SPECIAL CHILLVENTA 2018

SPECIAL CHILLVENTA

LA RIVISTA PER I PROFESSIONISTI DEGLI IMPIANTI HVAC&R LE ALTERNATIVE AGLI HFC IN ITALIA: PUNTI DI FORZA, CRITICITÀ E PROSPETTIVE PAG/PAGE

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ALTERNATIVES TO HFC IN ITALY: STRENGHTS, WEAKNESSES AND PERSPECTIVES SUPERMARKET, LE CONDIZIONI DI COMFORT TERMICO NELLE AREE REFRIGERATE SUPERMARKET, THERMAL COMFORT CONDITIONS IN REFRIGERATED AREAS

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L’R-152A PUÒ ESSERE UNA VALIDA ALTERNATIVA ALL’R-134A NELLA REFRIGERAZIONE DOMESTICA? CAN R-152A BE A VALID ALTERNATIVE TO R-134A IN DOMESTIC REFRIGERATORS?

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FLUIDI REFRIGERANTI A

REFRIGERANT OPTIONS FOR

R404A NEI TRASPORTI

REFRIGERATION SYSTEMS

di S. Mancin, G. Righetti*

by S. Mancin, G. Righetti*

ridotto effetto serra per sostituire R404A replacement in truck IL REGOLAMENTO F-GAS STA SPINGENDO A TROVARE NUOVI FLUIDI REFRIGERANTI A RIDOTTO EFFETTO SERRA. I RISULTATI DI UNA RICERCA CHE HA PREVISTO L’USO DI R452A IN UN GRUPPO FRIGORIFERO INSTALLATO SU UN CAMION FRIGO DEDICATO AL TRASPORTO REFRIGERATO

Le normative internazionali, quali il Regolamento F-Gas in Europa, e il progressivo aumento del costo degli HFC rendono sempre più pressante la richiesta di sostituti a ridotto effetto serra. Tale processo di progressiva riduzione è già in corso da qualche anno nel settore dei trasporti refrigerati e le esperienze maturate possono essere facilmente estese a settori diversi della refrigerazione.

Alcune aziende produttrici di sistemi frigoriferi per camion già dal 2015 stanno proponendo R452A come sostituto di drop-in di R404A, ma purtroppo questa è una soluzione adottabile solo fino al 2022, secondo l’attuale Regolamento F-Gas. Serve quindi una approfondita ricerca per individuare soluzioni a basso effetto serra di lungo termine. In tal senso, vengono qui riportati i principali risultati di una ricerca condotta presso l’Università di Padova.

L’IMPATTO AMBIENTALE DELLA REFRIGERAZIONE

Per molti alimenti la refrigerazione è un aspetto fondamentale in ogni fase del processo di lavorazione, distribuzione e conservazione.

L’impatto ambientale dovuto alla refrigerazione è molto elevato: si stima che circa il 3% delle emissioni globali di CO2 equivalente

siano dovute alla refrigerazione di derrate alimentari, di cui circa l’11% sia da attribuirsi alla refrigerazione durante il trasporto (Wakeland et al., 2012; Garnett 2007).

In un report di un’azienda inglese produttrice di trasporti refrigerati, ripreso dal sito internet dell’IIR [1], è evidenziato come l’aumento demografico e il cambiamento delle abitudini alimentari abbiano avuto un forte impatto sul trasporto refrigerato. Si stima che entro il 2025 i veicoli refrigerati circolanti sulle nostre strade, che nel 2013 erano stimati tra i 3 e i 4 milioni, possano raggiungere i 15,5 milioni.

Tale crescita è dovuta tra l’altro all’aumento della tendenza a consumare cibi fuori stagione e all’importanza crescente dei mercati emergenti, in termini sia di importazioni sia di esportazioni, rispettivamente +12% e +6% annui per il solo mercato italiano. Ogni singolo gruppo di refrigerazione alimentato da un convenzionale motore diesel causa l’emissione di NOx fino a 6 volte e la produzione di particolato fino a 29 volte maggiore rispetto a un moderno camion diesel Euro6: 15,5 milioni di veicoli significano fino a 740 milioni di tonnellate di CO2 equivalente ogni anno per le sole unità di refrigerazione ed emissioni di particolato paragonabili a quelle di 450 milioni di camion diesel Euro6.

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THE F-GAS REGULATION IS PUSHING TO FIND NEW REFRIGERANTS WITH REDUCED GREENHOUSE EFFECT. THIS PAPER PRESENTS THE RESULTS OF A RESEARCH THAT INVOLVED THE USE OF R452A IN A REFRIGERATION UNIT INSTALLED ON A REFRIGERATOR TRUCK DEDICATED TO REFRIGERATED TRANSPORT International regulations, such as F-Gas Regulation 517/2014 in Europe, and the gradual increase in the cost of HFCs make the demand for substitutes of high greenhouse gases increasingly urgent. Such a gradual reduction process has already been underway for several years in the refrigerated transport sector and the experience gained can be easily extended to different refrigeration sectors.

Since 2015, some manufacturers of refrigeration systems for trucks have been proposing R452A as a drop-in substitute for R404A, but unfortunately this solution will only be adoptable until 2022, under the current F-Gas Regulation.

Additional research is surely needed to find long-term solutions for the replacement of high GWP refrigerants. In this framework, the present work presents the main results of the research conducted at the University of Padua.

THE ENVIRONMENTAL IMPACT OF REFRIGERATION

For many food products, refrigeration is crucial at every stage of the manufacturing, distribution and conservation processes.

The environmental impact of refrigeration

is very high: it is estimated that approximately 3% of equivalent CO2 global emissions are due to foodstuff refrigeration, of which approximately 11% is attributable to the refrigeration during transport (Wakeland et al., 2012; Garnett 2007).

A report prepared by a British manufacturer of refrigerated transport, taken from the website of IIR [1], shows that the increased demographics and the changing eating habits have had a strong impact on refrigerated transport.

It is estimated that the refrigerated vehicles circulating on our roads could reach 15.5 million by 2025; in 2013 they were estimated between 3 and 4 million. Among other things, this growth is due to the increased tendency to consume out-of-season foods and the growing importance of emerging markets, both in terms of imports and exports, respectively +12% and +6% per year for the Italian market alone. As compared to a modern Euro6 diesel truck, every single refrigeration group powered by a conventional diesel engine causes a NOx emission and a particulate production up to 6 times and 29 times higher respectively: 15.5 million of vehicles mean up to 740 million tons of CO2 each year only for the refrigeration units and CONTINUED ON PAGE 2

R452A Inoltre, è bene notare che l’impronta di carbonio di un qualsiasi trasporto refrigerato, ossia il suo impatto sulle emissioni di CO2 equivalente nell’intero arco della sua vita, dalla produzione allo smaltimento, comprende una quota di emissioni diretta, dovuta all’utilizzo e alle eventuali perdite di fluido frigorigeno, e una indiretta, formata dalle quote di energia spese durante il suo ciclo di vita (Wu et al., 2013).

Attualmente la maggior parte delle unità installate su trasporti refrigerati utilizza come fluido frigorigeno R404A, che ha un indice GWP di 3943, ben superiore ai limiti imposti dal Regolamento F-gas [1], che prevede che a partire dall’1 gennaio 2020 nei sistemi refrigerati commerciali non potranno più essere impiegati refrigeranti con un GWP superiore a 2500, valore che scenderà a 150 dall’1 gennaio 2022.

Alcune tra le principali aziende produttrici di sistemi frigoriferi per camion già dal 2015 stanno proponendo R452A come sostituto di drop-in di R404A, ma purtroppo R452A può essere considerato una soluzione solo fino al 2022, per cui è necessario trovare nuovi refrigeranti alternativi al fluido ad alto effetto serra R404A per ridurre la quota di emissioni dirette collegate al singolo refrigerante e per aumentare l’efficienza di funzionamento dell’intero sistema.

SOSTITUTI DI R404A DI LUNGO PERIODO

Per identificare i fluidi più promettenti è stato definito un ciclo termodinamico di riferimento che fosse rappresentativo delle tipiche condizioni operative del trasporto refrigerato (Zilio, 2015); si tratta di un ciclo base a compressione di vapore, che lavora con valori della temperatura di evaporazione, Tevap, pari a -5 °C e a -30 °C, mantenendo costante la temperatura di condensazione, Tcond, pari a +55 °C. Il sur-

R452A particulate emissions comparable to those riscaldamento del gas all’evaporatore e il sotof 450 million Euro6 diesel trucks. toraffreddamento del liquido al condensatore In addition, it should be noted that the carsono stati trascurati. Il compressore è stato bon footprint of any refrigerated transport, caratterizzato dal suo rendimento isentropico, or its impact on CO2 emissions throughconsiderato costante e pari a 70% per Tevap = -5 °C e a 60% per Tevap = -30 °C. out its lifetime from production to disposal, Sono stati pre-selezionati 21 fluidi puri e 45 includes a quota of direct emissions due miscele, che sono stati successivamente to the refrigerant use and the sum of every confrontati con R404A, scelto come rifesingle refrigerant leak, and another quota of rimento per la selezione dei suoi possibili indirect ones formed by energy spent during sostituti di medio e lungo periodo. In partiits life cycle (Wu et al., 2013). colare, i fluidi puri sono: At present, most of the units installed on • 6 HFC: R32, R134a, R134a, R152a, R125, refrigerated transport use the R404A refrigR161; erant, which has a GWP of 3943, well above • 9 HFO: R1234yf, R1234ze(E), R1216, the limits imposed by the F-gas Regulation, R1233zd(E), R1243zf, R1225ye(E), which prescribes that, since 1 January 2020, R1225ye(Z), R1225zc, R1234ye(E); refrigerants with a GWP greater than 2500, • 6 Fluidi naturali: a value that will drop to 150 from 1 January -- 4 Idrocarburi: R290, R600a, R1270, DME; 2022, can no longer be used in commercial -- Anidride carbonica (R744), Ammoniaca refrigerated systems.

(R717).

Since 2015, some of the leading manufacturLe miscele sono quelle predefinite dal proers of refrigeration systems for trucks have gramma RefProp v9.1 del NIST [3], utilizzato been proposing R452A as a drop-in subanche per calcolare le proprietà termofisiche stitute for R404A, but unfortunately R452A dei refrigeranti nelle condizioni di lavoro del can only be considered a solution until 2022. ciclo simulato. Tra queste miscele predefinite, Thus, it is necessary to find out new refrigrisulta particolarmente interessante R452A, erant alternatives to R404A which has a high recentemente proposta come fluido alternagreenhouse effect, to reduce direct emistivo al R404A fino al 2022 poiché presenta un sions related to the single refrigerant and to GWP minore di 2500 e proprietà termofisiche increase the operating efficiency of the entire simili a quelle del fluido tradizionale. system.

Le simulazioni termodinamiche hanno inoltre coinvolto 140 miscele binarie definite utilizzando i 21 fluidi puri Figura 1 – Foto del cargo refrigerato equipaggiato precedente con l’unità frigorifera utilizzata mente presentati, variando la composizione molare di ciascun compo-

R452A COME SOLUZIONE DI BREVE/ MEDIO PERIODO: UN CASO DI STUDIO

Vista la necessità di individuare un sostituto di medio termine per R404A che possa essere facilmente ed economicamente utilizzato direttamente nelle attuali macchine frigorifere, si è deciso di prendere in considerazione R452A, che ha caratteristiche termodinamiche e termofisiche molto vicine a R404A, per cui può essere impiegato direttamente, senza apportare alcuna modifica, nelle macchine frigorifere dedicate ai trasporti refrigerati.

R452A è stato testato in un gruppo frigorifero installato su un camion frigo dedicato al trasporto refrigerato di derrate con un valore di temperatura pari a 4 °C equipaggiato con un gruppo frigo TS300 di potenza frigorifera nominale pari a 6 kW, mostrato in Figura 1.

I test sono stati condotti durante il periodo estivo e hanno riguardato le due fasi tipiche del funzionamento del sistema: quella di raffreddamento del cargo a partire dalla temperatura ambiente e quella relativa alle 24 ore. Le prestazioni energetiche dei due fluidi sono state confrontate individuando due giornate tipo che presentassero condizioni ambientali simili, in modo da garantire l’attendibilità dei risultati. Il container refrigerato è rimasto parcheggiato per tutto il periodo di analisi ed è stato sempre alimentato elettricamente.

Le Figure 2 e 3 mostrano i risultati sperimentali ottenuti. In particolare, la Figura 2 mostra il confronto tra la potenza elettrica assorbita dal gruppo frigorifero che utilizza R452A, misurata durante la fase di raffreddamento del cargo dalla temperatura di circa 35 °C fino alla temperatura di operatività impostata di 4 °C, e quella assorbita nella stessa operazione utilizzando R404A. Dall’analisi del grafico si può notare che la fase di raffreddamento, nel caso in cui si utilizzi R452A, è più breve e il consumo elettrico finale è di circa 6,4% minore rispetto al caso in cui è utilizzato il fluido tradizionale; il consumo elettrico infatti passa da 3,99 kWh nel caso del R404A a 3,75 kWh nel caso del suo sostituto di medio termine R452A. La Figura 3 mostra il confronto tra il consumo elettrico del gruppo frigorifero operante con i due fluidi frigorigeni sulle 24 ore; sono state considerate due giornate tipo che presentavano simili andamenti della temperatura ambiente, pari in media giornaliera a 30,9 °C, con picchi di temperatura ambiente superiore a 36 °C. Dall’analisi dei dati riportati si può notare come il comportamento della macchina frigorifera sia pressoché lo stesso; infatti, il consumo elettrico giornaliero della macchina operante con R452A è pari a 80,1 kWh che risulta circa dell’1% inferiore rispetto a quello misurato nel caso di R404A, pari a 81,0 kWh. I risultati sperimentali mostrano che il fluido R452A, recentemente proposto come sostituto di medio termine del fluido R404A, presenta una

special CHILLVENTA

To identify the most promising fluids, a reference thermodynamic cycle was defined representing the typical operating conditions of refrigeration transport (Zilio, 2015). It is a vapour compression cycle, which works with evaporation temperature values, Tevap, equal to -5° C and -30° C, while maintaining a constant condensing temperature, Tcond, equal to +55° C. Gas superheating at the evaporator and liquid subcooling at the condenser were not considered. The compressor has been characterized by its isentropic efficiency, which is considered constant and equal to 70% at Tevap = -5 ° C and 60% at Tevap = -30 ° C. 21 pure fluids and 45 mixtures were pre-selected to be then compared with R404A, chosen as a reference for the selection of its possible substitutes in the middle and long term. In particular, the pure fluids are: • 6 HFC: R32, R134a, R134a, R152a, R125, R161; • 9 HFO: R1234yf, R1234ze(E), R1216, R1233zd(E), R1243zf, R1225ye(E), R1225ye(Z), R1225zc, R1234ye(E); • 6 natural fluids: -- 4 Hydrocarbons: R290, R600a, R1270, DME; -- Carbon dioxide (R744), ammonia (R717).

The cited mixtures were estimated using NIST RefProp v 9.1 software [3]; this was also used to calculate thermophysical properties of refrigerants at the different working conditions of the simulated cycles.

Thermodynamic simulations have also involved 140 binary mixtures defined using the 21 pure fluids presented previously, with a molar composition of each component

R452A AS SHORT/MIDDLE TERM SOLUTION: A CASE STUDY

Figure 1 – Photo of the refrigerated cargo equipped with the refrigerating unit used Figura 2 – Potenza elettrica assorbita dal gruppo frigo durante il test di raffreddamento del cargo

Figure 2 – Electrical power absorbed by the refrigeration unit during the cargo cooling test Figura 3 – Potenza elettrica assorbita dal gruppo frigo durante il test su 24 h

Figure 3 – Electrical power absorbed by the refrigeration unit during the 24-hour test

2

LONG TERM SUBSTITUTES OF R404A

Considering the urgent need to find out a middle-term replacement for R404A that can be directly, easily, and economically used in the existing refrigeration equipment, it was decided to consider R452A. R452A shows thermodynamic and thermophysical properties very close to R404A, so it can be considered a drop-in solution, without making any changes to refrigeration equipment for refrigerated transport. R452A has been tested in a refrigeration unit installed on a refrigerated truck dedicated to transport refrigeration of foodstuffs with a temperature of 4° C, equipped with a TS300 refrigeration unit with a nominal cooling capacity of 6 kW, as shown in Figure 1.

The tests were conducted during the summer season, considerering two typical phases of system operation: the cargo cooling starting from the ambient temperature and the subsequent first 24 hours of operation The energy performances of the two fluids were compared by selecting two typical days with similar environmental conditions, in order to ensure the reliability of results. The refrigerated container remained parked throughout the period of analysis and has always been electrically powered.

Figures 2 and 3 show the experimental results obtained. In particular, Figure 2 shows the comparison between the electric power absorbed by the refrigeration system that uses R452A, measured during the cooling down phase from an ambient temperature of about 35° C up to the defined operating temperature of 4° C, and that absorbed in the same operation using R404A. It comes out that the cooling phase with R452A is shorter and the final power consumption is about 6.4% lower than that measured with the traditional fluid. In fact , the power consumption ranging from 3.99 kWh when using R404A to 3.75 kWh when using its middle-term substitute R452A. Figure 3 shows the comparison between the power consumption of the refrigerating unit operating with the two refrigerants for 24 hours. Two typical days with similar trends in the ambient temperature, mean daily of 30.9° C with peaks above 36° C, were considered. The data analysis shows that the behaviour of the system is pretty much the same; in fact, the daily power consumption of the machine working with R452A is 80.1 kWh, which is 1% lower than the consumption measured when R404A was used, representing 81.0 kWh. The experimental results show that R452A, recently proposed as a middle term substitute for R404A, can be considered a drop-in solution in refrigerating units currently in use with similar, sometimes even better, energy performance as compared to the traditional fluid.

R452A nente tra 0,05 e 0,95 e utilizzando le regole di miscelazione predefinite del programma Refprop v9.1.

Il calcolo del GWP delle miscele binarie così ottenute è stato condotto seguendo la procedura definita all’Allegato IV del Regolamento F-Gas [2], considerando la media pesata sulla frazione di massa di ciascun componente. In Tabella 1 sono riassunte le condizioni operative simulate. In particolare, sono stati calcolati i valori del coefficiente di effetto utile, COP, definito come rapporto fra l’effetto frigorifero e il lavoro di compressione, l’effetto frigorifero volumetrico, VCC, definito come prodotto fra l’effetto frigorifero e la densità del vapore saturo alla temperatura di evaporazione, e la temperatura di scarico, Tdis, del gas compresso dal compressore. I risultati ottenuti alle due temperature di evaporazione simulate per il fluido di riferimento R404A sono riportati in Tabella 2.

