I refrigeranti a basso GWP stanno rivoluzionando la sicurezza degli impianti HVAC: perché il monitoraggio dei refrigeranti è più importante che mai.

Mentre l'industria globale del riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC) e della refrigerazione accelera la transizione verso refrigeranti a basso GWP (potenziale di riscaldamento globale lorda), i requisiti di sicurezza dei prodotti stanno entrando in una nuova fase.

Quella che un tempo era una discussione incentrata principalmente sulle prestazioni di raffreddamento e sull'efficienza energetica, ora si concentra sempre più sulla sicurezza del refrigerante, sul rilevamento delle perdite e sulla protezione del sistema.

Questo cambiamento è guidato contemporaneamente da due forze. Da un lato, le normative ambientali spingono i produttori di apparecchiature originali (OEM) e i progettisti di sistemi ad abbandonare i refrigeranti tradizionali ad alto GWP. Dall'altro lato, molte delle nuove alternative a basso GWP introducono caratteristiche di sicurezza diverse, in particolare per quanto riguarda l'infiammabilità, il che rende il monitoraggio del refrigerante sempre più importante.

Per i produttori di condizionatori d'aria, pompe di calore, deumidificatori, sistemi di refrigerazione commerciale e altre apparecchiature HVAC/R, il rilevamento delle perdite di refrigerante sta diventando una parte importante della progettazione del prodotto, della pianificazione della conformità e della competitività di mercato a lungo termine.

Le normative globali sui refrigeranti stanno spingendo il settore verso il futuro.

La transizione globale verso i refrigeranti non sta avvenendo in un unico mercato.

L'emendamento di Kigali ha stabilito la direzione generale per la graduale eliminazione degli HFC a livello globale, ma i singoli paesi e regioni stanno implementando restrizioni diverse sui refrigeranti, soglie di GWP, normative sulle apparecchiature e tempistiche di transizione differenti.

I produttori devono quindi valutare non solo il GWP di un refrigerante, ma anche:

• il mercato di riferimento;
• categoria di attrezzature;
• classificazione di sicurezza del refrigerante;
• norme di sicurezza applicabili;
• limiti di addebito;
• requisiti per la gestione delle perdite;
• tempistiche normative future.

Una panoramica più ampia dei principali quadri normativi di transizione statunitensi, europei, giapponesi e di altre regioni è disponibile in questa guida alle normative globali sui refrigeranti.

Stati Uniti

Il mercato statunitense del riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC) si sta rapidamente orientando verso alternative a basso GWP (potenziale di riscaldamento globale) nell'ambito dell'AIM Act e del quadro di transizione tecnologica dell'EPA (Agenzia per la protezione ambientale statunitense).

Ciò ha accelerato l'adozione di refrigeranti come R32 e R454B negli impianti di condizionamento e nelle pompe di calore per uso residenziale e commerciale leggero.

Poiché entrambi i refrigeranti sono classificati come A2L, i produttori di apparecchiature devono sempre più considerare il rilevamento dei refrigeranti, la gestione del flusso d'aria e le strategie di mitigazione come parte integrante dell'architettura di sicurezza complessiva.

Unione Europea

Il regolamento UE sui gas fluorurati sta spingendo determinate categorie di apparecchiature per il riscaldamento, la ventilazione e il condizionamento dell'aria (HVAC) e la refrigerazione verso limiti di GWP (potenziale di riscaldamento globale) sostanzialmente inferiori.

Questa transizione sta generando un maggiore interesse non solo per i refrigeranti A2L, ma anche per i refrigeranti naturali a bassissimo GWP come il propano R290.

Per i produttori di apparecchiature originali (OEM) che si rivolgono al mercato europeo, la scelta del refrigerante deve quindi bilanciare:

GWP + Infiammabilità + Limiti di carica + Architettura delle apparecchiature + Controlli di sicurezza

Giappone e altri mercati asiatici

In Giappone si attribuisce grande importanza alla gestione del ciclo di vita dei refrigeranti, alla prevenzione delle perdite, alle pratiche di manutenzione e al corretto recupero dei refrigeranti.

