Anidride carbonica (CO₂)

Dal punto di vista ambientale, la CO₂ è un refrigerante molto interessante, con un ODP pari a zero e un GWP pari a 1. È una sostanza che si trova in natura ed è presente in abbondanza nell'atmosfera.

La CO₂ è un refrigerante ad alta pressione per il quale sono necessarie alte pressioni di esercizio per un funzionamento efficiente. Durante un fermo macchina, la temperatura ambiente può raggiungere e superare la temperatura critica e la pressione può superare la pressione critica. Di conseguenza, i sistemi sono in genere progettati per resistere a pressioni fino a 90 bar, e talvolta sono persino dotati di una piccola unità condensante compatibile con il fermo macchina per mantenere basse le pressioni.

Al tempo stesso, la CO₂ ha un basso rapporto di compressione (dal 20 al 50% in meno degli HFC e dell'ammoniaca), e ciò ne migliora l'efficienza volumetrica. Con temperature di evaporazione comprese tra -55 ºC e 0 ºC, la prestazione volumetrica della CO₂ è ad esempio da quattro a dodici volte superiore a quella dell'ammoniaca, e ciò consente di utilizzare compressori con volumi generati ridotti.

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 dell'impianto contenenti 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.

La CO₂ non reagisce con i metalli più comuni né con i componenti in Teflon®, PEEK o neoprene. Può tuttavia penetrare negli elastomeri e 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 superiore a quella dell'ammoniaca, con conseguente aumento della carica massica negli evaporatori, come nel caso dei chiller a piastre grandi negli impianti industriali di grandi dimensioni. Una maggiore densità significa una maggiore circolazione d'olio, che a sua volta richiede separatori d'olio efficaci per gli impianti industriali.

La CO₂ è il sottoprodotto di diverse industrie, e ciò fa sì che il suo prezzo sia basso. Tuttavia, gli impianti a CO₂ tendono a essere più costosi dei sistemi tradizionali, a causa delle pressioni più alte (nel caso degli impianti transcritici) o della complessità maggiore (negli impianti sia transcritici che subcritici). La complessità dei sistemi tende a diminuire con l'introduzione dei sistemi Booster e con l'aumento del numero di impianti a CO₂, e l'esperienza mostra che il costo si avvicina a quello dei sistemi di riferimento che utilizzano gli HFC.

In secondo luogo, gli impianti a CO₂ di grandi dimensioni, soprattutto nel settore della refrigerazione industriale, possono essere meno costosi da realizzare rispetto ai corrispettivi a glicole, e offrono quindi costi iniziali e del ciclo di vita più bassi.

A differenza della maggior parte dei refrigeranti, la CO₂ viene utilizzata nella pratica in tre diversi cicli di refrigerazione:

• In subcritico (sistemi in cascata) 
• In transcritico (impianti solo a CO₂)
• Fluido secondario (CO₂ usata come fluido termovettore) 

La tecnologia utilizzata dipende dall'applicazione e dalla sede dell'impianto. Esistono diverse applicazioni per le quali la CO₂ è una soluzione interessante e nelle quali essa è già ampiamente utilizzata oggi: 

• Refrigerazione industriale. La CO₂ generalmente è utilizzata in combinazione con l'ammoniaca, sia in sistemi in cascata sia come fluido termovettore 
• Refrigerazione alimentare/refrigerazione per la vendita al dettaglio di prodotti alimentari
• Pompe di calore
• Refrigerazione da trasporto

Danfoss ritiene che la CO₂ diventerà il principale refrigerante nei sistemi di refrigerazione commerciale multipack. Il regolamento sugli F-gas rappresenta una chiara spinta in questa direzione. 

Gli impianti a CO₂ possono essere estesi anche al recupero termico. Spesso l'investimento supplementare necessario per recuperare il calore di scarto è trascurabile, come dimostrano numerosi casi.

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Applicazioni a CO₂ nella vendita al dettaglio di prodotti alimentari

Applicazioni a CO₂ nella refrigerazione industriale

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