I valori elencati in Tabella 3 hanno permesso la definizione di alcuni criteri per l’identificazione dei possibili fluidi alternativi al R404A di medio e lungo periodo, sintetizzati in Tabella 4. Il primo filtro riguarda la prestazione globale del refrigerante: il fluido alternativo deve presentare un COP maggiore o almeno uguale a quello ottenuto per R404A. Il secondo e il terzo criterio prendono in considerazione la possibilità di utilizzare lo stesso compressore già montato nelle macchine frigorifere: il fluido alternativo deve avere un effetto frigorifero volumetrico simile (±10%) a quello del R404A e una temperatura di scarico del gas inferiore al limite superiore di 120 °C. Tra i 21 fluidi puri e le 45 miscele predefinite, solamente 9 hanno superato la selezione a Tevap = -5 °C e di questi solamente 4 quella a Tevap = -30 °C, come mostrato in Tabella 4 dove, per brevità, sono presentati solo i risultati nelle condizioni più gravose con Tevap = -30 °C.

R452A varied between 0.05 and 0.95 and using the mixing rules included in the Refprop v 9.1 software [3].

The calculation of the GWP of the obtained binary mixtures was conducted according to the procedure established in annex IV of the F-Gas Regulation [2], considering the weighted average on the mass fraction of each component. Table 1 summarizes the simulated operating conditions. In particular, the simulations permitted to evaluate: the coefficient of effectiveness, COP, defined as the ratio between the cooling capacity and the compression work; the volumetric cooling capacity, VCC, defined as the product of the refrigeration effect and the density of the saturated vapour at the evaporation temperature; the discharge temperature, Tdis, of the compressed gas. The results obtained at the two specific evaporation temperatures for the reference fluid R404A are listed in

Tabella 1 – Condizioni operative simulate

Table 2.

The values listed in Table 3 allowed for the definition of different criteria for identification of possible alternatives to R404A for the middle- and long- term, as summarized in Table 4. The first filter concerns the overall performance of the refrigerant: the alternative fluids must have a greater or at least equal COP as compared to R404A. The second and third criteria take into the account the possibility of using the same compressor already mounted in the refrigeration equipment: the alternative fluids shall have a similar volumetric cooling capacity (± 10%) to that of R404A and a discharge temperature less than 120° C. As shown in Table 4, which, for the sake of brevity, only includes the results in the most demanding conditions with Tevap = -30° C. Among the 21 pure fluids and 45 pre-defined mixtures, only 9 passed the selection at Tevap = -5° C and only 4 of these succeed

Table 1 – Simulated operating conditions

Tevap [°C]

Tcond [°C]

∆Tsub [K]

∆Tsup [K]

ηis [-]

Tevap [°C]

Tcond [°C]

∆Tsub [K]

∆Tsup [K]

ηis [-]

-5

55

0

0

0,7

-5

55

0

0

0,7

-30

55

0

0

0,6

-30

55

0

0

0,6

Tabella 2 – Prestazione del fluido di riferimento R404A

Table 2 – Performance of the reference fluid R404A

Tevap [°C]

Tcond [°C]

COP [-]

VCC [kJ m-3]

Tdis [-]

Tevap [°C]

Tcond [°C]

COP [-]

VCC [kJ m-3]

Tdis [-]

-5

55

1,76

1987,1

69,6

-5

55

1,76

1987,1

69,6

-30

55

0,76

666,7

88,1

-30

55

0,76

666,7

88,1

Tabella 3 – Criteri di selezione dei fluidi alternativi a R404A

Table 3 – Selection criteria of alternative fluids to R404A

Criterio

Tevap = -5 °C

Tevap = -30 °C

Criterion

Tevap = -5 °C

Tevap = -30 °C

GWP

<2500 (Soluzione di medio termine) <150 (Soluzione di lungo termine)

<2500 (Soluzione di medio termine) <150 (Soluzione di lungo termine)

GWP

<2500 (medium-term solution) <150 (long-term solution)

<2500 (medium-term solution) <150 (long-term solution)

≥1,76

≥0,76

COP

≥1,76

≥0,76

VCC [kJ m ]

1788<VCC<2186

600<VCC<733

VCC [kJ m ]

1788<VCC<2186

600<VCC<733

Tdis [°C]

<120

<120

Tdis [°C]

<120

<120

COP -3

-3

Tabella 4 – Prestazioni dei fluidi alternativi selezionati Composizione della miscela (Frazione di massa) [%]

Fluido

Table 4 – Performance of selected alternative fluids

GWP [kgeqCO2]

COP [-]

VCC [kJ m-3]

Tdis [°C]

Mixture composition (mass fraction) [%]

Fluid

Tevap = -30 °C

GWP [kgeqCO2]

COP [-]

VCC [kJ m-3]

Tdis [°C]

Tevap = -30 °C

R290

-

3,3

0,98

727,6

100,2

R290

-

3,3

0,98

727,6

100,2

R438A

R32/R1234ze(E)/R134a/R600/R601a (9/44/45/2/1)

706

0,80

708,1

105,5

R438A

R32/R1234ze(E)/R134a/R600/R601a (9/44/45/2/1)

706

0,80

708,1

105,5

R452A

R32/125 /1234yf (11/59/39)

2141

0,76

621,8

96,9

R452A

R32/125 /1234yf (11/59/39)

2141

0,76

621,8

96,9

R511A

R290/dme (95/5)

3

0,99

732,8

101,1

R511A

R290/dme (95/5)

3

0,99

732,8

101,1

Tabella 5 – Prestazioni delle miscele binarie

Fluido

Composizione della miscela (Frazione di massa) [%]

GWP [kgeqCO2]

Table 5 – Performance of binary mixtures COP [-]

VCC [kJ m-3]

Tdis [°C]

Fluid

Mixture composition (mass fraction) [%]

Tevap = -30 °C

GWP [kgeqCO2]

COP [-]

VCC [kJ m-3]

Tdis [°C]

Tevap = -30 °C

HFC/altro refrigerante

HFC/other refrigerant

R161/R600a

66/34

9

1,08

663,9

117,6

R161/R600a

66/34

9

1,08

663,9

117,6

R161/R1216

37/63

5,1

2,17

1819,9

86,8

R161/R1216

37/63

5,1

2,17

1819,9

86,8

HC/altro refrigerante

HC/other refrigerant

R1270/R600a

63/37

1,4

1,12

691,3

106,7

R1270/R600a

63/37

1,4

1,12

691,3

106,7

R1270/R1216

22/78

1,4

0,86

727,2

119,2

R1270/R1216

22/78

1,4

0,86

727,2

119,2

R290/DME (R511A)

95/5

3

0,99

732,8

101,1

R290/DME (R511A)

95/5

3

0,99

732,8

101,1

R290/R600a

87/13

3,3

1,08

684,0

94,2

R290/R600a

87/13

3,3

1,08

684,0

94,2

R290/HFO

R290/HFO

R290/R1234yf

88/12

3

0,96

714,2

97,8

R290/R1234yf

88/12

3

0,96

714,2

97,8

R290/R1234ze(E)

88/12

3

0,97

717,0

99,3

R290/R1234ze(E)

88/12

3

0,97

717,0

99,3

R290/R1216

85/15

3

0,92

697,8

92,2

R290/R1216

85/15

3

0,92

697,8

92,2

R290/R1233zd(E)

87/13

3

1,05

721,8

109,9

R290/R1233zd(E)

87/13

3

1,05

721,8

109,9

R290/R1243zf

58/42

3

1,08

683,5

116,0

R290/R1243zf

58/42

3

1,08

683,5

116,0

R290/R1225ye(E)

75/25

3

1,10

726,9

118,0

R290/R1225ye(E)

75/25

3

1,10

726,9

118,0

R290/R1225ye(Z)

75/25

3

1,09

725,3

115,7

R290/R1225ye(Z)

75/25

3

1,09

725,3

115,7

R290/R1225zc

75/25

3

1,08

724,5

114,7

R290/R1225zc

75/25

3

1,08

724,5

114,7

R290/R1234ye(E)

78/22

3

1,08

721,0

110,9

R290/R1234ye(E)

78/22

3

1,08

721,0

110,9

R290/R1234yf

88/12

3

0,96

714,2

97,8

R290/R1234yf

88/12

3

0,96

714,2

97,8

R290/R1234ze(E)

88/12

3

0,97

717,0

99,3

R290/R1234ze(E)

88/12

3

0,97

717,0

99,3

R290/R1216

85/15

3

0,92

697,8

92,2

R290/R1216

85/15

3

0,92

697,8

92,2

R290/R1233zd(E)

87/13

3

1,05

721,8

109,9

R290/R1233zd(E)

87/13

3

1,05

721,8

109,9

R290/R1243zf

58/42

3

1,08

683,5

116,0

R290/R1243zf

58/42

3

1,08

683,5

116,0

special CHILLVENTA

3

R452A Dall’analisi dei risultati di Tabella 4 si può notare come siano già presenti due soluzioni molto interessanti, una di medio periodo, R452A, e una di lungo periodo, R290. In particolare, R452A è stato recentemente proposto come fluido alternativo a R404A perché presenta caratteristiche termodinamiche che lo rendono direttamente utilizzabile negli attuali sistemi refrigerati e il suo GWP risulta inferiore alla soglia prevista all’1 gennaio 2022 per cui può essere considerato una soluzione di medio periodo. Il propano, R290, mostra prestazioni interessanti che lo candidano come sostituto di lungo periodo, purché si individuino opportune soluzioni tecnologiche adatte a mitigare il rischio connesso alla sua infiammabilità.

Tra le 140 miscele binarie definite sulla base

R452A dei 21 fluidi puri pre-selezionati, sono state individuate diverse soluzioni di lungo periodo per la sostituzione di R404A. I risultati delle simulazioni sono riportati in Tabella 5. Le miscele più interessanti sono quelle che combinano il propano e un HFO, fluidi di ultima generazione a bassissimo GWP; tra essi le miscele R290/R1234yf, R290/R1234ze(E) e R290/R1216 mostrano ottime prestazioni.

Le soluzioni a lungo termine (GWP<150) individuate necessitano tutte di una riprogettazione parziale, talvolta totale, dei componenti delle attuali macchine frigorifere per la refrigerazione commerciale e industriale. * Simone Mancin e Giulia Righetti, Università degli Studi di Padova

BIBLIOGRAFIA – BIBLIOGRAPHY

∙ Garnett T. 2007. Food Refrigeration: What Is The Contribution To Greenhouse Gas Emissions And How Might Emissions Be Reduced? Working paper of the Food Climate Research Network Centre for Environmental Strategy University of Surrey, April 2007. ∙ Tassou S.A., De Lille G., Ge Y.T. 2009. Food transport refrigeration – Approaches to reduce energy consumption and environmental impacts of road transport. Applied Thermal Engineering, 29, 1467–1477. ∙ Wakeland W., Cholette S., Venkat K. 2011. Green Technologies. In: Food Production and Processing, Ch. 9, 211-236. Berlin: Springer. ∙ Wu X., Hu S., Mo S. 2003. Carbon footprint model for evaluating the global warming impact of food transport refrigeration systems. Journal of Cleaner Production, 54, 115-124.

ISTITUTO INTERNAZIONALE DEL FREDDO E AICARR: UNA SINERGIA CONSOLIDATA PER PROMUOVERE UN FUTURO SOSTENIBILE

L’IIF/IIR è una Organizzazione intergovernativa cui partecipano i 60 Paesi più industrializzati ed è unanimamente riconosciuta come la più alta e autorevole voce in campo scientifico e tecnico in un settore, quello della refrigerazione, delle pompe di calore e delle macchine per il condizionamento dell’aria, ad alto valore economico, sociale e tecnologico. L’impatto economico e sociale della refrigerazione sulla filiera alimentare e del condizionamento dell’aria sul comfort delle persone negli spazi abitati sono fatti così noti e consolidati da non dover essere ulteriormente sottolineati. La contribuzione italiana all’Istituto Internazionale del Freddo (Institute International du Froid/International Institute of Refrigeration, IIF/IIR) risale al 1920, anno della sua costituzione a Parigi e non si è mai arrestata, salvo negli anni di guerra. L’Italia, oltre a essere stato uno dei Paesi fondatori dell’IIF/IIR, è sempre stato uno dei Paesi che ha maggiormente contribuito all’attività dell’Istituto, sia in termini economici che, soprattutto, in termini scientifici e tecnologici. Il sistema produttivo del settore, che crea una fetta importante del PIL, sente come prioritaria la presenza italiana nell’IIF/IIR in quanto è cosciente che la spinta culturale che l’Istituto è capace di creare costituisce una leva indispensabile per il trasferimento tecnologico e l’innovazione di cui l’industria si nutre per crescere e mantenersi competitiva a livello globale.

L’IIF/IIR esercita da tempo un'autorevole azione propositiva nei consessi internazionali, gestiti dalle Nazioni Unite, che si occupano di problematiche ambientali come l’assottigliamento della fascia di ozono stratosferica e il riscaldamento climatico. Questo è un tema particolarmente sentito dall’industria nazionale che necessita di un canale affidabile di informazione e formazione sulle misure di tipo ambientale e di sicurezza da adottare per non correre il rischio di perdere opportunità di crescita nel mercato globale.

Fin dalla sua fondazione, AiCARR è attiva nell’ambito dell’IIR ed è attualmente membro Corporate, cosa che le permette di avere accesso a un canale di formazione e informazione di vitale importanza per favorire la leadership del tessuto produttivo italiano del settore in ambito globale, con le evidenti ricadute positive sui propri soci, sia produttori, progettisti e professionisti dell’ambito della climatizzazione o della refrigerazione.

Molti dei rappresentanti italiani nominati dal governo italiano presso l’IIF-IIR sono soci AICARR: attraverso tale rappresentanza AiCARR ha quindi la possibilità di partecipare e influenzare lo spazio culturale nel quale transitano l’innovazione e lo sviluppo del settore, sia quelli portati dall’industria e dalla ricerca italiana nel mondo sia quelli elaborati all’esterno e che potrebbero essere utilmente sfruttati in Italia.

IIR da sempre patrocina le conferenze e i seminari di AiCARR nel settore del freddo, a livello sia nazionale che internazionale. Inoltre, AiCARR beneficia di alcuni strumenti concreti accessibili ai membri corporate come: • nel sito di IIR (www.iifiir.org) è disponibile un motore di ricerca, Fridoc, che rappresenta la più completa banca dati di pubblicazioni su riviste, sia scientifiche che di taglio più tecnologico, e di memorie presentate nei convegni; • nel sito è disponibile, in Italiano, il Dizionario Internazionale del Freddo con diverse migliaia di termini specialistici che possono essere tradotti in nove lingue, tra cui arabo, cinese, giapponese e russo; • dal sito è possibile scaricare gratuitamente centinaia di articoli in versione originale dagli atti dei numerosi convegni organizzati ogni anno da IIR. Tali convegni rappresentano indiscutibilmente a livello internazionale gli eventi di assoluta eccellenza per la discussione e l’aggiornamento sui più recenti sviluppi nel campo tecnologico e di ricerca nel settore del freddo e delle pompe di calore; • dal sito è possibile scaricare gratuitamente centinaia di articoli pubblicati su International Journal of Refrigeration, la più importante rivista scientifica del settore; • IIR rende disponibili ai soci, con cadenza quasi mensile, delle newsletters che riportano le principali novità a livello internazionale nei settori del freddo e delle pompe di calore nel campo della ricerca e della innovazione tecnologica, provenienti dagli istituti di ricerca e dalle aziende leader del settore; • periodicamente IIR pubblica delle “note” che affrontano in veste di breve monografia e in maniera rigorosa alcune tra le principali tematiche che riguardano il trasferimento tecnologico della ricerca condotta nel campo del freddo a livello mondiale; • accesso alla Expertise directory che consente di ricercare e contattare via mail gli esperti della rete internazionale IIR che comprende più di 500 membri delle diverse Commissioni. Questa directory abilita alla ricerca di esperti in più di 120 campi nel settore del freddo in sessanta diverse nazioni; • accesso alla Laboratory Directory, che contiene informazioni su circa 300 laboratori in 55 nazioni. Vengono fornite utili informazioni sulle attività svolte da ciascun laboratorio e i contatti; • accesso ai report dei lavori delle 10 commissioni e dei numerosi Working Groups, le cui attività coprono praticamente tutti i settori del freddo dalla criogenia al condizionamento dell’aria, alle pompe di calore, all’impatto ambientale delle diverse tecnologie.

Fabio Polonara, Università Politecnica delle Marche – Socio AiCARR – Delegato nazionale per l’Italia presso l’IIR/IIF

4

special CHILLVENTA

the selection at Tevap = -30° C, The analysis of Table 4 results highlights two interesting solutions, a middle term one and a long-term one: R452A and R290, respectively. Specifically, R452A has recently been proposed as alternative to R404A because it presents thermodynamic characteristics which make it a drop-in solution and its GWP is lower than the threshold imposed from 1 January 2022; therefore, it can be considered a middle term solution. Propane, R290, shows interesting performance that qualify it as the long term substitute, as long as appropriate technological solutions will be identified to mitigate the risk related to its flammability.

Among the 150 binary mixtures defined on the basis of the 21 pre-selected pure fluids,

several long-term solutions have been identified for the replacement of R404A. Simulation results are provided in Table 5. The most interesting mixtures are those combining the propane and a HFO, last generation fluids with low GWP; among them R290/R124yf, R290/R1234ze(E) and R290/R1216 show excellent performance.

However, it has to be pointed out that the long-term solutions (GWP < 150) identified need a partial, sometimes total, redesign of components of the existing refrigeration equipment for commercial and industrial refrigeration. * Simone Mancin and Giulia Righetti, Università degli Studi di Padova

∙ Zilio C., Mancin S., Brown J.S., Longo G.A. 2015. New Refrigerant Options for R404A Replacement in Truck Refrigeration Systems. Proceedings of ICR2015, 16-22 August 2015, Yokohama.

WEBGRAFIA – WEBLIOGRAPHY

[1] www.iifiir.org [2] http://eur-lex.europa.eu/legal-content/IT/TXT/PDF/?uri = CELEX:32014R0517&from = EN [3] www.nist.gov/srd/refprop

THE INTERNATIONAL INSTITUTE OF REFRIGERATION AND AICARR: A CONSOLIDATED SYNERGY TO PROMOTE A SUSTAINABLE FUTURE

The IIF/IIR is an intergovernmental organisation comprising the 60 most industrialized countries and is unanimously recognized as the highest authority in the scientific and technical field in the sector of refrigeration, heat pumps and air conditioning machines, with high economic, social and technological value.

The economic and social impact of refrigeration on the food chain and the impact of air conditioning on the comfort of people in the living spaces are well known and established facts that do not need further emphasis. The Italian contribution to the International Institute of Refrigeration (Institute International du Froid/International Institute of Refrigeration, IIF/IIR) dates back to 1920, the year of its establishment in Paris and it never stopped, except during the war. Italy, besides being one of the founding countries of the IIF/IIR, has always been one of the major contributors to activities of the Institute, both in economic terms and, above all, in terms of science and technology. The sector industry, which creates a significant portion of national GDP, considers the Italian presence in the IIF/IIR as a priority, because it is aware that the cultural thrust that the Institute is able to create is an indispensable lever for technological transfer and innovation used by the industry to grow and remain globally competitive.

The IIF/IIR exercises from a long time an authoritative proactive action in international forums, managed by the United Nations, dealing with environmental problems such as the thinning of the stratospheric ozone layer and global warming. This is an issue of particular concern for the domestic industry that needs a reliable channel of information and training on environmental and safety measures to be taken to avoid the risk of missing growth opportunities in the global market.