Anche in altri mercati asiatici, tra cui la Corea del Sud, la tendenza è quella di utilizzare refrigeranti a basso GWP e di adottare pratiche di gestione dei refrigeranti più efficienti.

Sebbene i dettagli normativi differiscano, la tendenza del settore è costante:

I sistemi HVAC/R stanno diventando più ecologici, mentre i requisiti di sicurezza dei refrigeranti assumono un'importanza sempre maggiore.

Perché il monitoraggio del refrigerante sta diventando una capacità di sicurezza fondamentale

I refrigeranti a basso GWP offrono chiari vantaggi ambientali, ma alcuni introducono anche nuove problematiche in termini di sicurezza.

L'R32 e l'R454B, ad esempio, sono classificati come refrigeranti leggermente infiammabili di classe A2L , mentre il propano R290 è classificato come A3.

Se si verifica una perdita di refrigerante all'interno di uno spazio chiuso o scarsamente ventilato, la concentrazione risultante può diventare un problema di sicurezza a seconda di:

• tipo di refrigerante;
• quantità di carica;
• tasso di perdita;
• volume della stanza;
• flusso d'aria;
• costruzione di attrezzature;
• potenziali fonti di innesco.

Ciò rende il rilevamento delle perdite di refrigerante una funzionalità sempre più importante nelle moderne apparecchiature HVAC.

Un sistema di rilevamento del refrigerante può aiutare le apparecchiature a:

1. identificare una concentrazione anomala di refrigerante;
2. trasmettere il segnale al controller principale;
3. attivare la logica di mitigazione predefinita;
4. azionare la ventilazione o i ventilatori;
5. valvole di controllo o compressori;
6. attivare un allarme o arrestare il sistema, se necessario.

Il sensore diventa quindi parte di un'architettura di controllo della sicurezza più ampia, anziché fungere semplicemente da componente di misurazione indipendente.

I refrigeranti a basso GWP stanno alimentando la domanda di nuovi sensori

Il passaggio dai refrigeranti tradizionali a R32, R454B, R290 e altre alternative a basso GWP sta incrementando la domanda di tecnologie di rilevamento dei refrigeranti.

Per i produttori di sistemi HVAC, la sfida non consiste semplicemente nel trovare un sensore che risponda al refrigerante.

Un sensore di refrigerante pratico deve inoltre tenere conto dei seguenti aspetti:

• selettività del gas bersaglio;
• intervallo di rilevamento;
• velocità di risposta;
• influenza della temperatura;
• umidità e condensa;
• interferenza incrociata;
• deriva a lungo termine;
• durata di servizio;
• dimensioni meccaniche;
• interfaccia di comunicazione;
• costo di integrazione.

Pertanto, piattaforme di apparecchiature diverse possono richiedere tecnologie di rilevamento diverse.

Un condizionatore d'aria residenziale compatto, ad esempio, potrebbe privilegiare le dimensioni del sensore, il costo e la lunga durata di funzionamento.

Una pompa di calore installata all'esterno potrebbe richiedere prestazioni ottimali in un ampio intervallo di temperature e una maggiore resistenza alla condensa.

Un sistema VRF o un sistema di refrigerazione commerciale possono richiedere un monitoraggio distribuito, la comunicazione digitale e molteplici punti di rilevamento.

Per i produttori di apparecchiature originali (OEM), la scelta del sensore del refrigerante sta diventando sempre più una decisione da prendere nelle prime fasi della progettazione del sistema.

Perché la tecnologia NDIR è particolarmente adatta al rilevamento delle perdite di refrigerante

Tra le tecnologie di rilevamento dei refrigeranti disponibili, la spettroscopia infrarossa non dispersiva (NDIR) è diventata un'importante via tecnica per le applicazioni che richiedono elevata selettività e monitoraggio continuo stabile.

La tecnologia NDIR sfrutta il fatto che diverse molecole di gas assorbono la radiazione infrarossa a lunghezze d'onda caratteristiche.

