Nuovo regolamento sull’efficienza di alcune attrezzature frigorifere

Il nuovo regolamento UE n. 1095/2015 del 5 maggio 2015, in vigore dal 28 luglio 2015, introduce alcuni obblighi d’efficienza energetica e di documentazione per certe attrezzature frigorifere.

I regolamenti comunitari divengono legge in tutti gli stati membri nel momento di entrata in vigore, senza necessità di eventuali misure di esecuzione, e automaticamente sostituiscono le disposizioni nazionali contrastanti.

In questo caso, i primi effetti pratici si sono avuti dal primo luglio 2016 e altri se ne avranno dal primo luglio 2018.

Le attrezzatture frigorifere interessate sono sommariamente classificate come segue.

  • Armadi refrigerati prodotti in serie con gruppo incorporato.
  • Unità motocondensanti ad aria vendute senza evaporatore.
  • Chiller per bassa o media temperatura prodotti in serie.

Ci si occuperà della seconda categoria, che comprende anche le centrali frigorifere con condensatore a bordo.

Il regolamento punta a risparmi energetici crescenti, fino ad arrivare a 16 TWh annui nel 2030. Tradotto in euro — dal punto di vista degli utenti e assumendo un costo medio futuro in Europa di 0.10 €/kWh — si arriva a 1.6 miliardi d’euro l’anno di risparmi.

Il regolamento è collegato alla direttiva CE n. 125/2009 sulla progettazione ecocompatibile. La Commissione stima che la direttiva genererà ricavi per le industrie per 55 miliardi d’euro l’anno e risparmi per le famiglie per 490 euro l’anno.

Nel caso delle unità motocondensanti, da una certa taglia in su, i risparmi sperati dovrebbero derivare dall’introduzione d’un parametro riassuntivo dell’efficienza energetica, detto indice di prestazione energetica stagionale, ovvero SEPR, che deve essere obbligatoriamente dichiarato dai costruttori e deve avere un valore minimo dipendente dalla capacità frigorifera.

La tabella seguente riporta i valori richiesti per le due categorie d’esercizio, qua identificate come TN e BT, definite dalla temperatura d’evaporazione di -10 e -35 °C, rispettivamente.

Efficienza minima motocondensanti

CategoriaResa P in kWCriterio2016-07-012018-07-01
TNP < 0.2nessuno//
TN0.2 ≤ P ≤ 1COP1.201.40
TN1 < P ≤ 5COP1.401.60
TN5 < P ≤ 20SEPR2.252.55
TN20 < P ≤ 50SEPR2.352.65
TN50 < Pnessuno//
BTP < 0.1nessuno//
BT0.1 ≤ P ≤ 0.4COP0.750.80
BT0.4 ≤ P ≤ 2COP0.850.95
BT2 < P ≤ 8SEPR1.501.60
BT8 < P ≤ 20SEPR1.601.70
BT20 < Pnessuno//
Efficienza minima delle motocondensanti dal primo luglio 2016 e dal primo luglio 2018

Il calcolo del SEPR utilizza il bin method, già spiegato nel precedente articolo sul risparmio energetico del ReFreeX in diverse località geografiche.

Invece d’una località geografica reale, si sceglie una distribuzione di temperatura in 54 fasce, rappresentativa dell’Unione europea; la media è di 10.7 °C, praticamente la stessa di Bruxelles.

Invece d’eseguire il calcolo esatto delle rese e dell’efficienza in tutte le fasce, se ne selezionano quattro, da cui le altre sono calcolate per interpolazione lineare.