Since its foundation, AiCARR is active within the IIR and is currently a Corporate Member, thus being able to have access to a channel of training and information of vital importance to promote the leadership of the Italian productive sector globally, with obvious positive impact on its members, including manufacturers, designers and professionals in the field of air conditioning and refrigeration. Many of the Italian representatives appointed by the Italian Government at the IIF-IIR are members of AICARR: such representation enables AiCARR to participate and influence the cultural space relevant to innovation and development of the sector, including those brought by the Italian industry, and the research in the world and those developed abroad and that could be usefully exploited in Italy.

IIR has always sponsored lectures and seminars of AiCARR in the refrigeration sector, both nationally and internationally. In addition, AiCARR benefits from some concrete tools available to corporate members such as: • the IIR site (www.iifiir.org) includes a search engine, Fridoc, which represents the most complete database of scientific and technological papers published on scientific journals and presented at conferences; • the site provides, in Italian, the International Dictionary of Refrigeration with several thousands of specialized terms that can be translated into nine languages, including Arabic, Chinese, Japanese and Russian; • you can download for free from this site hundreds of items in their original version published in the proceedings of the several conferences organized every year by IIR. These conferences are indisputably outstanding international events for discussion and update on the latest developments in the field of technology and research in the sector of refrigeration and heat pumps; • you can download for free from this site hundreds of articles published in the International Journal of Refrigeration, the leading scientific journal in the field; • IIR makes available to members, almost monthly, newsletters that report the main international news in the sector of refrigeration and heat pumps as regards research and technological innovation, coming from research institutes and industry leading companies; • IIR periodically publishes “notes” that rigorously address as short monographs some of the main issues regarding technological transfer of research performed in the refrigeration sector worldwide; • access to the Expertise Directory that allows you to look for and contact by email experts of the international IIR network comprising more than 500 members of the various commissions. This directory enables the search for experts in more than 120 fields in the refrigeration sector in sixty different countries; • access to the Laboratory Directory, which contains information on approximately 300 laboratories in 55 countries. It provides useful information on activities carried out by each laboratory and contacts; • access to the work reports of the 10 commissions and numerous Working Groups, whose activities cover virtually all areas of refrigeration from cryogenics to air conditioning, heat pumps, the environmental impact of different technologies.

Fabio Polonara, Università Politecnica delle Marche – member of AiCARR – National Delegate for Italy at IIR/IIF

MITA COOLING TECHNOLOGIES A CHILLVENTA MITA COOLING TECHNOLOGIES AT CHILLVENTA con due soluzioni per ridurre i consumi with two solutions to lower consumption MITA Cooling Technologies torna a Chillventa 2018 con due soluzioni adiabatiche brevettate: il condensatore di NH³ PAD-V e il “sotto-raffreddatore” di CO² Alchemist. L’obiettivo di entrambi i prodotti è quello di introdurre il principio adiabatico negli impianti di refrigerazione industriale e commerciale che utilizzano refrigeranti naturali.

PAD-V NH³ è l’evoluzione della serie PAD-V (già nota come raffreddatore di fluidi) ed è la soluzione ottimale per la condensazione dell’ammoniaca nelle installazioni industriali e nell’HVAC. Il “sotto-raffreddatore” Alchemist CO² si inserisce, invece, negli impianti della refrigerazione commerciale che sfruttano l’anidride carbonica come gas naturale. Lo scopo è aumentare l’effetto utile e l’efficienza del circuito.

Entrambe le soluzioni sfruttano il principio fisico del raffreddamento adiabatico per garantire rispettivamente: - consumi d’acqua estremamente ridotti rispetto ad altri sistemi; - riduzione dei consumi energetici grazie all’aumento del COP. I due sistemi sono poi caratterizzati da: ventilatori EC, pacco adiabatico in PVC floccato, sonde di misura per un monitoraggio continuo di tutti i parametri, pannello di comando e controllo delle varie funzioni con diverse possibilità di trasmissione dati, ampi e semplici accessi per la manutenzione ordinaria.

Il condensatore adiabatico PAD-V NH³ e il “sotto-raffreddatore” Alchemist CO² sono fra le novità 2018 di MITA Cooling Technologies e si integrano perfettamente con la vasta offerta di raffreddatori evaporativi proposti dal 1960 in ambito industriale e civile.

Per più informazioni su azienda e soluzioni: www.mitacoolingtechnologies.com

MITA Cooling Technologies returns to Chillventa 2018 with two patented adiabatic solutions: the NH³ PAD-V condenser and the Alchemist CO² “sub-cooler”. The goal of both products is to add the adiabatic principle to industrial and commercial refrigeration plants developed with natural refrigerants.

PAD-V NH³ is the evolution of the PAD-V series (already known as a fluid cooler) and is the optimal solution for ammonia condensation in industrial installations and HVAC. On the other hand, the Alchemist CO² “sub-cooler” fits into commercial refrigeration systems that exploit carbon dioxide as natural gas. The aim is to increase the cooling effect and the efficiency of the circuit.

Both solutions take advantage the physical principle of adiabatic cooling to guarantee respectively: - extremely low water consumption compared to other systems; - reduction of energy consumption thanks to increased COP. The two systems are then characterized by: EC fans, flocked PVC adiabatic pack, measuring probes for continuous monitoring of all parameters, command and control panel for various functions with different possibilities of data transmission, wide and simple access for routine maintenance.

The PAD-V NH³ adiabatic condenser and the Alchemist CO² “sub-cooler” are among the 2018 innovations of MITA Cooling Technologies and are perfectly integrated with the wide range of evaporative coolers offered since 1960 in the industrial and civil sectors.

For more info about the Company and its solutions: www.mitacoolingtechnologies.com/en

VRF AD ALIMENTAZIONE COMBINATA

COMBINED POWER VRF

Panasonic ha introdotto sul mercato europeo una nuova serie di unità esterne per sistemi VRF. Si tratta di un sistema combinato a pompa di calore, composto da una unità esterna EHP (con compressore mosso da motore elettrico) e da una unità esterna GHP (con compressore mosso da motore endotermico alimentato a gas). Il nuovo sistema consente notevoli risparmi energetici, oltre alla produzione gratuita di acqua calda per usi sanitari.

Il funzionamento delle due unità, EHP e GHP, è coordinato da un sofisticato sistema di controllo (CZ-256ESMC3). Questo, sulla base del fabbisogno di energia (sia per la climatizzazione, sia complessivo dell’intero edificio) e sulla base del costo dell’energia stessa, commuta il funzionamento su una fra le due unità oppure sulle due unità in contemporanea.

Il tutto nell’ottica di massimizzare il risparmio energetico e, di conseguenza, economico.

Come esempio si consideri che, durante il periodo di massima richiesta energetica da parte dell’edificio, il sistema VRF ad alimentazione combinata privilegia il funzionamento dell’unità GHP, in modo da utilizzare l’energia elettrica disponibile, per l’attivazione delle infrastrutture critiche presenti nel fabbricato.

Nel caso di un sito produttivo con annessa palazzina di uffici, questo approccio è sicuramente opportuno. Nei mesi estivi, infatti, a seguito dei notevoli consumi elettrici dovuti alla climatizzazione, la disponibilità di potenza di cabina potrebbe non essere sufficiente. La soluzione al problema è fornita dal sistema VRF a doppia alimentazione, che permette di condizionare l’aria degli ambienti, sulla base della possibilità di impiego di gas per l’alimentazione del compressore dell’unità GHP. L’energia elettrica, che così è resa disponibile, viene utilizzata per le attività strategiche di produzione.

Nei momenti in cui la richiesta di climatizzazione è ridotta, il sistema privilegia, invece, al fine di massimizzare il risparmio di energia, il funzionamento dell’unità EHP; questo in quanto l’unità EHP può operare, con alti valori di efficienza, anche erogando potenze notevolmente ridotte rispetto alla potenza nominale. La possibilità di passare all’unità EHP quando la domanda risulta bassa, consente, inoltre, di prolungare la vita del motore endotermico dell’unità GHP, con notevole riduzione dei costi di manutenzione.

Un altro significativo vantaggio del sistema VRF ad alimentazione combinata di Panasonic è la fornitura gratuita di acqua calda per usi sanitari. Questa possibilità è dovuta al calore residuo generato dal motore dell’unità GHP e contribuisce a notevoli risparmi in applicazioni di edilizia commerciale, come ad esempio, gli alberghi, in cui è notevole la richiesta di acqua calda per usi sanitari.

Per maggiori informazioni www.aircon.panasonic.eu

Panasonic has introduced in the European market a new series of outdoor units for VRF systems. It is a combined heat pump system consisting of an EHP outdoor unit (with its compressor driven by an electric motor) and a GHP outdoor unit (with its compressor driven by a gas fired internal combustion engine).

The new system provides considerable energy savings, in addition to the free production of hot water for sanitary use.

The operation of the two units, EHP and GHP, is coordinated by a sophisticated control system (CZ-256ESMC3). This, based on the energy need (regarding both air conditioning and entire building need) and on the cost of energy, switches the operation on one of the two units or on both of them simultaneously.

All of this in order to maximize energy savings and become therefore economical.

As an example consider that, during the period of the building’s maximum energy demand, the VRF system with combined power favours the operation of the GHP unit, in order to use the electricity available, in order to activate critical infrastructure present in the building.

In the case of a production site with an adjacent office building, this approach is definitely appropriate. In the summer months, in fact, due to the high power consumption related to air conditioning, the electric substation power availability may not be enough. The solution to this problem is provided by the VRF system with dual power supply that provides for the air-conditioning of premises, based on the possibility of using gas to supply the compressor of the GHP unit. The electricity made available in this manner is used for strategic activities of production.

When the air-conditioning demand is reduced, the system favours, instead, in order to maximize energy savings, the operation of the EHP unit; this is because the EHP unit can operate with high efficiency, also at significantly reduced powers with respect to the rated power. The ability to change to the EHP unit when demand is low also extends the life of the GHP internal combustion engine, with considerable reduction in maintenance costs.

Another significant advantage of the Panasonic VRF system with combined power supply is the free supply of hot water for sanitary use. This opportunity is due to residual heat generated by the engine of the GHP unit and contributes to significant savings in commercial premises, such as hotels, where the demand for hot water for sanitary use is remarkable.

For further information www.aircon.panasonic.eu

THE FUTURE IS OUR HISTORY CO22 technology is DORIN

CD 600

CDS7

The CD Range is the result of more than 20 years of experience and more than 35.000 transcritical compressors working on the global field, field leading to technical features implemented in the entire Range.

Reliability and Efficiency make these compressors the Natural Choice for a global market seeking Sustainability and Economic Savings.

DORIN has technically improved and enlarged its natural offer of CD Transcritical compressors to match the ever more stringent request of its partners in terms of Refrigeration Capacity and Cost Savings.

CD600 SERIES features motor nominal power up to 160HP and displacement up to 80 m3/h for trans-critical applications: this being the largest CO2 Transcritical Compressor size in the market as of today and representing the ideal solution for Large Warehouses, Food Processing Plant and Industrial Applications, offering the possibility to drastically reduce the number of compressors installed on the rack, thus saving in space, investment costs and energy consumption when compared with similar equipment using NH3.

Coupling these models for transcritical applications, DORIN has developed the CDS7 for Subcritical Applications representing the largest CO2 subcritical compressor range available in the market.

CDS7 can reach a top displacement of 123 m3/h and 80 HP nominal motor power, allowing to match high cooling capacity with a small number of compressors.

CDS-7 perfectly suite large LT heavy industrial applications arranged either in a cascade system with another refrigerant on top, or in a full CO2 booster configuration.

High internal flow optimization and the perfect matching of electrical motor sizes with compressor displacements make CDS-7 the most efficient compressor range for subcritical use on the market available today for its size.

COME AND MEET US! 28-29/10/2018 SIFA (Lyon, FR) 14-16/01/2019 AHR EXPO (Atlanta, USA) 20-22/02/2019 REFRIGERA (Padova, IT)

www.dorin.com | dorin@dorin.com

AERMEC Nº 1 Un’altra tappa importante nella crescita di Aermec. All’azienda veronese del condizionamento, fondata da Giordano Riello e ormai riconosciuta tra i maggiori player mondiali del settore, è stato attribuito a Londra da una Giuria Internazionale, il 26 settembre scorso, il 1° Premio “RAC Cooling Industry Award 2018”.

Questo premio di grande prestigio viene assegnato all’azienda che si è meglio distinta nell’innovazione dei prodotti, categorie “Air conditioning innovation – Chillers and controls”.

Il riconoscimento, che segue il Premio Innovation Award che fu attribuito ad Aermec nel 2017 negli Stati Uniti, è la ricompensa per l’incessante e forte investimento in ricerca e sviluppo in cui l’azienda è impegnata e premia anche il lavoro di squadra, la professionalità e il senso di appartenenza che distinguono i suoi collaboratori. Tutti in Aermec credono fortemente che la ricerca e lo sviluppo di nuovi prodotti siano la chiave per consolidare il successo che a livello internazionale ci viene riconosciuto.

YOUR GREEN WORLD: Bitzer a Chillventa 2018 “Your Green World”: è questo il motto della presenza Bitzer alla fiera Chillventa 2018. In questa cornice, lo specialista dei compressori frigoriferi si concentrerà su temi come i refrigeranti alternativi, l’efficienza energetica e le soluzioni intelligenti. L’azienda si impegna inoltre - con i pacchetti su misura B-Safe e B-Ready - ad assicurare la messa in servizio e la precisa regolazione di tutti i prodotti, offrendo ampi servizi di assistenza e manutenzione. A breve saranno disponibili altri pacchetti di assistenza che garantiranno al cliente una gamma completa di soluzioni. L’offerta è arricchita da comodi strumenti software e da un’articolata offerta formativa. Specialisti esperti dell’azienda terranno inoltre in tutte e tre le giornate della fiera conferenze dedicate ai corsi di formazione Bitzer sui refrigeranti naturali e a basso GWP così come ai nuovi strumenti di assistenza.

Nell’area prodotti è presente un ampio spettro di applicazioni: oltre alla presentazione delle soluzioni digitali, nei due stand dell’azienda saranno presenti numerosi dispositivi in esposizione, fra cui anche una novità mondiale nel campo della CO².

DORIN: UNA STORIA DI innovazione lunga 100 anni

AERMEC AT THE 1st place also in the UK Another important milestone in the growth of Aermec. The air Conditioning leading company, founded in Verona by Giordano Riello, was awarded on September 26th 2018 in London with the 1st “RAC Cooling Industry Award 2018”.

This prestigious award, given by an International Committee, is for the company that stood out as the most innovative in the “Air Conditioning, Chillers and Controls” market.

After the “Innovation Award” received in the United States on the year 2017, it is an additional reward for the constant investment in research and development, for the team work, the high professional level and the sense of belonging of all its employees.

Everybody at Aermec firmly believes that research and development of new products is the key of their internationally recognized success.

YOUR GREEN WORLD: Bitzer at Chillventa 2018 ‘Your Green World’ is the theme of this year’s Bitzer appearance at Chillventa. The refrigeration compressor specialist will focus on topics such as alternative refrigerants, energy efficiency and intelligent solutions. Its tailored B-Safe and B-Ready service packages show that the company is dedicated to focusing on customers and outstanding service, and has a solution for any challenge a customer might have. Additional service packages will be released shortly in order to provide customers with a complete package. Convenient software tools and a wide range of training courses round off the services provided by Bitzer. Additionally, experienced specialists from the company will be giving presentations on Bitzer training courses in natural and low-GWP refrigerants as well as new service tools on all three days.

Bitzer also covers a wide range of applications in its traditional product lines: besides the presentation of digitalised solutions, numerous exhibits are to be seen at both stands of the long-standing company including a world premiere in the field of CO².

DORIN: A 100-YEAR history of innovation

Il produttore di compressori Dorin, noto a livello mondiale, espone presso lo stand 6-316 la sua più ampia gamma di prodotti, comprese molte innovazioni altamente tecnologiche.

Una delle più apprezzate linee di compressori Dorin è la gamma CD per applicazioni transcritiche e subcritiche con CO², un vero riferimento sul mercato per alta efficienza energetica, rispetto dell’ambiente, facilità d’uso e affidabilità. I compressori a pistoni CD offrono la massima efficienza energetica e sono progettati per un numero molto ampio di applicazioni come la refrigerazione commerciale e industriale.

I compressori CD offrono al mercato la più ampia gamma di possibilità di scelta, con modelli che vanno da 1,5 HP per le unità mono compressore, a 160 HP per le grandi applicazioni industriali.

Le gamme CD sono le più ampie disponibili sul mercato e, grazie alle soluzioni automotive implementate, offrono ai progettisti di sistemi la scelta più affidabile e robusta per le proprie apparecchiature a CO². I compressori CD sono particolarmente indicati per applicazioni in supermercati nelle loro configurazioni a 2-4 pistoni, mentre la versione a 6 cilindri soddisfa perfettamente le richieste delle applicazioni più grandi tipiche dei sistemi di raffreddamento industriale e di processo. I compressori CD offrono anche soluzioni a doppio stadio: in particolare, l’azienda propone compressori trans-critici per applicazioni BT. Il successo della gamma CD si basa essenzialmente sull’ampio successo delle molte soluzioni tecnologiche utilizzate per tutti I suoi componenti: la soddisfazione dell’utente finale è stata la principale preoccupazione che ha guidato l’azienda durante tutto il processo di progettazione e ingegnerizzazione del prodotto. Un esempio per tutti è rappresentato dall’adozione del collettore esterno che riduce drasticamente il trasferimento del calore interno tra il lato di alta e di bassa pressione. Questo garantisce un’elevata efficienza energetica ed un trasferimento di calore all’olio molto basso, assicurando una migliore lubrificazione dell’intero manovellismo.

Tutte queste caratteristiche tecniche sono implementate nell’intera gamma CD, tra cui la Serie CD600: questa nuova famiglia di compressori è caratterizzata da una potenza nominale del motore fino a 160 HP e fino a 80 m³/h di volume spostato per applicazioni transcritiche: è la taglia più grande di compressore transcritico e rappresenta la soluzione ideale per grandi magazzini, impianti di trasformazione alimentare e applicazioni industriali, offrendo la possibilità di ridurre drasticamente il numero di compressori installati sul sistema, risparmiando così spazio, costi di investimento e consumo energetico.

Compressor manufacturer Dorin, globally well-known, is showcasing at stand 6-316 its widest product range, including its highly technological innovation.

One of the most appreciated Dorin line of compressors is the CD Range for CO² transcritical and subcritical applications, a real reference on the market for high energy efficiency, environmental friendliness, user-friendliness and reliability. CD reciprocating compressors offer maximum energy efficiency and are designed for a very comprehensive number of applications such as commercial and industrial refrigeration. CD compressors offer the market with the widest range capacity of choices, ranging from 1,5 hp for single compressor units, to 160 hp for large industrial applications.

CD ranges are the widest available in the market and thanks to the automotive solutions thereby deployed, offer system designers the most reliable and robust choice for their CO² based equipments. CD compressors are particularly suitable for supermarket applications in their 2-4 cylinders platforms, while the 6-cylinders versions, are perfectly matching with the larger duties typically featured by industrial and process cooling systems. CD compressors also offer double stage solutions: in particular, the company offers trans-critical compressors for LT applications.

