0°C, il rendimento volumetrico della CO2 è, per esempio, dalle quattro alle dodici volte superiore rispetto all’ammoniaca e questo permette di utilizzare compressori con un volume di iniezione inferiore.

    Il punto triplo e il punto critico della CO2 sono molto vicini al campo di funzionamento. Il punto critico può essere raggiunto durante il normale funzionamento. Il punto triplo può essere raggiunto durante la manutenzione dell’impianto e questo è indicato dalla formazione di ghiaccio secco quando le parti contenenti il liquido sono esposte alla pressione atmosferica. Speciali procedure sono necessarie per impedire la formazione di ghiaccio secco in occasione dello sfiato del sistema durante la manutenzione.

     

  • Interazione con i materiali

    La CO2 non interagisce con i metalli comuni o con Teflon®, PEEK o i componenti in neoprene. Può tuttavia penetrare negli elastomeri e può causare il rigonfiamento della gomma butilica (IIR), della gomma nitrile (NBR) e dei materiali in etilene-propilene (EPDM).

    La densità della CO2 liquida è circa 1,5 volte quella dell’ammoniaca, con un conseguente incremento della carica massica negli evaporatori, come i grandi refrigeratori a piastre degli impianti industriali. Una maggiore densità significa una maggiore circolazione di olio, che a sua volta richiede separatori di olio negli impianti industriali.

     

  • Efficienza costi

    La CO2 è un sottoprodotto in diverse industrie e quindi il suo prezzo come refrigerante è estremamente ridotto. Gli impianti a CO2, tuttavia, tendono ad essere più costosi rispetto ai sistemi tradizionali a causa delle pressioni più elevate (nei sistemi transcritici) o la maggiore complessità (sistemi transcritici e subcritici). L’introduzione dei sistemi a booster ha consentito di ridurre la complessità degli impianti e il numero delle installazioni a CO2 è aumentato; nel corso del tempo, inoltre, il costo di questi impianti è sceso, avvicinandosi a quello dei sistemi di riferimento a HFC.

    I grandi impianti a CO2 secondari, soprattutto nella refrigerazione industriale, possono essere meno costosi da realizzare rispetto ai corrispettivi a glicole, offrendo quindi un costo iniziale e del ciclo di vita più bassi.

     

  • Applicazioni

    A differenza della maggior parte degli altri refrigeranti, la CO2 è utilizzata in pratica in tre cicli di refrigerazione diversi:
    • In subcritico (impianti a cascata)
    • In transcritico (impianti solo a CO2)
    • Fluido secondario (CO2 utilizzata come glicole volatile)

    La tecnologia utilizzata dipende dall'applicazione e la sede dell'impianto. Vi sono diverse applicazioni in cui la CO2 può essere una soluzione attraente e nelle quali è già utilizzata; per esempio:

    • Refrigerazione industriale. La CO2 è in genere utilizzata in combinazione con l'ammoniaca, in impianti a cascata o come glicole volatile.
    • Refrigerazione alimentare/retail
    • Pompe di calore
    • Trasporto refrigerato

    Danfoss ritiene che la CO2 sarà il refrigerante più importante per gli impianti di refrigerazione commerciale “multipack”. Il nuovo regolamento sugli F-gas è una chiara spinta in questa direzione.

     

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