Un processo di misurazione semplificato è il seguente:

Sorgente a infrarossi → Gas refrigerante → Assorbimento a infrarossi → Rivelatore → Segnale di concentrazione

Poiché la misurazione si basa sull'assorbimento ottico, la tecnologia NDIR offre diverse caratteristiche utili per le applicazioni HVAC.

Alta selettività

Le caratteristiche bande di assorbimento nell'infrarosso consentono di distinguere i refrigeranti di interesse da molti gas di fondo comuni.

Ciò contribuisce a ridurre l'influenza di sostanze quali:

• vapore acqueo;
• CO₂;
• vapori di alcol;
• nebbia oleosa;
• altri fattori ambientali interferenti.

Ampia adattabilità ambientale

Le apparecchiature HVAC possono subire notevoli variazioni di temperatura.

A seconda della specifica configurazione del sensore, i prodotti Winsen per il rilevamento del refrigerante possono supportare ampi intervalli di temperatura di esercizio e compensazioni ambientali per soddisfare le condizioni operative più impegnative delle apparecchiature.

Lunga durata

Il processo di misurazione ottica non si basa sul consumo continuo di un materiale di rilevamento chimico.

Ciò rende NDIR adatto ad apparecchiature che si prevede rimarranno in funzione per molti anni.

Uscita a concentrazione stabile

I sensori NDIR possono fornire dati di output relativi alla concentrazione, adatti all'integrazione nei sistemi di controllo degli apparecchi.

Ciò consente al segnale del refrigerante di diventare parte di:

Rilevamento → Analisi → Mitigazione → Protezione

piuttosto che fungere solo da semplice indicatore di perdite.

La condensa rappresenta una vera sfida all'interno degli impianti HVAC.

Le condizioni ambientali reali all'interno di un condizionatore d'aria o di una pompa di calore possono essere molto più estreme rispetto ai test di laboratorio a temperatura ambiente.

A seconda della posizione di installazione, un sensore del refrigerante potrebbe incontrare:

• alta umidità;
• condensazione;
• rapidi cicli di temperatura;
• olio refrigerante;
• vibrazione;
• calore del compressore;
• variazioni del flusso d'aria;
• Lunghi periodi senza che si verificasse una perdita effettiva.

La condensazione è particolarmente importante.

Un sensore installato in prossimità di evaporatori o tubazioni del liquido freddo può essere soggetto a ripetute variazioni tra elevata umidità e basse temperature superficiali.

Per questo motivo, la valutazione da parte dell'OEM dovrebbe considerare non solo la risposta di base del refrigerante, ma anche il comportamento del sensore in condizioni ambientali HVAC realistiche.

Rilevamento del refrigerante tramite tecnologie multiple per diverse configurazioni di impianti HVAC.

Non esiste un'unica tecnologia di rilevamento del refrigerante che sia ottimale per ogni prodotto.

Winsen offre diverse soluzioni tecniche per il rilevamento delle perdite di refrigerante, tra cui:

• Rilevamento a infrarossi NDIR
• rilevamento a semiconduttore
• rilevamento della conduttività termica

Ciò consente ai produttori OEM di selezionare una soluzione in base al tipo di refrigerante, al posizionamento del prodotto, allo spazio di installazione, alle condizioni ambientali e al costo del sistema.

È possibile esplorare il portfolio completo sulla pagina dedicata alle soluzioni di sensori per refrigeranti Winsen.

Sensori di refrigerante NDIR

Le soluzioni NDIR sono particolarmente adatte laddove i clienti attribuiscono priorità a:

• elevata selettività;
• rilevamento affidabile della concentrazione;
• stabilità a lungo termine;
• elevata capacità antiveleni;
• Monitoraggio online continuo.

I refrigeranti target tipici possono includere R32, R454B, R290 e altri refrigeranti a seconda della configurazione del sensore.

Sensori di refrigerante a semiconduttore

La tecnologia dei semiconduttori può rappresentare un'opzione interessante per le applicazioni in cui:

• Le dimensioni compatte sono importanti;
• Il controllo dei costi è fondamentale;
• È necessaria una produzione ad alto volume;
• È sufficiente un rilevamento delle perdite qualitativo o basato su soglie.