CD Ranges vast success rely on the very many high technology solutions in place for all their components: end users full satisfaction has been the main concern that drove the company during compressor engineering process. For instance, specific technical solutions, such as the external discharge manifold drastically reduces the internal heat transfer between compressor HP and LP sides; this ensures utmost efficiency and considerably lower heat transfer to the oil, thus assuring much better lubricity figures into the entire drive gear.

All these technical features are implemented in the entire CD Range, including CD600 Series: this new compressor family features motor nominal power up to 160HP and up to 80 m³/h displacement for trans-critical applications: this being the largest CO² transcritical compressor size and representing the ideal solution for large warehouses, food processing plant and industrial applications, offering the possibility to drastically reduce the number of compressors installed on the rack, thus saving in space, investment costs and energy consumption.

EMBRACO LANCIA SOLUZIONI innovative a Chillventa

EMBRACO LAUNCHES INNOVATIVE solutions at Chillventa

Embraco partecipa a fiera Chillventa per rafforzare il proprio posizionamento come uno dei maggiori attori nel segmento della refrigerazione promuovendo la qualità della vita attraverso soluzioni di raffreddamento innovative. Oltre a offrire una vasta gamma di tecnologie, l’azienda lancia il suo portafoglio di proposte che consentirà di accedere a una serie completamente nuova di applicazioni riguardanti prodotti, servizi alimentari e distribuzione.

Embraco si posiziona come specialista globale nel suo segmento presentando un nuovo approccio al business: dal prodotto alla soluzione orientata. “Nel corso degli anni, Embraco ha iniziato a guardare all’innovazione dall’esterno in prospettiva, comprendendo le sfide e le esigenze dei propri clienti e quindi sviluppando tecnologie. Di conseguenza, l’azienda si concentra sulla fornitura di una piattaforma completa che combina compressori, servizi e soluzioni di alta qualità”, sottolinea Luis Felipe Dau, presidente di Embraco.

Presso lo stand Hall 7 / 7-114, l’azienda presenta: - Food retail: soluzioni per applicazioni nei supermercati e nei negozi di generi alimentari, come congelatori, celle frigorifere e altri.

- Food services: applicazioni per ristoranti e bar, panetterie e attrezzature per cucine professionali, macchine del ghiaccio e celle frigorifere.

- Merchandiser: soluzioni per impianti di raffreddamento per acqua e armadi per gelato.

- Portafoglio completo: estensione del portafoglio, come NJX (nuovo compressore a pistone singolo da

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special CHILLVENTA

Embraco participates in Chillventa International exhibition to reinforce its positioning as one of the largest players in the refrigeration segment promoting quality of life through innovative cooling solutions. Apart from offering a wide array of technologies, the company launches its complete and extended portfolio that enables attending an entirely new set of applications on food retail, food services and merchandiser markets.

Embraco has been positioning itself as a global specialist in its segment while presenting its new business approach – shifting from product to solution oriented. “Over the years, Embraco has begun to look at innovation from the outside-in perspective, by understanding the challenges and needs of its customers and then developing technologies. As a result, the company is focused on providing a complete platform that combines compressors, services and high quality and performance solutions”, reinforces Luis Felipe Dau, Embraco’s president.

At the booth Hall 7 / 7-114, the company showcases: - Food retail: solutions for supermarket and convenience stores applications, such as self-contained reach-ins, frozen islands, cold rooms and others.

- Food services: applications for restaurants and bars, bakeries and equipment for professional kitchens, ice makers and cold rooms.

- Merchandisers: solutions for sought-after bottle coolers and ice cream cabinets.

- Complete portfolio: portfolio extension, such as NJX (new 2hp single piston compressor), Scroll, as well as complete

Refrigeranti alternativi

Alternative Refrigerants

LE ALTERNATIVE AGLI HFC ALTERNATIVES TO HFC IN

in Italia: punti di forza, criticità

Italy: strengths, weaknesses

LO STATO DELL’ARTE IN ITALIA SULLE ALTERNATIVE NON CLIMA-ALTERANTI AGLI HFC NEI SETTORI INTERESSATI: REFRIGERAZIONE, CLIMATIZZAZIONE, SCHIUME, AEROSOL E SISTEMI FISSI DI PROTEZIONE ANTINCENDIO

STATE OF THE ART IN ITALY ABOUT NON CLIMATECHANGE ALTERNATIVES TO HFCS IN RELEVANT SECTORS: REFRIGERATION, AIR-CONDITIONING, FOAMS, AEROSOLS AND STATIONARY FIRE PROTECTION SYSTEMS

di F. Moricci, G. Rago, A. Gagna, B. Gonella, R. De Lauretis*

by F. Moricci, G. Rago, A. Gagna, B. Gonella, R. De Lauretis*

E PROSPETTIVE Il recente emendamento di Kigali al Protocollo di Montreal per la riduzione progressiva della produzione e consumo degli idrofluorocarburi (HFC) avrà significative ripercussioni nei Paesi in via di sviluppo, dove è ancora in atto la transizione dagli idroclorofuorocarburi (HCFC) agli HFC, mentre in Europa la sua sottoscrizione non comporterà effetti particolari. Ciò dipende dal fatto che l’Unione Europea ha già da diversi anni adottato una severa politica di riduzione degli HFC e la legislazione attualmente in essere risulta in linea con gli obiettivi definiti a Kigali (Regolamento UE n. 517/2014, noto come Regolamento F-Gas). Questo Regolamento prevede il passaggio alle alternative agli HFC secondo un calendario scadenzato che nel breve periodo (5-10 anni) consentirà di utilizzare altre sostanze sintetiche con GWP >150, ma inferiore a quello delle sostanze attualmente utilizzate e nel lungo periodo imporrà il divieto di utilizzo anche di queste con alcune eccezioni. Attualmente le sostanze capaci di rispettare quest’ultimo vincolo (GWP <150) sono le idrofluorolefine (HFO) e i refrigeranti naturali.

Al fine di valutare lo stato di adeguamento alle politiche internazionali e alla normativa europea, il Ministero dell’Ambiente ha siglato un Accordo di collaborazione tecnica con ISPRA per definire lo stato dell’arte in Italia in merito alle alternative non clima-alteranti agli HFC nei settori di interesse. Lo studio è stato basato su dati e informazioni derivanti dalle attività istituzionali dell’ISPRA (Inventario nazionale dei gas serra e dichiarazione F-Gas ai sensi del D.P.R. 43/2012), sull’analisi della letteratura scientifica internazionale e sul coinvolgimento delle associazioni di categoria e di altri stakeholder.

I settori indagati sono la refrigerazione, la climatizzazione, le schiume, l’aerosol e i sistemi fissi di protezione antincendio, per ciascuno dei quali sono stati individuati gli HFC maggiormente impiegati, le sostanze e le tecnologie alternative, i possibili punti di forza, le criticità del settore e le prospettive future. Dalla ricognizione, la prima a livello nazionale, sono emerse diverse criticità in relazione alla disponibilità dei dati necessari per fare un primo stato dell’arte del Sistema Paese. In particolare, è emerso che il mercato si sta adeguando alle prescrizioni del Regolamento molto più rapidamente di quanto si prevedesse, per effetto di strategie e logiche di mercato che da un lato hanno determinato nel 2017 un aumento esponenziale dei prezzi degli HFC con GWP più elevato da parte dei distributori e dall’altro una riduzione della loro disponibilità sul mercato, tanto che alcuni utilizzatori già oggi denunciano difficoltà di approvvigionamento.

In generale le alternative disponibili nel lungo periodo sono i refrigeranti naturali (anidride carbonica CO2, idrocarburi HC e ammoniaca NH3) e le idrofluoroolefine (HFO), che però per esigenze e criticità differenti non sono adeguati per tutti i settori. Difatti, queste alternative presentano problemi legati a tossicità, infiammabilità, corrosività e alte pressioni di lavoro, cui si aggiungono quelli riferibili all’efficienza energetica delle macchine, che richiedono interventi di diverso tipo con ripercussioni sulla fattibilità tecnico

economica delle alternative. Inoltre, il personale tecnico che manipola tali sostanze deve essere adeguatamente formato; a questo proposito gli stakeholder hanno fatto emergere una forte carenza di operatori specializzati adeguati alle nuove richieste del mercato e capaci di favorire il processo di transizione in questione per cui è necessario rafforzare il sistema dei corsi di formazione di docenti e tecnici, garantendo una loro distribuzione omogenea sul territorio, una copertura trasversale su tutte le principali sostanze alternative e settori di impiego. Infine, nella scelta dell’alternativa bisogna tenere conto dell’insieme di norme per la progettazione e la produzione di macchine e componenti, che è in continuo aggiornamento, e degli standard e delle norme di sicurezza che riguardano l’uso di refrigeranti infiammabili, tossici e corrosivi; questi aspetti rendono ancora più ardua la scelta delle alternative, soprattutto nei settori dove le alternative sono poche o non ancora definite.

Nei box si riporta un approfondimento dei singoli comparti. * Federica Moricci, Gabriella Rago, Andrea Gagna, Barbara Gonella, Riccardo De Lauretis, ISPRA – Istituto Superiore per la Protezione e la Ricerca Ambientale, Roma

AND PERSPECTIVES The recent Kigali amendment to the Montreal Protocol for the progressive reduction of HFC production and consumption will have significant effects in developing countries, where the transition from HCFC to HFC is still in place, while in Europe its subscription will not result in special effects. This is because the European Union, from several years, has taken a severe HFC reduction policy and the legislation currently in place is in line with the goals defined in Kigali (EU Regulation no. 517/2014, known as the F-Gas Regulation). This regulation provides for the transition to alternatives to HFC according to a timetable which, in the short term, (5-10 years), will enable the use of other synthetic substances with GWP > 150, but lower than that of the substances currently used and in long run will impose a ban on their use with some exceptions. Currently the substances capable of respecting the latter constraint (GWP < 150) are the Hydrofluoroolefins (HFO) and natural refrigerants.

In order to assess compliance with international policies and European legislation, the Ministry of environment has signed a technical collaboration agreement with ISPRA to define the state of the art in Italy concerning non climate-change alternatives to HFC in the areas of interest. The study was based on

data and information resulting from the institutional activities of ISPRA (national inventory of greenhouse gases and F-Gas Declaration under the Presidential Decree 43/2012, on the international scientific literature analysis and the involvement of industry associations and other stakeholders).

The sectors under investigation include refrigeration, air conditioning, foams, aerosols and stationary fire protection systems, while for each of these sectors, the most used HFCs, substances and alternative technologies, possible strengths, sector problems and future prospects have been identified. The first nationwide survey revealed several problems regarding the availability of the necessary data to make an initial status of the local system. In particular, it emerged that the market is adjusting to the Regulation requirements much more rapidly than expected, due to market strategies and dynamics that determined on the one hand, in 2017, an exponential rise in HFC prices with higher GWP by distributors and, on the other hand, a reduction of their availability on the market, to the extent that some current users already complain about supply difficulties.

In general the available alternatives in the long run are natural refrigerants (carbon dioxide CO2, hydrocarbons HC and ammonia NH3) and hydrofluoroolefins (HFO) which given their different requirements and critical issues are not appropriate for all sectors. In fact, these alternatives have problems with toxicity, flammability, corrosivity or high pressures of work, in addition to those related to energy efficiency of machines, requiring different types of operations with repercussions on the economic and technical feasibility of alternatives. In addition, the technical personnel that manipulates these substances must be adequately trained; in this regard, stakeholders have revealed a strong lack of skilled operators adapted to new market demands and able to assist the process of transition in question. Therefore, it is necessary to strengthen the training courses system in order to prepare teachers and technicians, ensuring their equal distribution on the territory and cross coverage on all major refrigerant alternatives and areas of use.

Finally, in choosing an alternative, account must be taken of a constantly updated set of standards for the design and manufacture of machines and components and of the safety standards and rules concerning the use of flammable, toxic and corrosive refrigerants.

These aspects make even harder the choice of alternative refrigerants, especially in areas where there are few alternatives or not yet defined ones.

Further details of the individual compartments are reported in the boxes. * Federica Moricci, Gabriella Rago, Andrea Gagna, Barbara Gonella, Riccardo De Lauretis, ISPRA – high Institute for Environmental Protection and Research, Rome

special CHILLVENTA

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Refrigeranti alternativi

REFRIGERAZIONE

Il settore della refrigerazione è stato il primo a mettere in atto misure per adeguarsi al Regolamento F-gas, in quanto maggiore utilizzatore di due refrigeranti, R-404A e R-507, ad elevato GWP (3943 e 3980 rispettivamente). Il comparto della refrigerazione domestica è già migrato ai refrigeranti naturali: i frigoriferi domestici utilizzano da tempo l’isobutano come fluido frigorigeno. Nel campo della refrigerazione commerciale, le alternative possibili dipendono dalla taglia e dal tipo di sistema. Per le unità stand alone il propano è l’alternativa a oggi possibile e la tecnologia a CO2 transcritica sembra rappresentare la principale soluzione per gli impianti di taglia maggiore, quali i sistemi centralizzati; tale tecnologia oggi può essere utilizzata anche nei Paesi dal clima caldo, grazie a particolari soluzioni impiantistiche come gli eiettori, la compressione parallela e il sottoraffreddamento. Per la fascia di potenza intermedia, costituita dalle unità a condensazione, i problemi di sicurezza non rendono sempre possibile l’uso di alternative infiammabili come gli HC o le HFO, mentre gli alti costi di investimento richiesti per questa fascia di potenza non rendono la CO2 una alternativa facilmente praticabile. Al momento sono disponibili in commercio solo alternative costituite da nuove miscele con GWP intorno a 600.

Per gli esercizi commerciali, tra le soluzioni a basso impatto ambientale si configurano anche i cosiddetti sistemi integrati R&HVAC a CO2, in grado di soddisfare le esigenze energetiche di refrigerazione, riscaldamento e condizionamento tradizionalmente fornite da sistemi separati, e i sistemi Water loop. Quest’ultima tecnologia è adatta per la climatizzazione di centri commerciali e alberghi ed è premiante dal punto di vista energetico sebbene a oggi ancora molto costosa. Tra le tecnologie del futuro, il mondo della ricerca si sta orientando verso la refrigerazione magnetocalorica, basata sulle proprietà magnetocaloriche di alcuni materiali, che è ritenuta una possibile alternativa per la refrigerazione domestica e commerciale.

In linea generale nel settore della refrigerazione professionale meno dell’1% della produzione annuale usa HC, soprattutto HC-290 e HC-600a. Alternative come le HFO o le miscele a base di HFO risultano ancora molto costose e i componenti sono di difficile disponibilità sul mercato. Per questo motivo, nel 2016 CECED ha presentato alla Commissione Europea la proposta di inserire queste apparecchiature tra quelle di “tipo fisso” e non di “uso commerciale” come definite dal Regolamento F-gas ai punti 23 e 32 dell’art. 2, in modo da risolvere il problema dell’adeguamento al Regolamento F-gas che, all’allegato III, per l’immissione in commercio di apparecchiature e sostanze nel settore della refrigerazione, prevede che per gli HFC a partire dal 2020 sia rispettato il vincolo GWP < 2.500. Anche per il settore delle attrezzature professionali, quali abbattitori di temperatura, vetrine refrigeranti e produttori di ghiaccio, impiegati ad esempio in bar e mense, il passaggio alle alternative a basso GWP pone diverse problematiche: CECED riferisce che non è possibile passare ai refrigeranti naturali o alle HFO, in quanto oltre ai limiti di carica per le sostanze infiammabili, oggi fissati a 150 g come gli HC, per altre c’è scarsa disponibilità di componenti e le soluzioni tecniche non sono ancora perfettamente sviluppate, per cui il passaggio agli HC, ove possibile tecnicamente, determinerebbe sul comparto professionale pesanti interventi difficilmente sostenibili. C’è da dire che è in corso la revisione della norma IEC 60335-2-89 sul limite di carica ammesso per le sostanze infiammabili per le apparecchiature di refrigerazione, che si vorrebbe portare a 500 g. Dal momento che gli standard, pur non essendo obbligatori, condizionano la penetrazione di una alternativa nel mercato, rappresentando una garanzia di sicurezza nell’utilizzo, è evidente che l’innalzamento della carica consentirebbe di utilizzare senza oneri aggiuntivi anche in apparecchiature come i frigoriferi professionali o i condizionatori che necessitano di cariche di refrigerante maggiori.

Alternative Refrigerants

REFRIGERATION

The refrigeration sector was the first to implement measures to adapt to the F-gas Regulation, as major user of two refrigerants, R-404A and R-507, with high GWP (3943 and 3980 respectively). The domestic refrigeration sector has already migrated to natural refrigerants: household refrigerators have been using isobutane as refrigerant fluid from a long time. In the commercial refrigeration sector, possible alternatives depend on system size and type.

For the stand-alone units, propane is the current possible alternative and transcritical CO2 technology appears to be the leading solution for larger plants, such as centralized systems; this technology can be used today in any warm climate country, thanks to special solutions such as ejectors, parallel compression and cooling. For the intermediate capacity range, consisting of the condensing units, safety problems sometimes do not allow the use of flammable alternatives such as HC or HFO, while high investment costs required for this power range do not make the CO2 an easily workable alternative. Currently commercial alternatives only consist of new mixtures with GWP around 600.

As regards retail refrigeration, the so-called R&HVAC integrated systems, based on CO2 as the refrigerant, able to meet the energy requirements of refrigeration, heating and air conditioning traditionally provided by separate systems, and Water loop systems are also considered low environmental impact solutions.

The latter technology is suitable for air conditioning of shopping malls and hotels and is rewarding from the energy viewpoint although it is still very expensive. Among the technologies of the future, the research community is addressing some interest towards the magnetocaloric refrigeration, based on the magnetocaloric properties of some materials, which is considered a possible alternative to domestic and commercial refrigeration.

Generally speaking in the field of professional refrigeration less than 1% of the annual production uses HC, (mainly HC-290 and HC-600a). Alternatives such as HFO or HFO-based mixtures are still very expensive and their components have limited market availability. For this reason, CECED presented to the European Commission in 2016 the proposal to include this equipment among those of stationary “type” and not of “commercial use” as defined by the F-gas regulation in paragraphs 23 and 32 art. 2, in order to solve the problem of adaptation to the F-gas Regulation that, in annex III, for the placing on the market of equipment and substances in the refrigeration sector, provides that the GWP < 2,500 constraint for HFCs should be complied with starting from 2020. Even for the professional equipment sector, such as blast chillers, refrigerating cabinets and ice makers, used for example in bars and canteens, the transition to low-GWP alternatives poses several problems. CECED reports that it is not possible to switch to natural refrigerants or HFO, as in addition to the charge limits for flammable substances, currently established at 150 g such as for the HC, there is poor availability of components and technical solutions are not yet fully developed.

Therefore, the transition to HC, where technically possible, would result in heavy and hardly sustainable interventions in the professional sector. It must be said that the revision of the IEC 60335-2-89 standard is under way on the permissible charge limit for flammable substances for refrigeration equipment, limit which is wished to be established at 500 g. Since the standards, while not mandatory, affect the penetration of an alternative in the market, representing a guarantee of safe operation, it is evident that the raising of this charge would allow the use free of charge in equipment such as professional refrigerators or air conditioners that need more refrigerant charges.