Il metodo esatto è sintetizzato dalle seguenti formule.

    \begin{align*} n       &:= 58                                          && \text{( number of data bins                  )}\\% J       &:= \{1,\ldots,n\}                              && \text{( bin-index set                        )}\\% K       &:= \{A,B,C,D\}\subseteq J                      && \text{( interpolation subset                 )}\\% j       &:= \text{[variable index in $J$]}              && \text{( referred to $j$-bin                  )}\\% k       &:= \text{[variable index in $K$]}              && \text{( referred to $k$-bin                  )}\\% T_j     &:= \text{[listed in Table VI]}                 && \text{( $j$-bin outdoor temper.$ $           )}\\% h_j     &:= \text{[listed in Table VI]}                 && \text{( $j$-bin duration                     )}\\% T_A     &:= 32\ {}^\circ\text{C}                        && \text{( reference outdoor temper.$ $         )}\\% T_B     &:= 25\ {}^\circ\text{C}                        && \text{( $B$-bin outdoor temper.$ $           )}\\% T_C     &:= 15\ {}^\circ\text{C}                        && \text{( $C$-bin outdoor temper.$ $           )}\\% T_D     &:=  5\ {}^\circ\text{C}                        && \text{( $D$-bin outdoor temper.$ $           )}\\% P_k     &:= \text{[input]}                              && \text{( cooling capacity at $T_k$            )}\\% P_j     &:= \text{[interpolated from values in $K$]}    && \text{( cooling capacity at $T_j$            )}\\% D_k     &:= \text{[input]}                              && \text{( power input      at $T_k$            )}\\% COP_k   &:= P_k/D_k                                     && \text{( coeff.$ $ of perform.$ $ at $T_k$    )}\\% COP_j   &:= \text{[interpolated from values in $K$]}    && \text{( coeff.$ $ of perform.$ $ at $T_j$    )}\\% \eta    &:= \begin{cases}% 0.2 &\text{for low temp.}   \\% 0.4 &\text{for medium temp.}  % \end{cases}                                 && \text{( variable load                        )}\\% \eta_j  &:= \begin{cases}% 1                       &\text{for }T_A{\leqslant}T_j   \\% \frac{T_j-T_D}{T_A-T_D} &\text{for }T_D{<}T_j{<}T_A     \\%                     0                       &\text{for }T_j{\leqslant}T_D     %                 \end{cases}                                 && \text{( variable load ratio at $T_j$         )}\\% \end{align*}

    \begin{align*}     PR_j    &:= \eta\cdot\eta_j+1-\eta                      && \text{( part load ratio at $T_j$             )}\\%     od_j    &:= P_A\cdot PR_j                               && \text{( $j$-bin cooling demand               )}\\%     aod     &:= \sum_{j\in J}od_j\cdot h_j                  && \text{( annual cooling demand                )}\\%     Cdc     &:= 0.25                                        && \text{( degradation coefficient              )}\\%     s_j     &:= \begin{cases}%                     0                       &\text{for }T_A{\leqslant}T_j   \\%                     1-od_j/P_j              &\text{for }T_j{<}T_A             %                 \end{cases}                                 && \text{( capacity surplus at $T_j$            )}\\%     \delta_j&:= s_j\cdot Cdc                                && \text{( degradation coeff.$ $ at $T_j$       )}\\%     PD_j    &:= (1-\delta_j)\cdot COP_j                     && \text{( degradated COP at $T_j$              )}\\%     aec     &:= \sum_{j\in J}od_j\cdot h_j/PD_j             && \text{( annual el.$ $ consumption            )}\\%     SEPR    &:= aod/aec                                     && \text{( seasonal energy perf.$ $ ratio       )}\\% \end{align*}

Un calcolatore online è disponibile gratuitamente.

Il regolamento suggerisce d’applicare un coefficiente di degradazione, Cdc, per tener conto dei cicli d’accensione e spegnimento dovuti all’esubero di resa nella parte meno calda dell’anno, corrispondente a tutte le fasce sotto la A. In queste fasce si usa la «capacità di raffreddamento dichiarata», che per le macchine parzializzate corrisponde al gradino di parzializzazione più basso, tra quelli sufficienti a soddisfare il carico. Uno studio commissionato dall’Unione spiega come applicare questo coefficiente e giustifica la formula sopra.

Per le miscele di refrigeranti, la temperatura d’evaporazione di -10 e -35 °C è interpretata qua come temperatura del punto di rugiada.

