Focus | 13 Marzo 2017 | Autore: Paolo Longhi

Il futuro della climatizzazione

Dai vecchi impianti operanti a R22 ai moderni che utilizzano HFO-1234yf. I sistemi di climatizzazione sono al centro di una rivoluzione che coinvolge numerose discipline. Ecco la situazione attuale e le auto che utilizzano gli impianti più moderni.
 

I gas utilizzati negli impianti di aria climatizzata sono stati numerosi e la loro evoluzione nel tempo ha seguito un percorso volto a limitare la produzione di effetto serra.
Le auto più datate oggi in circolazione utilizzano il famoso Freon 22 o R22, ma subito dopo i costruttori avevano iniziato a realizzare vetture con impianti di climatizzazione funzionanti con HFC R134a, un refrigerante che però sta per essere soppiantato da un altro fluido frigorigeno che in molti avranno già sentito nominare: HFO-1234yf.
La normativa MAC (Mobile Air Conditioning) 2006/40/EC è quella che raccoglie tutte le indicazioni per i veicoli, al di sotto dei 35 quintali, dotati di impianto di climatizzazione. Giusto per completezza, ricordiamo che le vetture che si sono dovute adeguare a questa normativa sono tutte quelle omologate dal mese di gennaio del 2011.
Sottolineiamo il riferimento alla data di omologazione e non quella di costruzione. Veicoli nuovi, omologati prima del gennaio 2011, ma costruiti anche dopo il 2011 possono essere prodotti ancora con il fluido utilizzati sui modelli della prima serie.
 
L'evoluzione della normativa
Proprio dal gennaio di quest'anno, tutti i nuovi veicoli devono essere equipaggiati con fluidi refrigeranti o frigorigeni capaci di garantire un GWP (Global Warming Potential) minore di 150.
Per capire come si sono evolute le richieste della normativa, è interessante ripercorrere i momenti principali che hanno portato alla regolamentazione moderna.
Prima di ricostruire i passaggi storici della normativa che si occupa di regolamentare i fluidi utilizzati dagli impianti di climatizzazione, chiariamo il significato di GWP.
Il Global Warning Potential è una misura del contributo di differenti gas al riscaldamento globale. In pratica, viene calcolato confrontando il calore intrappolato da una certa massa del gas in questione rispetto alla quantità di calore intrappolata da una massa simile di anidride carbonica in un determinato tempo.
L'IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) ha stabilito per convenzione di assegnare valore 1 al GWP dell'anidride carbonica. Quindi, più è elevato il valore del GWP di un gas e maggiore sarà la sua tendenza a produrre effetto serra e quindi aumentare il riscaldamento del nostro pianeta.
Il calcolo del GWP è un'operazione estremamente complessa e ci possono essere anche scostamenti importanti per lo stesso tipo di gas a seconda dei parametri di misurazione.
Un HCFC-22 può avere un valore di GWP intorno a 2.000, valore che con le tolleranze può ridursi fino a circa 1,200 o arrivare anche fino a circa 2.500.
L'HFC-134a più comunemente utilizzato oggi ha un GWP di 1.430.
Si pensi che il prodotto di DuPont (Opteon® YF, meglio noto come HFO-1234yf), che oggi sembra essere il futuro dei moderni impianti di climatizzazione per auto, vanta un GWP pari a 4, ossia ben il 97% inferiore rispetto a ciò che richiede l'attuale normativa in vigore.
Tra l'altro, aspetto da non sottovalutare, questo refrigerante, che è stato testato dalla SAE, ha mostrato di avere performance migliori anche della CO2, un altro gas che negli ultimi anni è stato preso in considerazione come valida alternativa.
Ne parleremo più avanti all'interno di questo articolo.
Torniamo ora alla normativa e alla sua evoluzione. Il 17 maggio del 2006 l'Unione Europea pubblica il regolamento che prevede l'utilizzo di nuovi refrigeranti con GWP inferiore a 150. Bisognerà aspettare il 4 luglio del 2017 affinché la regolamentazione sui gas per impianti di aria climatizzata entri in funzione (Regolamento EU n° 842/2006).
Il 13 febbraio del 2008 i due più grandi produttori di gas a basso effetto serra, Honeywell e DuPont presentano HFO-1234yf all'Alternative Refrigerant Winter Meeting della VDA (ossia l'associazione tedesca per l'industria automotive).
Il primo dicembre del 2008 inizia il processo di registrazione del gas HFO-1234yf presso la ECHA (ossia la European Chemicals Agency).
Arriva il fatidico gennaio 2011, data a decorrere dalla quale, per ordine della direttiva MAC non possono essere più utilizzati gas refrigeranti aventi un GWP superiore a 150. Il terremoto in Giappone, con le conseguenze di Fukushima, ritarda l'applicazione della direttiva all'1 gennaio 2013.
Il periodo successivo mette in luce alcuni problemi sollevati da Daimler, che attraverso dei test effettuati su veicoli di propria produzione pone alcuni dubbi sulla sicurezza dell’uso di HFO-1234yf. È il 25 settembre del 2012.
Il 24 luglio del 2013 è la SAE americana che, dopo aver analizzato anch’essa i potenziali problemi di sicurezza del nuovo refrigerante dichiara che i test di Daimler non sono realisti e che dal punto di vista della sicurezza i rischi di incendio derivanti dall’uso del gas HFO-1234yf sono fino a sei ordini di grandezza inferiori rispetto a tutte le altre possibili cause di incendio dovute a tutti gli altri sistemi del veicolo.
A conferma di quanto detto dalla SAE, arriva la comunicazione dei risultati di altre verifiche ad opera della KBA tedesca che, il 31 ottobre 2013, dichiara il refrigerante HFO-1234yf non pericoloso.
Come anticipato, si arriva quindi al primo gennaio di quest’anno, data dalla quale ogni nuovo veicolo dovrà essere equipaggiato con un refrigerante avente un GWP inferiore a 150.
 