#42 Organo Ufficiale AiCARR

ISSN:2038-2723

LA RIVISTA PER I PROFESSIONISTI DEGLI IMPIANTI HVAC&R

ANNO 8 - FEBBRAIO 2017

NORMATIVA

Panoramica di inizio anno

TAVOLA ROTONDA

Conto Termico e TEE. A che punto siamo?

IMPIANTI NEGLI NZEB: DALLA TEORICA ALLA PRATICA EPB, LE NOVITÀ DELLE NUOVE NORME IMPIANTI AD ARIA PRIMARIA VS VAV FOCUS COMMISSIONING

Installatore GUIDE dell’ Professionale 7

Analisi del processo e case study

FILTRAZIONE E QUALITÀ DELL’ARIA SOTTORAFFREDDAMENTO ADIABATICO PER LA FRIGOCONSERVAZIONE ALIMENTARE

LA DISTRIBUZIONE NEGLI IMPIANTI DI RISCALDAMENTO

RISPARMIO ENERGETICO NEL TERZIARIO

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ROBOTICA

MACCHINE UTENSILI

Al centro della fabbrica intelligente

50 anni di torni

Oggi si parla molto di Industria 4.0 applicata alla produzione. Ma occorre ricordare che l’efficienza del flusso produttivo passa attraverso l’ottimizzazione della movimentazione dei materiali all'interno delle aziende.

Fondata da Paolo Giana nel 1966, Torgim compie il prestigioso traguardo dei 50 anni di attività. Il comune di Magnago vide un grande sviluppo economico e industriale già a partire dalla seconda metà del 1800. Con il passare dei decenni il territorio s’è via via arricchito di aziende manifatturiere che hanno rappresentato delle vere eccellenze in molti settori industriali. [pag. 11]

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– Anno 72 - n. 9

www.ammonitore.com

Novembre/Dicembre 2016

MENSILE D’INFORMAZIONE PER LA PRODUZIONE E L’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE Editoriale

FINANZIAMENTI PMI

TAVOLA ROTONDA

Via libera alla finanza innovativa, quali risposte alla stretta del credito?

Italia scossa di Fabio Chiavieri Macerie ovunque, interi paesi rasi al suolo, gente disperata, sguardi persi. No, non è lo scenario di guerra che ci arriva da qualche zona remota del mondo, a cui siamo tristemente abituati. È la forza devastante del terremoto che ha colpito, e continua a farlo, il nostro Centro Italia. Una faglia che si è estesa per cinquanta chilometri, una ferita su quelle terre che non si potrà più rimarginare.

L’Italia è scossa, fisicamente e mentalmente; schiaffeggiata dalla mano della natura che a volte sa essere molto dura nella sua inarrestabile forza. Eppure il nostro paese risulta essere nelle prime posizioni per quanto riguarda l’utilizzo di tecnologie antisismiche nelle nuove costruzioni.

Cosa succede allora? Alessandro Martelli, Presidente del Glis (Isolamento sismico e altre strategie di progettazione antisismica), ha dichiarato che “Oltre il 70% dell’edificato italiano attuale non è in grado di resistere ai terremoti che potrebbero colpirlo”.

Il problema pertanto è la sicurezza delle costruzioni più datate, e di un immenso patrimonio storico e culturale famoso in tutto il mondo, fatto di chiese, monumenti, palazzi storici, emblema di un passato grandioso che ha visto protagonisti i più grandi artisti e ingegneri di tutti i tempi. Il tema della sicurezza degli ambienti in cui viviamo e lavoriamo, più volte trattato dal nostro giornale e a cui le nostre imprese pongono molta attenzione, ritorna così alla ribalta in un frangente – purtroppo non l’unico negli ultimi anni - tanto eclatante quanto drammatico.

Dalle pagine de L’Ammonitore abbiamo rivolto molti inviti al settore manifatturiero italiano a investire in tecnologie produttive innovative per continuare a essere competitivo, e questa volta ci sentiamo di invitare tutti a investire sulla propria sicurezza, lo Stato a salvaguardare la vita dei cittadini intervenendo significativamente sulle strutture pubbliche e sul nostro prezioso patrimonio artistico, perché il futuro non si prevede, men che meno un terremoto, ma si prepara.

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MATERIE PRIME

Il cliente prima di tutto In occasione di BIMU 2016, i vertici DMG MORI hanno dato vita a un interessante dibattito con la stampa tecnica specializzata, evidenziando le strategie in atto per [pag. 8] rafforzare la posizione del Gruppo nel mondo e sul territorio italiano.

MISURA

Un ponte tra passato e futuro

LAMIERA

40 anni di storia e successi nella robotica industriale

Il 2016 è un anno molto importante per Tiesse Robot. L’azienda festeggia infatti i 40 anni di attività: una storia lunga di successi nazionali e internazionali per le applicazioni della robotica in [pag. 6] ambito industriale.

UTENSILI

Trasformare l’esperienza di oltre 40 anni di attività in una nuova piattaforma in grado di coniugare soluzioni avanzate con le esigenze e professionalità di oggi. Questo è lo sforzo che sta compiendo Hexagon Manufacturing Intelligence, emerso anche durante il forum di fine settembre dedicato all’automazione e alle tecno[pag. 4] logia multisensore.

M-Steel qualità da oltre 40 anni

Ovako, fornitore finlandese di acciai, ripropone sul mercato la qualità M-Steel.

Grazie ad un incremento nella lavorabilità M-Steel si caratterizza per affidabilità, coerenza e prevedibilità nelle lavorazioni, riducendo i così costi di pro[pag. 12] duzione.

L’anello che mancava: l’utensile connesso al sistema produttivo L’utensile “intelligente” è il naturale completamento del complesso sistema produttivo che si basa sulla raccolta e l’analisi dei dati provenienti da macchine e strumenti di misura in costante dialogo tra loro. In altre parole un nuovo passo avanti verso la creazione della fabbrica completamente automatica. [pag. 7]

MACCHINE UTENSILI

Rettificatrici Ghiringhelli: 95 anni sull’onda dei mercati

[pag. 18]

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23/06/2017 11:41:25

Alternative Refrigerants

Alternative Refrigerants

CONDIZIONAMENTO

AIR CONDITIONING

Nel settore del condizionamento i piccoli condizionatori portatili sono già migrati al propano (HC-290). Per le altre apparecchiature l’unica alternativa agli attuali refrigeranti, R-410A per impianti di taglia medio piccola e HFC-134a per impianti di taglia grande, è costituita da altri HFC con GWP inferiore a quello dei gas fluorurati in uso. L’HFC-32 (GWP = 675), che costituisce la principale alternativa all’R-410A, potrà essere impiegato anche dopo il 2025 ma è ancora poco diffuso. I refrigeranti naturali, per motivi di sicurezza e fattibilità tecnico-economica, non sono ritenuti alternative praticabili, così come l’HFO-1234ze, sostituto dell’HFC-134a, per il quale la tecnologia è ancora a livello di prototipo. Se il settore del condizionamento non risulta ancora pronto a passare a refrigeranti alternativi diversi dagli HFC, anche mantenere in vita le attuali produzioni sta diventando sempre più difficile, a causa della drastica diminuzione della disponibilità degli idrofluorocarburi e dell’aumento del loro costo. Dall’inizio del 2017 in Italia sono stati registrati quattro rincari dei prezzi, che nel caso dell’R-410A e dell’HFC-134a sono risultati addirittura maggiori rispetto anche a quelli registrati in Francia e in Spagna. Assoclima ha denunciato che è a rischio lo sviluppo dell’intero mercato nazionale dei climatizzatori e delle pompe di calore. Queste ultime hanno trainato fuori dalla crisi l’intero settore riportandolo ai livelli pre-crisi del 2008, grazie agli incentivi fiscali, alle nuove tariffazioni elettriche e all’interesse per le tecnologie rinnovabili, che hanno fatto registrare un +80% del fatturato nella tipologia aria-acqua nel 2016 rispetto al 2015. In questa situazione, il settore del condizionamento trarrebbe sicuramente dei benefici se venissero prese in considerazione e risolte le questioni riguardanti gli standard di infiammabilità e le norme sull’antincendio. Inoltre, l’industria del condizionamento è costantemente impegnata nell’adeguamento dei propri prodotti ai requisiti di prestazione energetica richiesti dalla direttiva Ecodesign.

A tal proposito, Assoclima e AiCARR sono impegnate in prima linea per proporre il recepimento in Italia degli standard internazionali sulla infiammabilità e per richiedere l’unificazione nazionale delle norme sull’antincendio e il superamento dei vecchi decreti sulla sicurezza. Le Associazioni stanno collaborando con il Ministero dell’Interno e i Vigili del fuoco per definire le Linee Guida sulla valutazione del rischio in modo uniforme a livello nazionale.

In the air conditioning sector the small portable air conditioners have already migrated to propane (HC-290).

As regards other equipment, the only alternative to the current refrigerants, R-410A for small to medium sized systems and HFC-134a for large size systems, consists of other HFC with GWP lower than that of F-gases in use. The HFC-32 (GWP = 675), which is the main alternative to R-410A can be used even after 2025 but is still not widespread. Natural refrigerants, for reasons of safety and technical and economic feasibility, are not considered viable alternatives, including HFO-1234ze, replacement of HFC-134a, for which the technology is still in the prototype phase. While the air-conditioning sector is not yet ready to switch to alternative refrigerants other than HFCs, even maintaining the current production is becoming increasingly difficult, due to the drastic reduction of the availability of hydrofluorocarbons and their increasing cost. Since the beginning of 2017 Italy marked four price increases, which in the case of R-410A and HFC-134a were even higher than those marked in France and Spain. Assoclima denounced that the development of the entire national market of air conditioners and heat pumps was at risk. The heat pumps have pulled out of the crisis the entire industry bringing it back to pre-2008 crisis levels, thanks to tax incentives, new electric charges and interest for renewable technologies, which showed a +80% of turnover in the air-water type in 2016 as compared to 2015. In this situation, the air-conditioning sector would certainly benefit if issues concerning flammability standards and fire safety regulations were considered and resolved. Furthermore, the air conditioning industry is constantly striving to adapt its products to the energy performance requirements in accordance with the Ecodesign directive. In this regard, Assoclima and AiCARR are engaged in the front line to propose the implementation in Italy of the international standards on flammability and to request the national unification of fire safety standards and overcoming of the old decrees on safety. Associations are working together with the Ministry of the Interior and the Fire Department to uniformly define nationwide guidelines on risk assessment.

SCHIUME, AEROSOL E SISTEMI DI PROTEZIONE ANTINCENDIO

FOAM, AEROSOL AND FIRE PROTECTION SYSTEMS

I settori schiume, aerosol e i sistemi fissi di protezione antincendio sono pronti a passare ai refrigeranti naturali, alle HFO e ai gas chimici, alcuni dei quali vengono già usati. Nel settore delle schiume, il prezzo degli agenti espandenti incide sul prezzo finale del prodotto più che in altri settori, in quanto l’espandente arriva addirittura a costituire il 97% di un pannello. Le HFO, sebbene siano degli ottimi isolanti e richiedano bassi costi di investimento sugli impianti, risultano a oggi molto costose. Al contrario gli HC necessitano di alti investimenti per la sicurezza a fronte di un costo relativamente basso, per cui il loro utilizzo è conveniente con alti livelli di fabbricazione dei prodotti. Il driver nella scelta dell’alternativa rimane l’aspetto economico.

L’industria del poliuretano è già ora in sofferenza a causa della carenza degli HFC: si ritiene che già nel 2018 non ci saranno quasi più in circolazione questi espandenti per schiume poliuretaniche a base di HFC. Attualmente il settore degli aerosol ha preso in considerazione sia alternative tecnologiche not in kind, che gli HC e l’HFO-1234ze e miscele a base di questi ultimi. Per gli aerosol medici per adesso non ci sono limitazioni all’uso degli HFC, che non sono coinvolti dal Regolamento F-gas. Tossicità, infiammabilità e pressione anche per il settore aerosol rappresentano una sfida.

Per quanto concerne i sistemi fissi di protezione antincendio, l’Italia è leader mondiale nella produzione di tecnologie e brevetti, ad esempio per lo sviluppo, la progettazione e la certificazione di valvole speciali per gas inerti, ugelli di scarica silenziati, riduttori di pressione, sistemi che regolano la scarica del gas inerte sulla base del volume libero da materiali e arredi.

embraco.com

Sectors of foams, aerosols and stationary fire protection systems are ready to switch to natural refrigerants, HFO and chemical gases, some of which are already being used. As regards the foams sector, the price of blowing agents affects the final price of the product more than in other sectors, given that the blowing agent constitutes even 97% of a panel. The HFOs, although they are excellent insulators and require low investment costs on systems, are very expensive today. On the contrary, HCs require high safety investments with a relatively low cost, so their use is convenient with high levels of production. The economic aspect remains the driver in choosing the alternative. The polyurethane industry is already suffering due to the shortage of HFCs: it is believed that as early as 2018 these blowing agents for HFC-based polyurethane foams will be almost no longer in circulation.

Aerosol sector has currently taken into consideration both technological not in kind alternatives, and HCs along with HFO-1234ze and related mixtures. As regards medical aerosols as of now there are no limitations on the use of HFCs, which are not involved in the F-gas Regulation. Toxicity, flammability and pressure represent a challenge also for the aerosol industry.

As regards the stationary fire protection systems, Italy is the world’s leading manufacturer of technologies and patents, for example for the development, design and certification of special valves for inert gases, silenced discharge nozzles, pressure reducing valves, systems that regulate inert gas discharge basing on the volume free from materials and furnishings.

STAY COOL We’ll solve it. Together.

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VISIT US IN CHILLVENTA NÜRNBERG OCTOBER 16 - 18, 2018 HALL 7 STAND 7-114

special CHILLVENTA

9

Refrigerazione

Refrigeration

SUPERMARKET,

SUPERMARKET,

le condizioni di comfort termico thermal comfort conditions

NELLE AREE REFRIGERATE IN REFRIGERATED AREAS RISULTATI DI UNA CAMPAGNA DI MISURE OGGETTIVE IN UN PUNTO VENDITA SITUATO AL CENTRO-SUD SULLA BASE DI UNO SPECIFICO PROTOCOLLO PER LA VALUTAZIONE DELLE CONDIZIONI DI COMFORT TERMICO E DI STRESS DA FREDDO

RESULTS OF AN OBJECTIVE MEASUREMENT CAMPAIGN IN A POINT OF SALE LOCATED IN THE CENTRAL-SOUTH REGION BASED ON A SPECIFIC PROTOCOL FOR THE EVALUATION OF THERMAL COMFORT AND COLD STRESS CONDITIONS

di F.R. d’Ambrosio Alfano, M. Dell’Isola, G. Ficco, A. Frattolillo, B.I. Palella, G. Riccio*

by F.R. d’Ambrosio Alfano, M. Dell’Isola, G. Ficco, A. Frattolillo, B.I. Palella, G. Riccio*

Il conseguimento della qualità dell’ambiente interno, che rappresenta la sintesi di tutti gli aspetti del benessere (termico, acustico, visivo) e della qualità dell’aria, spesso indicata con l’acronimo inglese IEQ, è un tema estremamente attuale non solo per le ricadute sul risparmio energetico ma anche per lo stretto legame con la produttività (Al horr et al., 2016). Questo aspetto diventa ancor più interessante nei centri commerciali, per due ragioni fondamentali. Innanzitutto essi sono tra gli edifici commerciali a maggior impatto energetico in quanto incidono per il 5% sui consumi di energia primaria, di cui l’aliquota legata alla refrigerazione raggiunge anche il 50% (Lindberg et al., 2011). Inoltre, la realizzazione nei centri commerciali di un ambiente confortevole per l’utente è un fattore di marketing, in quanto più l’ambiente risulta accattivante, maggiore è il tempo che si trascorre in esso e, quindi, maggiore è la probabilità che si effettuino acquisti anche non programmati (Dalli e Romani, 2000).

Nel settore della grande distribuzione, l’aspetto del comfort termoigrometrico non è abbastanza curato, soprattutto nelle aree in cui sono presenti i banchi frigoriferi per la commercializzazione di prodotti freschi o surgelati. In queste aree, infatti, viene solitamente privilegiata la visibilità dei prodotti e la facilità di accesso per l’utente, trascurando il beneficio per l’azienda derivante dalla maggiore permanenza dei consumatori e dalla maggiore soddisfazione degli operatori, non solo di quelli che lavorano nelle corsie del freddo, ma anche di quelli che trascorrono il loro turno di lavoro in reparti più freddi quali macelleria e pescheria. Questo si traduce in una certa riluttanza nella sostituzione o nel retrofit dei banchi aperti esistenti con banchi chiusi che, a causa delle minori infiltrazioni di aria fredda in ambiente, richiedono di certo minori consumi per la refrigerazione (Lindberg et al., 2008a) ma possono essere interessati da fenomeni di condensa che riducono la visibilità dei prodotti specialmente

Achieving indoor environmental quality, which is a synthesis of all aspects of comfort (thermal, acoustic, visual) and indoor air quality, often referred to with the acronym IEQ, is a very topical theme not only for the impact on energy saving but also for the close link with productivity (Al horr et al. 2016). This aspect becomes even more interesting in shopping malls, for two fundamental reasons. First of all, they are among the commercial buildings with the greatest energy impact in that they account for 5% of the primary energy consumption, of which the rate related to refrigeration also reaches 50% (Lindberg et al., 2011). Moreover, the creation of a comfortable environment for the user in the malls is a marketing factor, given that the more the atmosphere is captivating, the more time you spend in it and, therefore, the more likely it is that you also make unplanned purchases (Dalli and Romani, 2000).

In the retail sector, thermal comfort conditions are not quite carefully investigated, especially in areas where refrigerated cab-

in estate (Della Guerra et al., 2016).

Come accennato, la presenza dei banchi frigo è causa di discomfort termico sia globale che locale. Innanzitutto, la presenza di superfici fredde determina un generale abbassamento della temperatura media radiante con l’insorgere di asimmetrie radianti orizzontali e verticali. Inoltre, l’aria fredda in uscita dai cabinets tende a miscelarsi con quella dell’ambiente circostante, come mostrato in Figura 1, e, stratificando sul pavimento, genera una sensazione di freddo alle caviglie e ai piedi nota come cold feet effect (Ndoye et al., 2011; Lindberg et al., 2017).

Tra l’altro la presenza di aria fredda sul pavimento può contribuire al discomfort locale, non solo per la conseguente riduzione della temperatura del pavimento, ma anche per il potenziale insorgere di asimmetria radiante verticale. A quanto detto, va aggiunto il comportamento degli utenti, soprattutto delle donne, che, nella stagione estiva, indossano abbigliamenti leggeri che generalmente lasciano scoperte le gambe, esaltando così

inets are used for the marketing of fresh or frozen products. In these areas, in fact, product visibility and ease of access for the user are usually privileged, disregarding the benefit to the company resulting from increased consumer permanence and greater satisfaction of operators, considering not only those working in the refrigerated areas, but also those spend their work shift in colder departments such as the butcher and fishmonger ones. This translates into a reluctance to perform retrofit or replacement of existing open cabinets with closed cabinets that, due to the smaller infiltration of cold air in the environment, require for sure less refrigeration consumption (Lindberg et al., 2008a) but may be affected by condensation blocking visibility of products especially in summer (Della Guerra et al., 2016).

