La diffusione di pompe di calore e chiller compatti a propano (R290) sta portando sul mercato soluzioni apparentemente semplici: unità monoblocco, circuito frigorifero sigillato, scambiatore refrigerante/acqua e circuito secondario affidato in parte all’installatore.

Proprio in questa interfaccia nasce però un problema tecnico e documentale ancora poco compreso ma fondamentale: cosa succede se lo scambiatore primario si rompe? Il propano può entrare nel circuito acqua?

La domanda non è accademica. In molti schemi idraulici si trovano simboli generici come “relief valve” o “safety valve 3,5 bar”, senza indicazione di portata, fluido, posizione funzionale, pressione massima ammissibile del circuito protetto, scarico o compatibilità con refrigerante infiammabile.

È un’impostazione insufficiente: se l'analisi dei rischi del costruttore prevede che essa sia anche il presidio di sicurezza in caso di rottura dello scambiatore e perdita di R290 nel circuito idronico, ci sono conseguenze pratiche significative sul suo dimensionamento, ed anche se vengono adottate altre soluzioni.

Il punto di partenza è che il circuito acqua, se lavora sopra 0,5 bar, entra nella logica dell'apparecchiatura a pressione. La Direttiva PED 2014/68/UE si applica alle attrezzature e insiemi a pressione con PS superiore a 0,5 bar e comprende recipienti, tubazioni, accessori a pressione e accessori di sicurezza. La valvola di sicurezza, quindi, non è un componente “idraulico generico”: è un accessorio di sicurezza che deve proteggere un volume definito dal superamento dei limiti ammissibili.

Nel caso di una macchina a R290 con scambiatore primario/secondario, occorre distinguere due scenari.

Il primo è lo scenario idraulico ordinario: espansione termica dell’acqua o della miscela acqua/glicole, errore di riempimento, vaso di espansione insufficiente, intercettazioni improprie, sovrapressione generata da pompa o rete di carico. Per questo scenario serve una safety valve idraulica, ad esempio tarata a 3 o 3,5 bar, purché tale valore sia compatibile con la PS del componente più debole del circuito: serbatoio, vaso, tubazioni, scambiatore lato acqua, antivibranti, filtri e connessioni remote. In questo caso la norma applicabile è la UNI EN 12828, che dimensiona la valvola considerando unicamente l'acqua, la dilatazione termica e la potenza termica del generatore per prevenire sovrapressioni da ebollizione/mancata circolazione. È cieca al rischio di trafilamento di un gas compresso dal primario.

Il secondo scenario è più critico: rottura dello scambiatore lato R290 e ingresso di refrigerante nel circuito secondario. R290 è propano, classificato tra i refrigeranti infiammabili secondo il sistema di classificazione della ISO 817; il sistema ISO assegna ai refrigeranti una designazione e una classe di sicurezza basata su tossicità e infiammabilità. In questo scenario non si sta più scaricando soltanto acqua tramite la valvola di sicurezza. Si può avere refrigerante gassoso, refrigerante bifase, miscela acqua/refrigerante, separazione di gas in punti alti e rilascio verso l’esterno del circuito secondario.

Per questo la protezione ordinaria del circuito acqua e la gestione del refrigerante nel secondario non dovrebbero essere confuse.

La soluzione tecnicamente corretta e quelle costruttive adottate (o che dovrebbero essere adottate) dai costruttori sono (o dovrebbero essere, ai sensi della IEC 60335-2-40):

• Utilizzo di scambiatori a doppia parete (double-wall) o piastre con canale di sfiato a vista per degradare la rottura catastrofica a micro-fessurazione controllata.
• Inserimento di disaeratori/separatori d'aria automatici con linea di sfiato convogliata all'esterno dell'edificio.
• Presenza di pressostati di blocco ad alta velocità sul circuito frigorifero e valvole di non ritorno.

La valvola idronica deve essere tarata a 3/3,5 bar (limite del circuito idraulico), ma se la protezione dalla rottura dello scambiatore è demandata solo a tale valvola, la sua area di passaggio deve essere verificata secondo EN ISO 24664 (la norma aggiornata per il dimensionamento delle PSV) e lo scarico deve essere convogliato in zona sicura esterna conforme a EN 378-3.

Nel caso non venga usato uno scambiatore a doppia parete, l'analisi dei rischi del fabbricante dovrebbe includere lo scenario di rottura totale della piastra dello scambiatore come evento credibile e quindi la valvola dovrà avere una:

1. Taratura: Calcolata secondo i limiti del circuito secondario (P_set 3 bar, EN 12828 / EN 14897).
2. Dimensionamento dell'orifizio di scarico: Calcolato secondo EN ISO 24664. La portata da evacuare non è la portata d'acqua da espansione termica, ma la portata massica di vapore/miscela bifasica di R290 spinta dal differenziale di pressione (Delta P circa 25 - 3 = 22 bar) o la portata volumetrica nominale del compressore, garantendo che la sovrapressione nel circuito secondario non superi il limite ammissibile (1,1 x P_set = 3,3 bar).