L'HFO-1234yf sulla produzione odierna
Sono già numerose le auto che utilizzano il gas HFO-1234yf come refrigerante per gli impianti di aria climatizzata e si tratta di modelli presenti in ogni parte del mondo, anche se Europa e Stati Uniti la fanno da padrone.
Partiamo allora dal Vecchio Continente e vediamo alcuni modelli di costruttori differenti. Nel segmento dei veicoli commerciali è quasi scontato ricordare il Ford Transit, mentre se volgiamo l'attenzione al settore dei SUV scopriamo mezzi come Hyundai Santa Fe e Infiniti.
A differenza di quello che molti potrebbero pensare, anche veicoli di segmento più basso stanno già implementando sistemi di climatizzazione con HFO-1234yf. Tra questi la Hyundai i30, la Citroën C4 e la l'Honda Jazz.
Negli Stati Uniti, i modelli che impiegano il nuovo gas sono altrettanto noti, e non solo su suolo americano. Si parte dalla Fiat 500, per passare a numerosi modelli Dodge come Challenger, Charger, Dart e, sebbene il marchio non sia più Dodge, il Ram 1500. Ma anche Chrysler 200C, 200S, 300 e 300C così come la Cadillac XTS.
 
Le FAQ sul gas HFO-1234yf
Le FAQ (Frequently Asked Question, domande frequenti) in merito al nuovo gas sono numerose, soprattutto da parte degli operatori del settore, che presto si troveranno a gestire sempre più auto equipaggiate con questo gas.
Ecco allora alcuni veloci chiarimenti in merito a dubbi o curiosità legate a questo refrigerante.
Chi ha sviluppato e chi produce l'HFO-1234yf?
Questo gas è stato sviluppato congiuntamente da DuPont e Honeywell, ma le due aziende lo vendono separatamente con marchio differente.
Quanto costa l'HFO-1234yf?
Approssimativamente possiamo dare un ordine di grandezza: il costo del gas HFO-1234yf è circa 10 volte superiore rispetto al precedente R134a.
Se guardiamo al mercato americano, che è sempre molto attento al problema dei costi, si parla di prezzi di acquisto all'ingrosso, dell'ordine dei 100 USD/kg che porterebbe secondo un comunicato della SAE a costi prossimi ai 160 USD/kg presso le officine di ricarica.
Vale comunque la pena sottolineare che l'approvvigionamento dell'HFO-1234yf è ancora basso a causa della limitata produzione da parte dei produttori (DuPont e Honeywell, con quest'ultima che sembra avere ancora dei problemi con il proprio brevetto, sia in Europa sia negli USA).
Quali sono i problemi nell'implementazione del gas HFO-1234yf?
Rispetto al gas R-134°, che non è infiammabile, il nuovo refrigerante, pur non rappresentando un problema di sicurezza, richiede un raffreddamento dedicato attraverso l'inserimento all'interno del circuito di un apposito radiatore noto anche come IHX (Internal Heat Exchanger, normativa SAE J2842). Cosa che naturalmente porta a un incremento ulteriore dei costi di produzione.
È possibile trasformare il vecchio impianto a R134a in modo tale da farlo funzionare con HFO-1234yf?
No, il processo di retrofit non è possibile, ma potrebbe accadere che alcuni riforniscano un nuovo impianto a HFO-1234yf con R134a.
Le attrezzature per la manutenzione sono differenti?
Sì, le macchine per la diagnosi e per la carica dei nuovi impianti sono differenti e, se facciamo riferimento alla sola normativa SAE, dovranno rispondere alla regolamentazione SAE J2843 R/R/R per la ricarica, alla SAE J2912 o SAE J2927 per gli analyzer e alla SAE J2913 per l'analisi delle perdite.
Esistono comunque stazioni di ricarica “bi-gas”, pensate appunto per l’utilizzo di entrambi i refrigeranti.
 
L'uso della CO2
L'idea di utilizzare l'anidride carbonica come gas per gli impianti di aria climatizzata non è certo nuova. Se ne parla da qualche decina d'anni, ma il vero problema legato al suo impiego rimane sia la bassa efficienza energetica, soprattutto nelle località con climi caldi, sia l'insito pericolo (asfissia) che questo gas rappresenterebbe in caso di fuoriuscita dall'impianto.
Sebbene questo gas abbia tutte le prerogative per costituire una valida alternativa, e ottemperi perfettamente alla normativa in vigore, bisogna dire che a differenza dei refrigeranti proposti da DuPont e Honeywell, l'impiego di CO2 richiede una rivisitazione totale dell'impianto di climatizzazione (è necessario che l'impianto sia a elevata pressione e questo fatto rappresenta un vincolo progettuale importante), a fronte invece di un aggiornamento molto più leggero necessario per impiegare l'HFO-1234yf.
Test effettuati dalla JAMA (Japanese Automobile Manufacturers Association) hanno anche dimostrato che in corrispondenza delle temperature più elevate il refrigerante HFO-1234yf risulta più efficiente a tal punto da indurre una minor produzione di anidride carbonica da parte dei veicoli che lo impiegano.
 

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