As mentioned, the presence of refrigerated cabinets causes both global and local thermal discomfort. First, the presence of cold surfaces determines a general lowering of the mean radiant temperature with the onset of horizontal and vertical radiant asymmetries.

In addition, the cold air coming out of the cabinets tends to mix with that of the surrounding environment, as shown in Figure 1, and its stratification on the floor generates a feeling of cold in the ankles and feet known as the cold feet effect (Ndoye et al., 2011; Lindberg et al., 2017).

Among other things, the presence of cold air on the floor can contribute to local discomfort, not only for the consequent reduction of the floor temperature, but also for the potential onset of vertical radiant asymmetry. Furthermore it should be noted that the behaviour of users, especially women, who, in summer, wear light clothing with generally uncovered legs, enhances the effects related to the presence of cold air on the floor.

CONDUCTED INVESTIGATIONS

Aiming at providing a contribution to char-

Tabella 1 – Descrizione delle postazioni di misura in Figura 1. I banchi frigo verticali sono tutti di altezza pari a 2,0 m e sono sprovvisti di porte. L = lunghezza, P = profondità

Table 1 – Description of the measurement points and cabinets in the four investigated supermarkets in figures 1 and 2. Vertical cabinets are 2.0 m tall. OVC=Open Vertical Cabinet; OHC=Open Horizontal Cabinet

Postazione

Prodotti esposti

Descrizione postazione

Ref

Foodstuff

Type

Description

1

Latticini e pasta fresca

Banco frigo orizzontale a pozzo posto di fronte a un banco verticale con corpo centrale L = 6,0 m e due corpi laterali L = 4,0 m

1

Dairy product

OVC

6 m long with 2 lateral bodies 4 m long in front of an OHC

2

Salumeria

Bancone di vendita posto di fronte a un banco frigo orizzontale a pozzo

2

Delicatessen

–

Refrigerated counter in front of an OHC

3

Meat

OVC

8 m long with 2 lateral bodies 4 m long in front of an OHC

3

Carni

Banco frigo orizzontale a pozzo posto di fronte a un banco verticale con corpo centrale L = 8,0 m e due corpi laterali L = 4,0 m

4

Milk

OVC

6 m long in front of an OHC

4

Latte

Banco frigo orizzontale a pozzo posto di fronte a un banco verticale a scaffali L = 6,0 m

5

Yogurt

OHC

in front of an OVC 7 m long

5

Yogurt

Banco frigo orizzontale a pozzo posto di fronte a un banco verticale a scaffali L = 7,0 m

6

Fruits & vegetables

OVC

8 m long in front of a not refrigerated vertical cabinet

6

Frutta e verdura

Banco verticale a scaffali L = 8,0 m posto di fronte a un banco verticale a scaffali non refrigerato

7

Fish

OHC

7 m long and 2.0 m deep

7

Pesce

Banco orizzontale aperto L = 7,0 m e P = 2,0 m

Tabella 2 – Classificazione degli ambienti termici secondo la norma UNI EN ISO 7730 (UNI, 2006) classe A

classe B

Table 2 – The classification of the thermal environments according to UNI EN ISO 7730 Standard (UNI, 2006)

classe C

Category A

Condizione

PD (%)

Condizione

PD (%)

Condizione

PD (%)

PMV

-0,20 – 0,20

≤6

-0,50 – 0,50

≤ 10

-0,70 – 0,70

≤ 15

ta,1.1 - ta,0.1

< 2 °C

≤3

< 3 °C

≤5

< 4 °C

∆t(pr,0.6)h

< 10 °C

≤5

< 10 °C

≤5

∆t(pr,0.6)v

< 5 °C

≤5

< 5 °C

va

DR < 10

≤ 10

tp

19 – 29 °C

≤ 10

10

special CHILLVENTA

Category B

Category C

Condition

PD (%)

Condition

PD (%)

Condition

PD (%)

PMV

-0,20 – 0,20

≤6

-0,50 – 0,50

≤ 10

-0,70 – 0,70

≤ 15

≤ 10

ta,1.1 - ta,0.1

< 2 °C

≤3

< 3 °C

≤5

< 4 °C

≤ 10

< 13 °C

≤ 10

∆t(pr,0.6)h

< 10 °C

≤5

< 10 °C

≤5

< 13 °C

≤ 10

≤5

< 7 °C

≤ 10

∆t(pr,0.6)v

< 5 °C

≤5

< 5 °C

≤5

< 7 °C

≤ 10

DR < 10

≤ 10

DR < 15

≤ 15

va

DR < 10

≤ 10

DR < 10

≤ 10

DR < 15

≤ 15

19 – 29 °C

≤ 10

17 – 31 °C

≤ 15

tf

19 – 29 °C

≤ 10

19 – 29 °C

≤ 10

17 – 31 °C

≤ 15

Refrigeration

Refrigerazione acterise the thermohygrometric condexposuritions of refrigerated areas of supermarkets located in the Mediterranean area, a campaign of objective measures was performed in a point of sale located Light in the Central-South region based on a specific Protocol for the evaluation of thermal comfort and cold stress Cold air spills into the space conditions. The survey was conducted both in summer and autumn.

Light The evaluation was carried out in the departments used for exposure of food products that require refrigerated storage, at the measurRefrig Fan Coil ing points in Figure 2, RISULTATI described in Table 1.

Figure 1 – Cold feed effect in a Thermal comfort index vertical open cabinet. From [1] COMFORT E STRESS values calculated at GLOBALI various points were In Tabella 3 sono riportati, per ciascuna compared with the limit values for different postazione investigata, i valori dell’indice quality classes of the thermal environment, PMV. È evidente che la sensazione termica shown in Table 2. è sistematicamente spostata verso il freddo As regards the cold stress, the minimum (PMV<0). Le situazioni più critiche sono required clothing insulation (IREQ) was calcuquelle estive, specialmente nelle postazioni lated, defined as the clothing thermal resista ridosso dei banchi verticali (1, 5 e 6) dove ance which, in the environment under examrisulta PMV<-2, condizione per la quale la ination, would theoretically allow to maintain norma UNI EN 15265 richiede la valutazione the human body to acceptable levels of body nari specifici.

I valori di isolamento termico statico sono stati ricavati dalla norma UNI EN ISO 9920 (UNI, 2009) e opportunamente corretti allo scopo di tener conto dell’effetto del movimento dell’aria e del moto relativo delle persone sulle proprietà termofisiche dell’abbigliamento, il cosiddetto pumping effect (UNI, 2006 e 2009).

Per quanto riguarda i valori di metabolismo energetico, per i clienti è stato utilizzato il valore di 1,6 met (UNI, 2006) e per il personale, è stato scelto un valore pari a 1,85 met (UNI, 2005a).

gli effetti legati alla presenza di aria fredda sul pavimento.

INDAGINI SVOLTE

Per fornire un contributo utile a caratterizzare le condizioni termoigrometriche delle zone refrigerate di supermarket ubicati in area mediterranea è stata effettuata una campagna di misure oggettive in un punto vendita situato al Centro-Sud sulla base di uno specifico protocollo per la valutazione delle condizioni di comfort termico e di stress da freddo. L’indagine è stata condotta sia nella stagione estiva che in quella autunnale.

La valutazione è stata effettuata nei reparti adibiti all’esposizione di prodotti alimentari che necessitano della conservazione refrigerata, nei punti di misura in Figura 2, descritti in Tabella 1. I valori degli indici di comfort termico calcolati nei diversi punti sono stati confrontati con quelli limite per le diverse classi di qualità dell’ambiente termico, riportati in Tabella 2.

Per lo stress da freddo è stato calcolato l’indice di raffreddamento globale IREQ (Insulation Required), definito come la resistenza termica dell’abbigliamento che, nell’ambiente in esame, consentirebbe teoricamente di mantenere indefinitamente il corpo umano a livelli accettabili di temperatura corporea e di temperatura della pelle (UNI, 2009; d’Ambrosio Alfano et al., 2013). Questo valore è stato quindi confrontato con quello della resistenza termica dell’abbigliamento effettivamente indossata dal soggetto, Icl,r , per verificare l’adeguatezza dell’abbigliamento indossato, rilevato grazie all’uso di questio-

Postazione Stagione C 1 2 3 4

P

DIS

A

E

-2,01 -0,51

DIS

C

A

-0,36 0,54

B

C

E

-1,47 -0,20

DIS

C

A

-1,14 0,01

DIS

A

E

-0,50 0,51

C

C

A

-1,06 0,06

DIS

A

E

-0,58 0,43

C

B

A E A

7

C

-1,13 0,02

E

6

P

A

A

5

Classe di qualità termica

PMV

E

-0,89 0,19

DIS

-2,12 -0,59

DIS

-1,11 0,06

DIS

-2,44 -0,77

DIS

-0,64 0,38

B

-1,69 -0,27

DIS

Icl,r IREQmin IREQneu DLEmin DLEneu Postazione Stagione (clo) (clo) (clo) (min) (min) 1 2 3 4

A C A B

0,75

1,10

72

276

E

0,16

0,58

0,94

27

51

A

0,64

0,39

0,75

263

>480

E

0,16

0,46

0,81

33

72

A

0,64

0,75

1,10

72

274

E

0,16

0,10

0,47

70

>480

A

0,64

0,72

1,07

76

365

E

0,16

0,14

0,51

61

>480

A E A

7

C

0,64

E

6

DIS

A

A

5

E

0,64 0,16 0,64 0,16 0,64 0,16

0,63 0,64 0,71 0,71 0,50 0,47

0,99 0,99 1,06 1,06 0,85 0,82

94

>480

25

44

78

404

24 147

39 >480

32

69

Postazione

1 2 3 4 5 6 7

Stagione

Parete fredda Soffitto caldo

PMV

Measurement Season Position 1 2 3 4 5 6 7

Tabella 5 – Risultati delle misurazioni relative al discomfort locale. Le percentuali di insoddisfatti sono state ricavate con le relazioni di calcolo riportate nella UNI EN ISO 7730 (UNI, 2006). A: autunno; E: estate; PD = percentuale di insoddisfatti Gradiente verticale Pavimento di temperatura troppo freddo

RESULTS GLOBAL STRESS AND COMFORT

Table 3 lists, for each location investigated, the PMV index values. It is evident that the thermal sensation is systematically shifted to the cold (PMV < 0). The most critical situations were found in summer, especially in the positions nearby the vertical cabinets (1,5 and 6) with a PMV < -2, condition for which UNI EN 15265 standard requires the assessment of the exposure limit to attribute the risk class (UNI, 2005b). During the autumn, thanks to the greater thermal resistance of clothing, PMV index values are much higher, but are nevertheless of discomfort, as demonstrated by the fact that only two locations are included in class B. As regards staff, due to increased values of

Table 3 – Values of the main microclimatic variables measured at 1.1 m above the ground and PMV values referred to the customers (C) and the staff (S) in the two seasons (A=Autumn, S=Summer). Global comfort categories according to UNI EN ISO 7730 are also reported. DIS=Discomfort

Tabella 4 – Valutazione dell’indice IREQ per i clienti nelle postazioni in cui è stato effettuato il monitoraggio microclimatico. In grassetto si evidenziano le situazioni in cui risulta Icl,r<IREQmin, e quindi il soggetto è potenzialmente interessato da raffreddamento incontrollato. A: autunno; E: estate; DLE = durata limite di esposizione

Tabella 3 – Valori dell’indice PMV riferito a clienti (C) e personale (P).

A: autunno; E: estate; DIS: discomfort

and skin temperature (UNI, 2009; d’Ambrosio Alfano et al., 2013). This value was then compared to the thermal insulation of clothing actually worn by the subject, Icl,r, (evaluated by using specific questionnaires) to check the appropriateness of clothing worn.

Static thermal insulation values were obtained by the UNI EN ISO 9920 (UNI, 2009) standard and appropriately adjusted in order to take into account the effect of air velocity and body movements of people on thermophysical property of clothing, the so-called pumping effect (UNI, 2006 and 2009).

As for the values of the metabolic rate, the value of 1.6 met (UNI, 2006) was used for customers and the value of 1.85 met (UNI, 2005a) was used for the staff.

Figura 1 – Cold feed effect su un cabinet verticale aperto. Adattato da [1]

C

Category S

C

S

A

-1,13 0,02

DIS

A

S

-2,01 -0,51

DIS

C

A

-0,36 0,54

B

C

S

-1,47 -0,20

DIS

C

A

-1,14 0,01

DIS

A

S

-0,50 0,51

C

C

A

-1,06 0,06

DIS

A

S

-0,58 0,43

C

B

A

-0,89 0,19

DIS

A

S

-2,12 -0,59

DIS

C

A

-1,11 0,06

DIS

A

S

-2,44 -0,77

DIS

DIS

A

-0,64 0,38

B

B

S

-1,69 -0,27

DIS

C

Table 4 – Cold stress assessment for customers by means of IREQ index in investigated measurement positions. In bold, microclimatic conditions such as Icl,r<IREQmin (uncontrolled cooling of the body) have been highlighted.

A=Autumn, S=Summer, DLE= exposure limit Measurement Season Icl,r IREQmin IREQneu DLEmin DLEneu position (clo) (clo) (clo) (min) (min) 1 2 3 4 5 6 7

A

0,64

0,75

1,10

72

276

S

0,16

0,58

0,94

27

51

A

0,64

0,39

0,75

263

>480

S

0,16

0,46

0,81

33

72

A

0,64

0,75

1,10

72

274

S

0,16

0,10

0,47

70

>480

A

0,64

0,72

1,07

76

365

S

0,16

0,14

0,51

61

>480

A

0,64

0,63

0,99

94

>480

S

0,16

0,64

0,99

25

44

A

0,64

0,71

1,06

78

404

S

0,16

0,71

1,06

24

39

A

0,64

0,50

0,85

147

>480

S

0,16

0,47

0,82

32

69

TabLE 5 – Measurement of the main parameters related to local discomfort. The percentages of dissatisfied have been calculated by means of equations reported in UNI EN ISO 7730 (UNI, 2006). A=Autumn, S=Summer, PD=Percentage of Dissatisfied Correnti d’aria

th-tk (°C)

PD (%)

tp (%)

PD (%)

Δtpr,h (°C)

PD (%)

Δtpr,v (°C)

PD (%)

DR (%)

A

5,8

31

13,8

26

0,8

0,2

2,3

3

–

E

6,4

43

15,5

20

1,4

0,2

2,3

3

–

A

4,5

13

16,5

17

0,2

0,1

1,6

2

–

E

4,5

13

16,5

17

1,3

0,2

1,6

2

–

A

9,1

88

13,1

28

0,5

0,2

2,9

3

–

E

8,4

81

16,0

18

0,6

0,2

2,9

3

–

A

6,9

54

13,4

27

0,4

0,2

3,5

4

–

E

6,7

49

15,8

19

4,0

0,5

3,5

4

–

A

5,1

20

15,0

21

0,4

0,2

2,0

2

–

E

6,0

35

16,1

18

4,4

0,6

2,0

2

–

A

5,1

20

14,2

24

0,4

0,2

1,5

2

–

E

5,1

20

18,6

11

5,0

0,8

1,5

2

–

A

4,1

10

16,8

16

0,9

0,2

1,5

2

–

E

4,5

13

17,5

14

0,6

0,2

2,0

2

–

Measurement Position

1 2 3 4 5 6 7

Vertical air temperature gradient

Warm or cold floor

th-tk (°C)

PD (%)

tp (%)

PD (%)

Δtpr,h (°C)

PD (%)

Δtpr,v (°C)

PD (%)

DR (%)

A

5,8

31

13,8

26

0,8

0,2

2,3

3

–

S

6,4

43

15,5

20

1,4

0,2

2,3

3

–

A

4,5

13

16,5

17

0,2

0,1

1,6

2

–

S

4,5

13

16,5

17

1,3

0,2

1,6

2

–

A

9,1

88

13,1

28

0,5

0,2

2,9

3

–

S

8,4

81

16,0

18

0,6

0,2

2,9

3

–

A

6,9

54

13,4

27

0,4

0,2

3,5

4

–

S

6,7

49

15,8

19

4,0

0,5

3,5

4

–

A

5,1

20

15,0

21

0,4

0,2

2,0

2

–

S

6,0

35

16,1

18

4,4

0,6

2,0

2

–

A

5,1

20

14,2

24

0,4

0,2

1,5

2

–

S

5,1

20

18,6

11

5,0

0,8

1,5

2

–

A

4,1

10

16,8

16

0,9

0,2

1,5

2

–

S

4,5

13

17,5

14

0,6

0,2

2,0

2

–

Season

Cold wall

Warm ceiling

Draught rate

special CHILLVENTA

11

Refrigerazione della durata limite di esposizione per l’attribuzione della classe di rischio (UNI, 2005b).

Nel periodo autunnale, complice la maggior resistenza termica dell’abbigliamento, i valori dell’indice PMV sono decisamente più alti, ma risultano comunque di discomfort, come dimostrato dal fatto che solo una postazione è in classe B. Nel caso del personale, a causa dei maggiori valori di isolamento termico dell’abbigliamento e di attività rispetto a quelli dei clienti, i valori dell’indice PMV sono sempre maggiori e spesso anche positivi. La sola situazione di discomfort, PMV = -0,77, è quella relativa alla postazione 6, che appare più impegnativa anche per la clientela a causa dei valori di temperatura dell’aria e media radiante particolarmente bassi. È quindi possibile concludere che, per il personale, le condizioni di lavoro non destano particolari problematiche di comfort.

Per verificare l’insorgere di stress da freddo per i clienti, in Tabella 4 sono riportati i valori di IREQ (UNI, 2009) e le durate limite di esposizione, DLE. In ben 5 postazioni in estate l’abbigliamento indossato non è sufficiente a garantire l’omeotermia (Icl,r < IREQmin) con valori di DLE anche minori di 30 minuti nel caso di banchi frigo verticali (postazioni 1, 5 e 6). Situazione leggermente migliore in autunno, quando le posizioni critiche scendono a 3. C’è comunque da dire che i risultati ottenuti sono puramente indicativi, visto che a stretto rigore il modello IREQ può essere usato per valori di temperatura dell’aria e di isolamento termico dell’abbigliamento statico rispettivamente minori di 10 °C e maggiori di 0,5 clo (UNI, 2009). Ovviamente, eccezion fatta per la corsia a ridosso del banco salumeria, dove in caso di code i tempi di sosta possono essere anche confrontabili con i DLE ottenuti, in tutte le altre postazioni analizzate è estremamente improbabile permanere per più di qualche minuto.

DISCOMFORT LOCALE

In Tabella 5 sono riportati i valori delle grandezze microclimatiche necessarie alla valutazione oggettiva delle quattro cause di discomfort locale e le relative percentuali di insoddisfatti, che mostrano una forte stratificazione di aria fredda nella zona delle caviglie in tutte le postazioni, con conseguenti elevati valori della percentuale di insoddisfatti.