Il punto critico è che il costruttore non può limitarsi a disegnare un simbolo: deve fornire i dati necessari perché l’installatore possa realizzare un’installazione sicura. Questo significa che occorre chiarire:

• che lo scarico del dispositivo R290 convogliato in area sicura, con valutazione della zona pericolosa allo sbocco;
• le istruzioni date dal costruttore all’installatore.

Per l’installatore, il problema operativo è molto concreto. Se riceve una macchina con scritto “Safety Valve 3,5 bar”, deve chiedersi: protegge cosa? Il circuito interno macchina? Il serbatoio? Anche il circuito remoto? È idonea a scaricare solo acqua o anche refrigerante? Dove scarica? È intercettabile? Ha portata sufficiente? È marcata e documentata come accessorio di sicurezza? La linea di scarico altera la capacità della valvola? Lo scarico può generare una Zona 2 ATEX?

Quest’ultimo punto è il più sottovalutato. La Direttiva ATEX 2014/34/UE riguarda apparecchi e sistemi di protezione destinati all’uso in atmosfere potenzialmente esplosive. In parallelo, la Direttiva 1999/92/CE riguarda la protezione dei lavoratori esposti al rischio di atmosfere esplosive; in Italia il D.Lgs. 81/2008 richiede al datore di lavoro di classificare in zone le aree dove possono formarsi atmosfere esplosive. La classificazione delle aree a rischio di esplosione dipende da frequenza e durata della presenza di atmosfera esplosiva.

La IEC 60079-10-1 è il riferimento tecnico per classificare le aree in cui possono presentarsi gas o vapori infiammabili; serve come base per progettazione, scelta, installazione e manutenzione delle apparecchiature in aree pericolose. Ma per applicarla serve un dato essenziale: la sorgente di emissione. Nel nostro caso la sorgente è lo scarico della PRV-R290 o del separatore aria/refrigerante. Senza conoscere portata di rilascio, pressione a monte, pressione di set, orifizio, coefficiente di scarico, stato del fluido, durata dell’emissione e geometria dello scarico, non si può determinare seriamente l’estensione della Zona 2.

Quindi il costruttore dovrebbe fornire almeno:

• PS e TS del lato acqua dello scambiatore;
• PS e TS del serbatoio, vaso, tubazioni e componenti interni;
• P_set, sovrapressione ammessa, portata certificata e fluido di riferimento della safety valve idraulica;
• P_set, capacità, orifizio, coefficiente di scarico, condizioni di dimensionamento e compatibilità R290 della PRV dedicata allo scenario di rottura scambiatore;
• dati minimi per la classificazione ATEX allo scarico;
• indicazione se il circuito remoto è incluso o escluso dal volume protetto;
• istruzioni su divieto di intercettazione tra volume protetto e valvola;
• istruzioni di manutenzione, prova, sostituzione e verifica periodica;

e quindi fornire l'esatto modello e caratteristiche tecniche con la relativa Dichiarazione di Conformità, per assoggettare tale valvola alle verifiche di sicurezza di prassi. Invece, se va bene, si trovano indicazioni nella lista dei componenti di ricambio senza alcuna specifica.

Nei manuali, invece, troviamo indicazioni troppo semplificate e superficiali come: "Create a suitable drain for the safety valve." (creare un adeguato scarico per la valvola di sicurezza), come a "rimbalzare" tale responsabilità all'installatore, quando solo il costruttore possiede le informazioni per un adeguato calcolo/dimensionamento dello scarico!

Per l’installatore, invece, il comportamento prudente è non “aggiustare” il progetto sostituendo valvole o modificando lo scarico senza dati. Deve verificare che il circuito installato non introduca componenti con PS inferiore alla P_set della valvola, non installare valvole di intercettazione tra volume protetto e dispositivo di sicurezza, convogliare lo scarico secondo istruzioni, evitare lo scarico in locali tecnici o prossimità di sorgenti di innesco, aggiornare la valutazione ATEX del sito e pretendere dal costruttore i dati mancanti.

Il messaggio di CSIM per la filiera è netto: in una macchina a R290 con circuito secondario ad acqua, la safety valve non è “una valvolina da 3,5 bar”. È il punto in cui si incontrano PED, sicurezza frigorifera, istruzioni del costruttore e classificazione ATEX dell’installazione. Se i dati non ci sono, la sicurezza non è dimostrabile.

La Redazione