Sensori di refrigerante a conducibilità termica

Il rilevamento della conduttività termica offre un'ulteriore via per le applicazioni che richiedono:

• integrazione compatta;
• basso consumo energetico;
• monitoraggio delle perdite di refrigerante;
• architettura di sistema semplificata.

Offrire diverse tecnologie permette di adattare il principio di rilevamento al prodotto specifico, anziché imporre a tutte le piattaforme HVAC l'utilizzo dello stesso approccio.

Applicazioni tipiche dei sensori di refrigerante

Condizionatori d'aria residenziali

Gli impianti di climatizzazione residenziali richiedono sensori compatti in grado di funzionare in modo affidabile per lunghi periodi con una manutenzione limitata.

I potenziali luoghi di monitoraggio possono includere aree vicine a:

• serpentine dell'evaporatore;
• giunti per tubi refrigeranti;
• scambiatori di calore;
• probabili zone di accumulo di refrigerante.

Pompe di calore

Le pompe di calore possono funzionare in un intervallo di temperature e umidità molto più ampio rispetto agli apparecchi installati solo all'interno dell'abitazione.

La scelta del sensore dovrebbe quindi tenere conto dei seguenti aspetti:

• avvio a freddo;
• funzionamento ad alta temperatura;
• condensazione;
• cicli di sbrinamento;
• esposizione agli agenti atmosferici esterni.

Sistemi VRF e multisplit

I sistemi VRF in genere contengono cariche di refrigerante più grandi e reti di tubazioni più lunghe.

Ciò può aumentare l'importanza di:

• rilevamento distribuito;
• molteplici punti di monitoraggio;
• comunicazione stabile;
• Collegamento degli allarmi a livello di sistema.

Refrigerazione commerciale

Le applicazioni di refrigerazione commerciale possono includere:

• Vetrine refrigerate;
• celle frigorifere;
• unità di condensazione;
• scaffalature refrigerate;
• refrigeratori.

Diversi tipi di refrigerante e diverse architetture di sistema richiedono diverse strategie di posizionamento dei sensori e di rilevamento.

I sensori di refrigerante stanno diventando parte integrante dell'architettura di controllo degli impianti HVAC.

La crescente importanza dei sensori di refrigerante riflette un cambiamento più ampio nella progettazione dei sistemi HVAC.

Le apparecchiature di ultima generazione integrano sempre più spesso molteplici parametri di rilevamento.

Per esempio:

Sensore di refrigerante + Sensore di pressione + Sensore di temperatura + Unità di controllo principale

Insieme, questi componenti permettono all'apparecchiatura di capire non solo se è presente il refrigerante, ma anche le condizioni di funzionamento del circuito di refrigerazione.

Il sistema di controllo può quindi utilizzare queste informazioni per supportare:

• individuazione delle perdite;
• diagnosi dei guasti;
• controllo della ricerca;
• Protezione del compressore;
• controllo delle valvole;
• Spegnimento del sistema;
• segnalazione di allarme da remoto.

Ciò rappresenta una transizione più ampia dal semplice monitoraggio delle apparecchiature verso un controllo di sicurezza intelligente.

La regolamentazione definisce la direzione, l'ingegneria della sicurezza definisce il prodotto.

Le normative ambientali e gli standard di sicurezza delle attrezzature svolgono ruoli diversi.

Le normative sui refrigeranti influiscono su:

quali refrigeranti possono utilizzare i produttori.

Gli standard di sicurezza delle apparecchiature influenzano:

come devono essere progettati in modo sicuro i sistemi che utilizzano tali refrigeranti.

Per i produttori di apparecchiature originali (OEM) di sistemi HVAC, entrambi gli aspetti devono essere considerati congiuntamente.