In particolare, la differenza tra la temperatura dell’aria misurata all’altezza della testa e delle caviglie raggiunge anche 8-9 °C nel reparto macelleria (postazione 3) dove il fenomeno è accentuato dalla presenza delle celle frigorifere. In tutti gli altri reparti i gradienti sono leggermente minori, generalmente più elevati in estate e sempre in linea con gli studi condotti in Svezia da Lindberg et al. (2017) per le stesse tipologie di cabinets. È opportuno comunque osservare che i valori delle percentuali di insoddisfatti riportati in Tabella 5 potrebbero essere sovrastimati in quanto le relazioni riportate nella UNI EN ISO 7730 (UNI, 2006) e i valori limite riportati in Tabella 2 sono relativi a soggetti seduti in condizioni di attività sedentaria.

La forte stratificazione di aria fredda determina non solo discomfort alle caviglie ma anche temperature del pavimento estremamente basse se confrontate con i valori limite in Tabella 2. Tale fenomeno favorisce l’insorgere di asimmetria radiante verticale (soffitto caldo) anche se abbastanza contenuta, come si osserva dalle ridotte percentuali di insoddisfatti in Tabella 5.

Anche l’asimmetria radiante orizzontale è apparsa relativamente contenuta specialmente in quelle postazioni in cui sono presenti banchi opposti, uno dei quali dotato di corpi laterali (vedi Figura 2). Per contro, nelle postazioni 4, 5 e 6 dove il layout dello spazio di vendita prevede due banchi senza corpi laterali o, come nel reparto frutta e verdura, un solo cabinet posto di fronte a un banco

12

special CHILLVENTA

Refrigeration non refrigerato, i valori dell’asimmetria sono più elevati. In ogni caso, il fenomeno è limitato al caso estivo e comporta percentuali di insoddisfatti entro i limiti di norma. Il draft risk invece è assolutamente trascurabile dati i valori di velocità dell’aria estremamente contenuti

thermal insulation of clothing and of activities as compared to those of clients, PMV index values are always greater and often positive.

The only situation of discomfort, PMV =-0.77, is that relating to station 6, appearing more difficult even for customers because of particularly low values of air and mean radiant temperature. It is therefore possible to conCONCLUSIONI clude that, for the staff, the working conditions La realizzazione nei centri commerciali di do not raise particular issues of comfort. un ambiente confortevole per l’utente è una Aiming at checking the occurrence of cold necessità, in quanto più l’ambiente risulta stress for customers, table 4 includes the accattivante, maggiore IREQ values (UNI, 2009) Figura 2 – Pianta degli spazi di vendita è il tempo che si traand exposure limits, con i relativi punti di misura e legenda scorre in esso e, quindi, DLE. Clothing worn maggiore la probabilità in 5 stations in sumche si effettuino anche mer is not sufficient to acquisti non programensure homeothermy mati.

(Icl, r<IREQmin) with DLE values of even less than Le condizioni termoi30 minutes in the case grometriche nei reparti of vertical refrigerated vendita in cui sono precabinets (positions 1, senti banchi refrigerati 5 and 6). A slightly betsono estremamente LEGENDA – LEGEND REFRIGERATO REFRIGERATED ter situation in autumn, critiche per i clienti, NON REFRIGERATO NOT REFRIGERATED when the critical posispecialmente in estate PORTE – DOORS tions come down to 3. a causa della bassa Anyway it should be resistenza termica noted that the results d e l l ’a b b i g l i a m e n t o obtained are purely indossato. Per contro, Entry Cashiers indicative, since in a nel caso del personale, strict sense, the IREQ la maggiore attività Figure 2 – Drawing of the investigated model can be used for svolta, unita a un dress store with measurement points values of air temperacode più adeguato allo ture and of thermal insusvolgimento di mansioni lation of the static clothing respectively under in aree refrigerate, consente condizioni di 10° C and over 0.5 clo (UNI, 2009). comfort globale quasi ovunque. Per quanto Of course, apart from the aisle at the delicariguarda il discomfort locale, la tipologia di tessen cabinet, where in case of queues the cabinets installati (tutti aperti nel caso in stopover time can also be comparable to the esame) e la disposizione relativa all’interno DLE obtained, in all other positions analysed, degli spazi di vendita (cabinets contrapposti) it is extremely unlikely to stay for more than favorisce una generalizzata stratificazione di a few minutes. aria fredda nella zona delle caviglie e valori ridotti di temperatura del pavimento che LOCAL DISCOMFORT determinano, nei casi più critici, percentuali Table 5 shows the values of microclimatic di insoddisfatti anche maggiori dell’80%. variables necessary for the objective evaluNell’immediato futuro l’indagine sarà estesa ation of the four causes of local discomfort a un maggior numero di punti vendita focalizand the relative percentages of dissatisfied, zando l’attenzione sulla tipologia di cabinets which show a strong cold air stratification in (presenza di pannelli di chiusura), sul layout the area of ankles in all measurement posiespositivo, sulla valutazione soggettiva e tions, resulting in high levels of the percentsull’influenza che può avere la valutazione age of dissatisfied. In particular, the differtermoigrometrica sulla ottimizzazione dei ence between the air temperature measured consumi energetici. at the head and ankle height also reaches 8-9° C in the butcher’s department (position * Francesca R. d’Ambrosio Alfano, Università 3) where the phenomenon is accentuated degli Studi di Salerno – Presidente AiCARR by the presence of cold rooms. In all other Marco Dell’Isola, Giorgio Ficco, departments the gradients are slightly lower, Università degli Studi di Cassino e del usually higher in summer and always in line Lazio Meridionale – Soci AiCARR with the studies conducted in Sweden by Andrea Frattolillo, Università degli Lindberg et al. (2017) for the same types of Studi di Cagliari – Socio AiCARR cabinets. You should however note that the Boris I. Palella, Giuseppe Riccio, percentage values of the dissatisfied shown Università degli Studi di Napoli in Table 6 may be overestimated because the Federico II – Soci AiCARR relations given in EN ISO 7730 (UNI, 2006) and the limit values given in Table 2 regard

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subjects sitting in conditions of sedentary activity.

The strong cold air stratification determines not only the ankle discomfort but also extremely low floor temperatures when compared with the limit values in Table 2. This phenomenon promotes the emergence of vertical radiant asymmetry (warm ceiling) although quite restrained, as noticed from the reduced percentages of dissatisfied in Table 6.

Even the horizontal radiant asymmetry exhibited relatively low values especially in the areas provided with opposite cabinets, one of which with lateral sides (see Figure 2). By contrast, 4, 5 and 6 where the sales area layout involves 2 cabinets without lateral sides or, as in the fruit and vegetable department, only one cabinet is placed in front of a non-refrigerated cabinet, asymmetry values are higher.

In any case, the phenomenon is restricted to the summer case and involves percentages of dissatisfied within recommended values.

The draft risk instead is absolutely negligible given the values of extremely low air velocity.

CONCLUSIONS

The creation of a comfortable environment for the user in the malls is a necessity, given that the more the atmosphere is captivating, the more time you spend in it and, therefore, the more likely it is that you also make unplanned purchases.

The temperature and humidity conditions in the sales departments where there are refrigeration cabinets are extremely critical for customers, especially in the summer because of the low thermal resistance of worn clothing.

By contrast, in the case of staff, higher activity levels, combined with a dress code more suitable to the performance of tasks in refrigerated areas, enable global comfort conditions almost everywhere. As for the local discomfort, the type of cabinets installed (all open in the present case) and their arrangement inside of the sale point (opposite cabinets) promote a generalized stratification of cold air in the ankle area and reduced values of floor temperature that determine, in the most critical cases, percentages of dissatisfied even greater than 80%.

In the near future the survey will be extended to a larger number of sale points by focusing on the type of cabinets (presence of doors), exhibition layout, subjective assessment and possible influence of thermo-hygrothermal evaluation on the optimization of energy consumption. * Francesca R. d’Ambrosio Alfano, University of Salerno – President of AiCARR Marco Dell’Isola, Giorgio Ficco, University of Cassino and Southern Latium – AiCARR Members Andrea Frattolillo, University of Cagliari - AiCARR member Boris I. Palella, Giuseppe Riccio, University of Naples Federico II – AiCARR members

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R-152a

CAN R-152A BE A VALID

Lâ&#x20AC;&#x2122;R-152a PUĂ&#x2019; ESSERE UNA VALIDA ALTERNATIVA ALLâ&#x20AC;&#x2122;R134a NELLA REFRIGERAZIONE DOMESTICA?

alternative to R-134a in

DOMESTIC REFRIGERATORS? AN EXPERIMENTAL ANALYSIS

by A. Maiorino, C. Aprea, M.G. Del Duca, R. Llopis, D. SĂĄnchez, R. Cabello* R-152a is an old hydrofluorocarbon extensively used as aerosol spray propellant and foam-blowing agent, as component in refrigerant mixtures (R-500, R-411, â&#x20AC;Ś), and also considered as replacement of CFC-12 in domestic refrigerators (Bittle, 1994). However, its use in refrigeration was initially rejected due to its flammability. As pure refrigerant, it has not been entirely treated until the hydrofluorocarbons were questioned about their high GWP by the F-Gas Regulation (The European Commission, 2014) and by the Kigali amendment to the Montreal Protocol (UNEP, 2016).

These agreements have reduced the permitted fluids, especially for small hermetic systems for commercial or domestic use, forcing the use of refrigerants with a lower security classification.

R-152a is the unique hydrofluorocarbon included in ASHRAE Std 34 (ASHRAE, 2016) that presents a GWP value below 150, the most restrictive limit of the F-Gas Regulation; therefore no reductions, replacements or prohibitions should be applied to it.

R-152a can be a good alternative for R-134a, since they present similar NBP and critical point, achieving a GWP reduction of 89.4%. Both molecules have two carbon atoms and the same kind of bonds, but they differ in quantity of fluorine and hydrogen. R-134a includes four fluorine atoms and R-152a only two; thus R-152a cannot avoid the flammable characteristics minimised by the fluorine atoms. Tab.1 collects their main thermodynamic, safety and environmental properties and Fig. 1 presents their pressure-enthalpy diagram. The most relevant differences between the fluids are: more considerable latent heat of phase-change of R-152a (+53% respect to R-134a at To = -25 °C), higher specific vapour volume of R-152a (+69.9% in relation to R-134a at saturation at To = -25 °C) and lower inclination of isentropic lines of R-152a. Nonetheless, if the volumetric

R-152a

cooling capacity (VCC) is considered, the difference between them is below 1% for an ideal cycle at Tk = 35 °C and To = -25 °C, and the ideal COP of R-152a at the same temperatures is 5.7% higher (see Section 2). Leaving apart the flammability characteristics of R-152a, it is an excellent candidate to be used in hermetic refrigeration systems.

The first experimental attempt found to use R-152a as alternative to R-134a in domestic refrigerators was of (Sanvordenker, 1992), who tested both fluids in a calorimeter bench using different hermetic compressors. He found R-152a had no energy advantage for R-134a since there was a significant energy penalty. They measured 1.1 to 6.3% COP decrease with R-152a. However, (Pannock et al., 1994) measured in calorimeter tests 2% EER increments of R-152a versus R-134a, but they found no differences in the behaviour of a refrigerator/freezer and suggested to redesign the capillary. Capillaries were studied in detail by (Bittle et al., 1995), establishing the variables that most affect the behaviour when using R-152a.

The MAC Directive in Europe (The European Commission, 2006) limited to a GWPÂ =Â 150 the refrigerant in MAC systems. R-152a was considered again by the automobile industry. Theoretically, (Ghodbane, M., 1999) concluded that COP of R-152a was 10% higher than with R-134a. Kim et al. (2008) measured R-152a 20% improvement in COP and capacity using a swash-plate opentype compressor and Bryson et al.(2011) 2% in capacity and 9% in COP improvements using an open-type compressor employing compressor speed and expansion adjustment. The last authors reported increments in R-152a discharge temperature. Nonetheless, R-152a was not the selection for MAC systems.

F-Gas directive has resulted in renewed interest in R-152a (The European Commission, 2014). Bolaji (2010) experimented with R-134a substitution by

Figure 1 â&#x20AC;&#x201C; Pressure-enthalpy diagram of R-134a and R-152a (Lemmon et al., 2013)

Tra tutti i settori della refrigerazione, uno di quelli maggiormente influenzato dalle ultime normative internazionali è la refrigerazione domestica. Sebbene siano state giĂ suggerite alcune soluzioni, come lâ&#x20AC;&#x2122;adozione degli idrocarburi, rimane la necessitĂ di trovare un valido sostituto per lâ&#x20AC;&#x2122;R-134a. Con lâ&#x20AC;&#x2122;obiettivo di trovare una soluzione di semplice implementazione, nel presente lavoro viene riportata unâ&#x20AC;&#x2122;indagine sperimentale condotta su un frigorifero domestico no-frost progettato e costruito per funzionare con lâ&#x20AC;&#x2122;R-134a e per il quale è stato realizzato un drop-in con R-152a. In linea con lo standard ISO 15502: 2005 (2005), sono state eseguite prove di consumo energetico giornaliere per valutare le prestazioni dellâ&#x20AC;&#x2122;R-152a come sostituto dellâ&#x20AC;&#x2122;R-134a in un frigorifero domestico. Inoltre, è stato proposto un modello teorico con lo scopo di dare supporto ai risultati sperimentali osservati.

R-152a in single-temperature domestic refrigerator. R-134a system used hermetic compressor and adiabatic capillary tube and was tested for four refrigerant charges (60, 80, 100 and 120 g). Although the charge had a step of ¹20 g, he observed that the optimal charge for both refrigerants was equal (100 g). At that charge, the pulldown time was reduced with R-152a and consumed 3.82% less energy than R-134a in 24-hour energy tests. Cabello et al. (2015) and Sånchez et al. (2017), using a test bench for hermetic compressors evaluated R-152a in an R-134a 12.11 cm3 hermetic compressor at evaporating temperatures of -10, 0 and 10 °C, at three condensing levels 25, 35 and 45 °C, with and without internal heat exchanger (IHX). R-152a presented a reduction of 16% of power consumption, lower capacity, but essential increments in COP, reaching 11.7% improvement without IHX and 13.2% with IHX. Also, discharge temperature was up to 4.5 K lower without IHX and up to 5.5 K lower with IHX. Accordingly, from the revision, it is clear that R-152a could offer energy benefits in relation to R-134a and 89.4% GWP reduction in appliances with limited refrigerant charge.

This work aims to contribute by analysing R-152a as alternative for R-134a refrigeration appliances with non-adiabatic capillary tube.

An R-134a two-temperature no-frost domestic refrigerator (class A+) with non-adiabatic capillary tube and variable-speed compressor has been considered. Considering the standard ISO 15502:2005 (2005), 24-hours energy consumption experiments have been run to evaluate the performance of R-152a as drop-in replacement of R-134a in a domestic refrigerator.

THEORETICAL PERFORMANCE

R-152a as alternative for R-134a was evaluated under simplified thermodynamic cycles for two standard layouts: compression system with adiabatic expansion device and compression system with non-adiabatic expansion device (wrapped along the suction line in a counter-flow way).

Specific cooling capacity was evaluated with Eq. (1). The non-adiabatic expansion device was idealised as an internal heat exchanger, with thermal effectiveness defined by Eq. (2). Isentropic discharge properties were evaluated using compressor suction conditions. VCC, Eq. (3), and COP, Eq. (4), were computed using Refprop 9.1 properties (Lemmon et al., 2013). đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x17E;ďż˝ = ďż˝â&#x201E;&#x17D;ďż˝,��� â&#x2C6;&#x2019; â&#x201E;&#x17D;ďż˝,��� ďż˝ + ďż˝â&#x201E;&#x17D;��� â&#x2C6;&#x2019; â&#x201E;&#x17D;ďż˝,��� ďż˝

(1)

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(3)

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(2)

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(4) Analysis of behaviour was supported by operation maps in evaporating temperatures from -35 to -15 °C and in condensing temperatures from 25 to 40 °C. We fixed for all the operating conditions 1 K subcooling degree in condenser and 4 K degree of superheat in evaporator. The comparison was made attending to the VCC variation, Eq. (5), and to the COP variation, Eq. (6). An equal value of the compressorâ&#x20AC;&#x2122;s overall effectiveness for both refrigerants was considered. đ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľ = đ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľ =

đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2030;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;

đ??śđ??śđ??śđ??śđ??śđ??śđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; â&#x2C6;&#x2019; đ??śđ??śđ??śđ??śđ??śđ??śđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026; đ??śđ??śđ??śđ??śđ??śđ??śđ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;

¡ 100

(5)

¡ 100

(6) Fig. 2 presents COP (a) and VCC (b) variations between R-152a and R-134a in a single stage cycle working with an adiabatic expansion device, and Fig. 3 with a non-adiabatic expansion device with a thermal effectiveness of 86%. This value is the average of the non-adiabatic expansion device obtained experimentally (discussed later).

For a device operating with adiabatic expansion device, left map of Fig. 2 confirms that R-152a offers theoretically higher COP values respect to R-134a in all the operating range. The increment ranges from 2 to 7%. However, the right map of

Figure 2 â&#x20AC;&#x201C; COP (a) and VCC (b) ratio between R-152a and R-134a with adiabatic expansion device. Îľ = 0 in Eq. 2

Figure 3 â&#x20AC;&#x201C; COP (a) and VCC (b) ratio between R-152a and R-134a with non-adiabatic expansion device. Îľ = 0.86 in Eq. 2 Table 1 â&#x20AC;&#x201C; Main thermodynamic, safety and environmental properties of R-134a and R-152a Pcrit Tcrit M NBP νv * Îť* VCC* Safety LFL RCL HOC GWP 1 Fluid Chemical formula (bar) (°C) (kg¡kmolď&#x2DC;°ď&#x2122;˘) (ÂşC) (mď&#x2122;¤Âˇkgď&#x2DC;°ď&#x2122;˘) (kJ¡kgď&#x2DC;°ď&#x2122;˘) (kJ¡mď&#x2DC;°ď&#x2122;¤) Group (%) (g¡mď&#x2DC;°ď&#x2122;¤) (MJ¡kgď&#x2DC;°ď&#x2122;˘) WGI-AR5 1 R-152a CH3CHF2 45.17 113.3

66.05

-24.0

0.309

330.78

737.2

A2

4.8

32

17.4

138

R-134a CH2FCF3 40.59 101.1

102.03

-26.1

0.182

216.26

741.0

A1

none

210

4.2

1300

1

Working Group I contribution to the IPCC Fifth Assessment Report (ASHRAE, 2016; Lemmon et al., 2013) * Properties evaluated for an ideal vapour compression cycle at To = -25 ÂşC and Tk = 35 ÂşC

special CHILLVENTA

13

R-152a

R-152a

Fig. 2 indicates that capacity of R-152a system will be reduced regarding R-134a except for operating conditions at high-temperature lift. However, for a cycle with non-adiabatic expansion device (Fig. 3), it is observed that the COP of R-152a is nearly coincident to that of R-134a (variation from -0.8 to +0.4%), but the reduction in capacity of R-152a rises to 8%.