Come surriscaldamento, infine, si è deciso qua d’adottare 5 K, in quanto valore realistico e accettato come input dai software dei costruttori di compressori. La decisione richiede tuttavia un’accurata giustificazione; per cui si parte da due definizioni ufficiali del regolamento.

q) «bassa temperatura»: l’unità di condensazione è in grado di garantire la sua capacità nominale di raffreddamento a una temperatura di vapore saturo pari a -35 °C;

r) «capacità nominale di raffreddamento»: la capacità di raffreddamento che l’unità di condensazione, a pieno carico e collegata a un evaporatore e a un dispositivo di espansione, consente di raggiungere nel ciclo di compressione del vapore, misurata alle condizioni nominali standard e alla temperatura ambiente di riferimento di 32 °C, espressa in kW;

La combinazione delle due definizioni s’interpreta qua come segue.

q+r) «capacità nominale di raffreddamento in BT»: la capacità di raffreddamento che l’unità di condensazione, a pieno carico e collegata a un evaporatore e a un dispositivo di regolazione, consente di raggiungere nel ciclo di compressione del vapore, misurata alle condizioni d’evaporazione di -35 °C e alla temperatura ambiente di riferimento di 32 °C, espressa in kW;

Un prestigioso costruttore nazionale ha interpretato invece la definizione prendendo la resa del software Dorin con gas aspirato a +20 °C, secondo la norma EN 12900:2013.

Ad avviso di chi scrive, la questione è legata alle sfumature della lingua italiana, oltre che alla mancanza di chiarezza del regolamento. Alla voce nominale dell’enciclopedia online della Treccani, il terzo significato enuncia: «Che esiste soltanto di nome, o non ha comunque esistenza reale o valore effettivo …» La seconda parte del quarto significato, invece, enuncia: «In elettrotecnica, valore n. di una grandezza (tensione n., intensità n. di corrente, potenza n., ecc.), il valore per il quale una macchina o un apparecchio elettrico è stato progettato, costruito e collaudato e al quale ci si deve riferire per avere la garanzia di un normale funzionamento (tali valori sono riportati, a cura del costruttore, sulla macchina o sull’apparecchio generalmente in un’apposita targa).»

Il primo significato è di facciata; il secondo è di progetto.

Lo stesso costruttore usa il termine «nominal» per la traduzione inglese, mentre il regolamento usa rated, definito come segue dall’Oxford Dictionary: «Of a numerical characteristic or property: having the value that a device, apparatus, etc., is designed to operate at or attain under normal conditions, or at which other characteristics are evaluated.»

Quindi nominale deve essere inteso come di progetto; i +20 °C di temperatura aspirata, invece, con evaporazione a -35 °C e surriscaldamento utile al 100%, sono solo di facciata, con buona pace dei costruttori di compressori. Si noti poi che la EN 12900 consente anche di riportare i dati con surriscaldamento 10 K.

Tornando ora alla definizione formale, la resa deve essere misurata una volta collegato un evaporatore e un dispositivo di regolazione; non è consentito aggiungere uno scambiatore di calore, a meno che non sia già a bordo dell’unità motocondensante; perciò si è costretti a considerare un surriscaldamento realistico. Di nominale resta solo la temperatura d’evaporazione costante.

Nella seguente tabella si riportano gli elementi del calcolo del SEPR dei due impianti già descritti nel suddetto articolo, aggiungendo per il BT la variante a R407F, anziché R404A, con i dati dal software Bitzer v6.5.0 rev1607.

Elementi del SEPR

ItemSymbolUnitValueValueValue
Refrigerant//R404AR407FR134a
Evaporating temperaturet°C-35-35-10
Annual electricity consumptionQkWh528214642046533
Seasonal energy performance ratioSEPR/1.6381.7083.711
No-interpolation differencev1/0.14 %0.03 %0.49 %
Realistic-load differencev2/-0.44 %-0.42 %0.22 %
Variable-evaporation differencev3/3.57 %1.76 %6.10 %
Rated cooling capacity at 32 °CP_AkW11.61410.64128.112
Rated power inputD_AkW10.3759.06810.857
Rated COPCOP_A/1.1191.1732.589
Rated cooling capacity at 25 °CP_BkW13.88912.592
30.965
Rated power inputD_BkW10.2808.89310.289
Rated COPCOP_B/1.3511.4163.010
Rated cooling capacity at 15 °CP_CkW17.14815.34534.849
Rated power inputD_CkW10.0038.5679.198
Rated COPCOP_C/1.714
1.7913.789
Rated cooling capacity at 5 °CP_DkW20.30818.04938.361
Rated power inputD_DkW9.4578.1537.488
Rated COPCOP_D/2.1472.2145.123
Capacity control//fixedfixedfixed
Degradation coefficientCdc/0.250.250.25
Elementi del calcolo del SEPR per tre impianti scelti