Il futuro della refrigerazione e del condizionamento dell'aria non è quindi semplicemente:

GWP inferiore

ma piuttosto:

Potenziale di riscaldamento globale (GWP) inferiore + maggiore efficienza + maggiore sicurezza + monitoraggio più intelligente

Un rilevamento affidabile del refrigerante contribuisce a collegare questi obiettivi.

Domande frequenti

Perché il rilevamento delle perdite di refrigerante sta diventando sempre più importante?

Poiché i sistemi HVAC utilizzano sempre più spesso i refrigeranti A2L e A3, le perdite di refrigerante possono diventare un problema di sicurezza, oltre che di efficienza e impatto ambientale.

Un sistema di rilevamento affidabile consente alle apparecchiature di identificare concentrazioni anomale di refrigerante e di avviare le opportune azioni correttive.

Quali refrigeranti vengono comunemente monitorati?

A seconda dell'applicazione, i sensori di refrigerante possono essere progettati per gas quali:

• R32;
• R454B;
• R290;
• R134a;
• R410A;
• altri refrigeranti.

Il sensore corretto deve essere sempre selezionato in base al refrigerante specifico e all'architettura dell'apparecchiatura.

Perché scegliere il rilevamento del refrigerante NDIR?

NDIR offre un'elevata selettività, una buona stabilità a lungo termine, resistenza all'avvelenamento e una risposta dipendente dalla concentrazione, caratteristiche che lo rendono particolarmente adatto a numerose applicazioni HVAC di lunga durata.

NDIR è sempre la soluzione migliore?

No.

Le tecnologie dei semiconduttori e della conduttività termica possono offrire vantaggi per particolari applicazioni in termini di costi, dimensioni, consumo energetico o architettura di rilevamento.

La soluzione più appropriata dipende dal progetto OEM specifico.

È possibile utilizzare sensori per il refrigerante nelle pompe di calore?

Sì. Le serrature scorrevoli portatili e i catenacci a superficie possono essere usati per mettere in sicurezza una porta a scomparsa dall'esterno. Alcuni kit con catena di sicurezza consentono anche il bloccaggio esterno con chiave o manopola girevole.

I sensori di refrigerante possono essere utilizzati in condizionatori d'aria, pompe di calore, deumidificatori, apparecchiature di refrigerazione commerciali e altri sistemi HVAC/R.

Tuttavia, le applicazioni con pompa di calore richiedono un'attenta considerazione dell'intervallo di temperatura, dell'umidità, della condensa e delle condizioni di installazione.

L'installazione di un sensore di refrigerante rende automaticamente l'apparecchiatura conforme alle normative?

No.

Il sensore del refrigerante è un componente dell'architettura di sicurezza completa.

La conformità finale dipende dalla progettazione completa dell'apparecchiatura, dalla carica di refrigerante, dal posizionamento dei sensori, dalla logica di mitigazione, dagli standard applicabili e dal mercato di destinazione.

Refrigeranti più sicuri necessitano di sistemi di rilevamento più intelligenti

La transizione globale verso refrigeranti a basso GWP sta rimodellando le apparecchiature HVAC.

I refrigeranti R32, R454B, R290 e altri contribuiscono a ridurre l'impatto climatico diretto dei sistemi di raffreddamento, ma richiedono anche ai produttori di apparecchiature originali (OEM) di prestare maggiore attenzione al rilevamento delle perdite e alla sicurezza del sistema.

Per la prossima generazione di apparecchiature HVAC, il vantaggio competitivo deriverà sempre più dall'equilibrio tra:

Prestazioni ambientali + Efficienza energetica + Sicurezza + Affidabilità

I sensori di refrigerazione forniscono le informazioni ambientali necessarie per rendere possibile questo equilibrio.

Grazie alle tecnologie di rilevamento NDIR, a semiconduttore e a conducibilità termica, Winsen offre soluzioni flessibili per il rilevamento del refrigerante in condizionatori d'aria, pompe di calore, deumidificatori, sistemi di refrigerazione e altre apparecchiature HVAC/R.

Per la selezione OEM, la valutazione tecnica e il supporto all'integrazione, visita la pagina Winsen Refrigerant Sensor Solution.