From the theoretical results, the following observations can be made: With systems using adiabatic expansion devices (capillary tube not joined with suction line), R-152a would offer higher cycle efficiencies and similar capacity; thus, its use as alternative could be considered. However, for systems using non-adiabatic expansion devices (capillary tubes wrapped along suction line), both would have similar COP values, but R-152a would show less capacity than R-134a if compressorâ&#x20AC;&#x2122;s efficiencies remain at similar values. However, this last hypothesis needs to be verified, since results of Cabello et al. (2015) indicated an improvement of the compressorâ&#x20AC;&#x2122;s efficiencies up to 2% when an R-134a compressor was run with R-152a.

climate chamber, which was able to keep a surround air temperature of +25 °C ¹ 0.5 °C and relative humidity between 45% and 75%, according to UNI-ISO 15502 (sub-tropical areas condition).

Furthermore, no thermal load inside the cabinet was considered during the experimentations.

The thermostat setting has been fixed at -18 °C (set-point temperature) with a hysteresis of Âą2 °C to maintain an indoor freezer air temperature in the range between -20 °C and -16 °C. The damper in the fresh food compartment was set in such a way as to ensure an internal air temperature of +4 °C. The comparison between R-134a and R-152a has been carried out analysing the performance of both refrigerants during a 24-hours working period. Both refrigerants have been tested using manufacturerâ&#x20AC;&#x2122;s refrigerant lubricant (POE 68) since R-152a is fully miscible with it for all the operating temperature range of the system according to the report of Godwin and Hourahan (Godwin D., Hourahan G. C., 1993).

Electrical energy consumption and electrical power absorbed are recorded, as well as the elapsed time to reach the set-point temperature.

The 24-hours experimentations have been performed considering the cyclic working behaviour of the refrigerator, characterised by an alternation of ON and OFF period of the compressor. A period of defrosting process is considered during the test, as far as the standard establishes. Electrical energy consumption and electrical power absorbed are recorded. Furthermore, the average duty cycle (δave ) has been calculated as an average among the different duty cycles calculated for each cycle (δi), excluding defrost time, according to the following formulation:

EXPERIMENTAL SETUP

A domestic no-frost refrigerator, working with an optimal charge equal to 101 g of R-134a, has been considered to perform an experimental analysis about R-152a as an alternative refrigerant of R-134a in refrigeration systems equipped with a non-adiabatic capillary tube. This apparatus comprises two compartments, one for freezing (in the range of temperature between -16 °C and -25 °C) and the other one for fresh food preservation. These areas have a capacity of 0.131 m3 and 0.342 m3, respectively. A single cooling circuit, composed by a variable-speed hermetic reciprocating compressor, a forced air-cooled condenser, a non-adiabatic capillary tube and a finned tube evaporator (Tab. 2), serves both the areas.

The whole system is equipped with an adaptive defrost system, which consists of electric heaters (resistors) located in the proximity of the evaporator coils to avoid excessive ice growth. The defrost activities can be divided into two parts: the first one during which the compressor is switched OFF, and the electrical resistors are switched ON (hereto referred to as Defrost phase) and the other one related to the ON period of the compressor needed to reach the cycling operations condition (hereto referred to Post-Defrost phase). Several sensors (Tab. 3) have been fitted to the refrigeration system described above, and a set of instrumentation has been used to characterise the plant before and after the drop-in of R-134a with R-152a. Further details both of the apparatus and of the measurement equipment are reported in Aprea et al. (2017).

đ?&#x203A;żđ?&#x203A;żďż˝ =

đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąďż˝ďż˝,ďż˝ đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąďż˝ďż˝,ďż˝ + đ?&#x2018;Ąđ?&#x2018;Ąďż˝ďż˝ďż˝,ďż˝

đ?&#x203A;żđ?&#x203A;żďż˝ďż˝ďż˝ =

(7)

â&#x2C6;&#x2018;���� đ?&#x203A;żđ?&#x203A;żďż˝ đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;

(8) In Eq. 7 and 8, the subscript i identifies the cycle, n defines the number of cycles made by the compressor in 24 hours, not considering the defrost period, tON and tOFF represent the period during which the compressor is working and that one it is switched off, respectively.

The first step of the investigation has been carried out with the aim to characterise the refrigerator system behaviour as it is designed. Then, the drop-in of R-134a with R-152a has been performed.

This section contrasts the experimental operation of the refrigeration system working with 101 g of R-134a (optimal refrigerant charge according to the manufacturer) and with 90 g of R-152a, which has been selected as the optimal refrigerant charge according to the results of the experimental tests performed.

The refrigerator system has been placed inside a

Table 2 â&#x20AC;&#x201C; Main components of the refrigerator and their characteristics Component

Type

Characteristic

Value

Compressor

Hermetic, Air forced cooled

Swept volume Oil Nominal Electrical Power (at n = 4000 rpm)

6.16 cm3 POE 68 143Â W

Condenser

Air forced cooled, Roll-welding

External diameter of the tube

4.86Â mm

Expansion system

Non-adiabatic capillary tube

Internal diameter

0.80Â mm

Evaporator

Air forced cooled, Finned tube

External diameter of the tube

6.10Â mm

Table 3 â&#x20AC;&#x201C; Technical specifications of the instrumentation used Transducers

Range

Uncertainty

PT100 4-wires

-100-500 °C

¹0.15 °C

Humidity sensor

-100-70 °C / 0-100%

¹0.15 °C / ¹1.0%

Piezoelectric absolute

1-10 bar

Âą0.2%

Pressure gauge

1-30 bar

Âą0.5% F.S.

Energy meter

0-1 MWh

Âą1%

Electronic balance

0-100Â kg

Âą0.1 g

special CHILLVENTA

CYCLING OPERATION

Between the refrigerants a reduction of the duty cycle when working with R-152a is noticeable.

This effect is highlighted in Fig. 4, where the compressor takes 37.1 min to reach the setpoint temperature with 101 g R-134a and 31.1 min with 90 g R-152a. All over the 24h test, excluding the post-defrost period, the average duty cycle of the compressor, calculated following Eq. 7 and 8, is reduced -5.5% in the time when working with 90 g R-152a in relation to 101 g R-134a (Fig. 4).

The characteristics of the cycle at low-pressure and high-pressure zones are reported in Fig. 5, concerning time percentage distributions of evaporating and condensing temperature and pressure.

Focusing on phase-change temperatures, an increment of the evaporating temperature with R-152a in comparison to R-134a of +1.7 K it is highlighted, as well as an augmented condensing temperature of +2.1 K. About pressures, evaporating pressures are almost identical meanwhile condensing pressure shows a decrease of 8.7% with R-152a (8.4 bar against 9.2 bar). From the experimental measurements, it can be affirmed that using R-152a leads to a reduction of compression ratio from 9.3 to 8.6 (-7.8%). This result suggests that the compressor could be subjected to a higher volumetric efficiency working with R-152a in comparison with R-134a.

After the analysis of the cycling operation of the

refrigerator, it has been observed a reduction of the duty cycle of 5.5% when using R-152a as the refrigerant in substitution the R-134a. Since the load conditions to the refrigerator are unchanged (constant conditions maintained by the climatic chamber), it can be concluded that the refrigerator cycle can provide larger cooling capacity with R-152a for the considered application. From our experimental observations, the following hypothesis can justify the increment of cooling capacity using R-152a: â&#x20AC;˘ Enhancement of the evaporatorâ&#x20AC;&#x2122;s behaviour with 90 g R-152a. Although using R-152a (90 g) leads the cycle to operate at higher evaporating temperatures (Fig. 5a), the temperature at the exit of the evaporator in Fig. 4a (To,ev, orange line) exhibits a reduction of superheating degree after the drop-in (5.0 K for R-134a against 3.0 K for R-152a). Furthermore, the two refrigerants show a similar sub-cooling degree (1.0 K). All these effects will contribute to improving the evaporatorâ&#x20AC;&#x2122;s performance.

It is also worthy to notice a more significant increase of the specific cooling capacity using R-152a as working fluid was measured (+56.9%, 279.9 kJkg-1 against 178.1 kJkg-1), that reflects the more considerable latent heat of vaporisation of this refrigerant. Furthermore, it is highlighted a reduction of the quality of the refrigerant at the entrance of the evaporator, passing from 0.20 for R-134a to 0.16 for R-152a (-18.1%) that also contributes to improving the thermal behaviour of the evaporator. â&#x20AC;˘ Increment of the volumetric cooling capacity with 90 g of R-152a (Eq. 3). On the one side, Cabello et al. (2015) reported an increment of the volumetric efficiency of the compressor with R-152a in relation to R-134a. Our results indicate that the compression ratio with R-152a is reduced in -7.8%, which could also

Figure 4 â&#x20AC;&#x201C; Refrigerant temperature profiles at different points of the plant during a sample of a 24h test (a) R-134a and b) R-152a). Green and red arrows indicate the ON and the OFF phase of the compressor, respectively.

RESULTS AND DISCUSSION

EXPERIMENTAL PROCEDURE

14

The analysis is divided into three subsections: Cycling operation, corresponding to the time in which the compressor is working â&#x20AC;&#x2DC;steadilyâ&#x20AC;&#x2122; on ON/ OFF periods; Post-defrost period, that represents the time needed to achieve the inner set-point temperature once the defrost has ended; and the energy consumption analysis, which relates both periods and the theoretical analysis presented in Section 2.

Figure 5 â&#x20AC;&#x201C; Time percentage distribution during the ON time of the compressor with 101 g of R-134a and 90 g of R-152a: a) Evaporating temperature, b) Condensing temperature, c) Evaporating pressure, d) Condensing pressure

R-152a indicate that the compressor will operate with enhanced volumetric efficiency. On the other side, also Cabello et al. (2015) measured a substantial reduction of refrigerant mass flow rate with R-152a due to their different specific volume at compressor suction. For the conditions established during this experimentation, it has been pointed out an increase of the specific volume (+56.5%, 0.38Â m3kg-1 against 0.24Â m3kg-1), which is equivalent to a reduction of the density at the same point equal to 36.1%. The increment of the specific suction volume, in this case, is of the same order of magnitude that the increment of the specific cooling capacity in the evaporator. Accordingly, both variations lead to keep the volumetric cooling capacity to similar values using R-152a than R-134a. However, since the compression ratio is reduced when using R-152a, it leads to thinking that the increment of the volumetric cooling capacity is bonded to an improvement of the volumetric efficiency of the compressor when using R-152a.

Hence, considering all these effects, it is not possible to quantify precisely the variation of the cooling capacity of 90 g R-152a in comparison with 101 g R-134a, but the results of the 24h tests indirectly demonstrate that an increase occurs using R-152a, as the reduction of the duty cycle evidence it.

POST-DEFROST PERIOD

The energy consumption differences related to the Defrost phase between R-152a and R-134a are negligible, as well as the defrosting period variation (1415 s and 1370 s for R-134a and R-152a, respectively). The maximum temperatures reached in the freezer compartment for R-134a and R-152a during the Defrost phase are equal to 3.7 °C and 3.2 °C, respectively. This difference can also be neglected. Hence, only the Post-Defrost phase has been considered in the analysis.

The Post-defrost phase starts when the electrical resistors used for defrosting log off and the compressor starts its operation, and it ends when the temperature inside the fridge reach the set-point temperature. The elapsed time to reach the setpoint temperature after the defrost period affects the daily energy consumption of the plant strongly, showing a benefit with R-152a in comparison with R-134a (-17.8% in terms of energy consumption and -24.7% in elapsed time), although the average electric power absorbed by the compressor is larger with R-152a than with R-134a.

From the experimental measurements, it must be highlighted that the use of 90 g of R-152a instead of 101 g of R-134a leads the refrigerator to reduce the post-defrosting time and the energy consumption. Since the load conditions, affected by the previous Defrost phase, are almost unchanged, as explained at the beginning of this sub-section, these results also indicate that the cycle working

during the Post-Defrost phase with 90 g R-152a operates with higher values of cooling capacity, in the same line as during the cycling operation.

ENERGY CONSUMPTION AND RELATION WITH THEORETICAL ANALYSIS

The theoretical approach, summarised in Fig. 3, indicated that for a refrigerator working with a non-adiabatic capillary tube, for coincident evaporating and condensing temperatures, the use of R-152a instead of R-134a would present nearly equivalent COP values but reduced volumetric cooling capacity. However, the optimal refrigerant mass charge of R-152a (90 g), has led the cycle to operate at higher evaporating and condensing temperatures than 101 g R-134a, as analysed during its cycling operation.

If time-averaged evaporating and condensing temperatures during the duty cycle (Fig. 5) are located in the theoretical VCC maps for both refrigerants according to Eq. 3 (Fig. 6), it can be observed that using 90 g R-152a leads the system to operate in a region with similar capacity than with R-134a. Concretely, the theoretical increase in VCC according to the maps is of 0.4%, what confirms the experimental results.

The same approach but considering the theoretical COP operation maps is presented in Figs.

6c and 6d. As it can be observed, the increased operating temperatures when using 90 g R-152a lead the cycle to also operate at higher COP values according to the theoretical COP maps. The combination of reduced duty cycle and the increment on COP will lead the refrigerator to operate with reduced energy consumption.

The change of the energy consumption during the cycling operation (â&#x2C6;&#x2020;ECO) and during the Post-defrost period (â&#x2C6;&#x2020;EPDC) have been evaluated in according to the following equation: đ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľďż˝ďż˝ďż˝,�� =

đ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľďż˝ďż˝ďż˝,��� =

đ??¸đ??¸ďż˝ďż˝ďż˝,��,������ â&#x2C6;&#x2019; đ??¸đ??¸ďż˝ďż˝ďż˝,��,������ ¡ 100 đ??¸đ??¸ďż˝ďż˝ďż˝,��,������ (9)

đ??¸đ??¸ďż˝ďż˝ďż˝,���,������ â&#x2C6;&#x2019; đ??¸đ??¸ďż˝ďż˝ďż˝,���,������ ¡ 100 đ??¸đ??¸ďż˝ďż˝ďż˝,���,������ (10)

Similar values of electric power absorbed (Âą1%) and the reduction of the duty cycle after the drop-in of R-152a has led to decrease the daily electric energy consumption during ON/OFF periods of the system up to -6.2%. Furthermore, the reduction of the Post-defrost period has also led the refrigerator to reduce by -17.8% the energy consumption during that period.

By coupling the contributions of these two phases, the total reduction of the energy consumption reached with the substitution of 101 g R-134a with 90 g R-152a is equal to -61.1 Wh per day (-7.4%), of which -45.9 Wh is related to steady-state conditions.

Finally, assuming that the thermal load during the 24h tests (Qref,24h) is constant for the refrigerator working with both refrigerants, the overall COP during the 24h tests for both refrigerants can be estimated using Eq. 11 and Eq. 12, where E24h,H-

Figure 6 â&#x20AC;&#x201C; VCC values for R-134a (a) and R-152a (b) and COP values for R-134a (c) and R-152a (d)

R-152a and E24h,HFCâ&#x20AC;&#x201C;152a are the energy consumptions of the system with R-134a and R-152a during 24h tests, respectively. Combining Eq. 11 and 12, the COP variation during the 24-hours operations can be quantified using Eq. 13.

FCâ&#x20AC;&#x201C;134a

đ??śđ??śđ??śđ??śđ??śđ??śďż˝ďż˝ďż˝ďż˝ďż˝ďż˝ = đ??śđ??śđ??śđ??śđ??śđ??śďż˝ďż˝ďż˝ďż˝ďż˝ďż˝ = đ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľđ?&#x203A;Ľ =

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201E;���,���

đ??¸đ??¸ďż˝ďż˝ďż˝,������

(11)

đ??¸đ??¸ďż˝ďż˝ďż˝,������

(12)

đ?&#x2018;&#x201E;đ?&#x2018;&#x201E;���,���

đ??¸đ??¸24â&#x201E;&#x17D;,đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;ďż˝134đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; â&#x2C6;&#x2019; đ??¸đ??¸24â&#x201E;&#x17D;,đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;ďż˝152đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; đ??¸đ??¸24â&#x201E;&#x17D;,đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;ďż˝152đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

¡ 100

(13) Solving Eq.13, a COP improvement of 8.0% is carried out with the drop-in of R-134 with 90 g R-152a, in line with the theoretical analysis (Fig.6).

The energy saving reported is a result strictly connected with the plant employed. However, the drop-in of R-134a with R-152a allows to preserve the operative condition of the plant; hence a replacement could be made with no modifications of the cooling circuit.

Hence, bearing in mind the reduced GWP value of R-152a and the improvement of the performance of the plant, it can be said that such refrigerant may be one of the potential candidates to replace R-134a in domestic refrigerators equipped with a non-adiabatic capillary tube.

CONCLUSIONS

In this work, a theoretical and experimental comparison between R-134a and R-152a used in a domestic refrigerator has been reported.

The theoretical discussion has been carried out referring to systems equipped with adiabatic and with a non-adiabatic capillary tube at different values of evaporating and condensing temperatures.

The changing of the COP and VCC values have been investigated. For systems with an adiabatic expansion device and same operating temperatures the theoretical approach showed that the substitution of R-134a by R-152a would obtain a benefit regarding COP and a slight reduction in VCC. However, the use of a non-adiabatic expansion system will equal the COP of the refrigerants and reduce the VCC of the cycle with R-152a.

By considering the test conditions and the apparatus analysed, the main results are summarised as follows:

â&#x20AC;˘ The system preserves its behaviour after the drop-in of R-134a with R-152a, regarding the temperature profiles inside the cabinet; â&#x20AC;˘ The identified right charge of R-152a, equal to 90 g (-10.9% in comparison with R-134a charge) has allowed to reduce the daily energy consumption (-7.4%) â&#x20AC;˘ A reduction of duty cycle equal to -5.5% has occurred using R-152a, as well as a reduction of energy consumption during cycling operations of the plant (-6.2%); â&#x20AC;˘ The condensation pressure has reached a lower value with R-152a than that one obtained with R-134a, as well as the compression ratio (8.6 bar against 9.3 bar); â&#x20AC;˘ The condensation temperature has been a little higher with R-152a (37 °C against 36 °C) â&#x20AC;˘ R-152a has led to an evaporating temperature of -25 °C (+2 °C higher than R-134a); â&#x20AC;˘ Regarding the COP and the VCC, a good agreement between the experimental and the theoretical investigation has been noticed: â&#x20AC;˘ The COP value of the plant has increased by 8.0% with R-152a; â&#x20AC;˘ R-152a has led to a little higher VCC (+0.4%).

Also, the satisfying results achieved with the drop-in allow the manufacturers to convert their product easily without to re-design their industrial process in addition to adopt new items. In the same time, the manufacturer can realise a product with a better environmental impact and a good energy saving, which is safer than the HC ones.

In conclusion, R-152a can be used as a drop-in replacement of R-134a in domestic refrigerators already in use owing that the system guarantees the security constraints related to the use of an A2 refrigerant. In this case, the use of R-152a would allow obtaining an 89.4% reduction in GWP of the refrigerant, a reduction of the total refrigerant charge and a reduction of the energy consumption of the system; thus, the use of R-152a must be considered for this kind of application. * Angelo Maiorino, Ciro Aprea and Manuel GesÚ Del Duca, University of Salerno, Italy Rodrigo Llopis, Daniel Sånchez and Ramón Cabello, University Jaume I, Spain

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