I tre decimali dopo il punto servono solo per eventuali verifiche numeriche; non corrispondono all’incertezza di misura, che è molto più alta.

Le varianti da v1 a v3 si riferiscono a metodi di calcolo alternativi, simili all’articolo: la v1 calcola le prestazioni su ogni fascia, anzichè interpolarle dalle quattro principali; la v2 simula il carico termico in maniera realistica; la v3 calcola la temperatura d’evaporazione effettiva, con cella TN a 0 °C e BT a -25 °C, anziché usare il coefficiente di degradazione.

L’approssimazione del SEPR rispetto ai metodi di calcolo alternativi è sorprendentemente buona. Il coefficiente di degradazione, concepito per i frigoriferi domestici, controbilancia la variabilità effettiva della temperatura d’evaporazione, non contemplata dal regolamento. Il valore finale rappresenta ragionevolmente bene l’efficienza energetica della motocondensante.

Il valore Q in tabella corrisponde al symbolo aec nelle formule sopra; tuttavia non necessita a posteriori di sommatorie, in quanto può essere ottenuto dividendo P_A per il SEPR, moltiplicando il tutto per 6143 ore per la TN e 7450 ore per la BT. Il SEPR stesso, invece, non può essere ottenuto linearmente dai P_k e COP_k con k in \{A,B,C,D\}, a causa della non linearità indotta dal coefficiente di degradazione.

Nei calcoli del SEPR, di specifico per il ReFreeX c’è solo la bassa temperatura di condensazione in condizioni invernali; al costruttore basterebbe omettere la parzializzazione della condensazione per ottenere le stesse prestazioni del ReFreeX sul lato della motocondensante. Toccherebbe poi all’acquirente della motocondensante il compito d’installare un dispositivo d’alimentazione del refrigerante liquido idoneo per la bassa temperatura di condensazione.

Quel che invece non si può fare è vendere un’unità con condensazione parzializzata, esponendo un SEPR con condensazione non parzializzata; va almeno indicato nel manuale che occorre disattivare la parzializzazione dopo aver esequito il collaudo e prima della messa in esercizio.

Con il tempo si spera di poter contare sul SEPR esposto dal costruttore, come parametro oggettivo d’efficienza. Il regolamento deve essere ancora digerito. Si segnala ad esempio che un prestigioso costruttore asiatico ha presentato dei dati in cui la stessa macchina ha una pari capacità frigorifera e un miglior SEPR se utilizzata a R407A piuttosto che a R407F. Sulla scheda della stessa macchina, inoltre, si indica pari capacità e assorbimento con aria esterna a 15 e 5 °C; per cui ci si chiede se sia stato correttamente conteggiato l’assorbimento dei ventilatori del condensatore.

In sintesi, il giudizio sul nuovo regolamento, per la parte relativa alle motocondensanti, è che si tratti d’un passo avanti, sebbene sia stato concepito e scritto male.

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2 comments on “Nuovo regolamento sull’efficienza di alcune attrezzature frigorifere
  1. Stefano Sarti ha detto:

    Molto interessante. Come si calcola il SEPR per i chiller di processo ad alta temperatura (Tw > 7°C) secondo il nuovo reg. 2016/2281/UE in vigore dal 1/12/2016?

    • Emidio Barsanti ha detto:

      Caro Stefano, Grazie della domanda.
      Purtroppo non ho ancora avuto modo di approfondire la regolamentazione dei chiller.

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