ISO 817:2014 Refrigerants - Designation and safety classification

ID 10484 | 31.03.2020

Documento di approfondimento sulla norma ISO 817:2014. La norma fornisce un sistema inequivocabile per la designazione dei refrigeranti.

Stabilisce inoltre un sistema per assegnare una classificazione di sicurezza ai refrigeranti in base alla tossicità e ai dati di infiammabilità e fornisce un sistema per determinare il limite di concentrazione del refrigerante. Le tabelle della norma elencano le designazioni del refrigerante, le classificazioni di sicurezza e i limiti di concentrazione del refrigerante in base ai dati resi disponibili.

Con il Decreto 10 marzo 2020 è consentito l'impiego di fluidi classificati A1 o A2L (non infiammabili o a bassa infiammabilità) secondo la norma ISO 817 « Refrigerants - designations and safety classification » o norma equivalente, negli impianti di climatizzazione e condizionamento inseriti nelle attività soggette ai controlli di prevenzione incendi.

In particolare, l'uso di un gas a bassa infiammabilità, come quelli classificati A2L, è consentito in accordo all'art. 2, comma 1, del Decreto 10 marzo 2020 in vigore dal 18.06.2020.

(GU n. 73 del 20-3-2020)[/box-info]

I refrigeranti utilizzabili sono stabiliti in accordo al Regolamento (CE) 1005/09 (Ozone-Depleting Substances -ODS) e al Regolamento (UE) 517/2014:

CFC - Proibiti dal 31 dicembre 2000.

HCFC - Proibiti dal 1 gennaio 2015 (Fino al 31 dicembre 2019, come previsto dal Regolamento (CE) 1005/09 in deroga al divieto, gli idroclorofluorocarburi (HCFC) potranno essere immessi sul mercato per essere riconfezionati e successivamente esportati. Dopo questa data la loro produzione cesserà completamente).

HCF - Riduzione dei consumi entro il 2030.

L’eliminazione completa del cloro dalla composizione dei refrigeranti ha portato alla nascita degli idrofluorocarburi (HFC), refrigeranti che hanno effetto nullo per quanto riguarda il buco dell'ozono. Tuttavia anche tali fluidi non sono perfettamente eco-compatibili, in quanto la loro liberazione in atmosfera contribuisce ad aumentare l’effetto di surriscaldamento della Terra (effetto serra). Per tale ragione già si prospetta una graduale loro eliminazione, soprattutto in quegli impianti dove possono essere sostituiti da altre tipologie di refrigeranti meno inquinanti (ossia che presentano un valore del GWP molto più basso).

Per l'installazione, la manutenzione e l'assistenza agli impianti caricati con HFC il tecnico frigorista deve essere in possesso della necessaria certificazione (patentino).

Il successo di questo tipo di refrigeranti non è stato finora esaltante, soprattutto per quanto riguarda l’utilizzo come fluidi puri. Questo è dovuto soprattutto al fatto che i fluidi HFC non offrono nella maggior parte dei casi prestazioni comparabili con i refrigeranti CFC e HCFC, per cui l'operazione di retrofit dei vecchi impianti non risulta sempre di semplice e possibile effettuazione.

La tabella a lato riporta alcuni refrigeranti HFC. Uno dei pochi HFC che si è imposto sul mercato e che viene utilizzato allo stato puro è l’R134a, utilizzato con successo nella sostituzione dell’R12 alle medie ed alte temperature, nella refrigerazione domestica ed in alcune applicazioni di nicchia.

Il suo utilizzo avveniva anche negli impianti di climatizzazione dei veicoli dopo il divieto d’uso negli stessi dell’R22, ma la Direttiva Europea 2006/40/CE ne ha in seguito proibito l'uso nei veicoli omologati dopo il 1°gennaio 2011.

Comunque nella riconversione di impianti da R12 a R134a, a parità di potenza del compressore, l’R134a fornisce una resa frigorifera leggermente inferiore dell’R12, soprattutto per le temperature di evaporazione più basse.

Per alcuni refrigeranti HFC (ad esempio l’R32, l’R143a, l’R152a) esiste il problema della loro leggera infiammabilità e, per l'R32 delle alte pressioni di lavoro. Proprio all'R32 si sta guardando come possibile sostituto dell'R410A negli impianti di condizionamento in quanto è un refrigerante con GWP molto più basso dell'R410A. Comunque gli HFC non sono gas tossici.

Oggigiorno gli HFC trovano maggior impiego come componenti di miscele. L’opportuno dosaggio di più fluidi HFC (ed eventualmente anche insieme agli idrocarburi) permette di ottenere determinati composti che posseggono le caratteristiche termodinamiche necessarie a sostituire i refrigeranti CFC ed HCFC negli impianti esistenti.

L’utilizzo di tali miscele pone però, talvolta, alcune problematiche nuove nel processo di retrofit (in taluni casi è necessario sostituire l'olio del compressore, cambiare il dispositivo di espansione, modificare le regolazioni o sostituire gli elementi di tenuta) e nell'operazione di carica (carica liquida).

Nella refrigerazione commerciale a bassa temperatura trovano impiego due miscele, l'R404A e l'R507A, entrambe con un GWP molto elevato e quindi già destinate entro pochi anni ad essere proibite dal nuovo Regolamento Europeo 517/2014.

Tabella 1 – HFC

Di seguito alcune delle disposizioni introdotte dal Regolamento (UE) 517/2014:

- in caso di perdite accertate dal circuito frigorifero l'operatore ha il dovere di farla riparare senza ingiustificato ritardo. Inoltre, durante le operazioni di installazione, assistenza, manutenzione, riparazione o smantellamento delle apparecchiature i frigoristi adottano misure precauzionali per prevenire le perdite di gas (art. 3)
- l'obbligo di tenuta del libretto d'impianto e di controllo periodico delle fughe non dipende più dalla soglia dei 3 kg di carica ma varia a seconda del tipo di refrigerante: quelli più inquinanti (come l'R404A, per esempio) dovranno avere libretto ed essere verificati anche per modeste cariche (poco meno di 1,3 kg per l'R404A). Rientrano in tali obblighi anche le celle frigorifere di autocarri e rimorchi frigoriferi. Se la carica è comunque inferiore a 3 kg (6 kg se il circuito è ermeticamente sigillato) tale obbligo entra in vigore dal 1°gennaio 2017. (art. 4)
- la frequenza dei controlli delle perdite (ogni 12,6,3 mesi) non è più stabilita sulla base dei kg di carica del circuito, ma sulla base del suo potenziale di inquinamento (kg carica x GWP refrigerante) (art. 4)
- chi vende F-gas tiene un registro ove annota i dati degli acquirenti, compreso il numero di certificazione (art. 6)
- è obbligatorio il recupero degli F-gas anche dai circuiti di raffreddamento di unità di refrigerazione di autocarri e rimorchi frigoriferi (art. 8)
- divieto di mettere in commercio apparecchiature come specificato nella tabella 1 (art.11)
- l'acquisto di refrigeranti HFC è consentito solo ad aziende certificate o che impiegano personale certificato (art.11)
- le apparecchiature non ermeticamente sigillate pre-caricate con gas HFC sono vendute agli utilizzatori finali solo se l’installazione delle stesse viene eseguita da un’impresa certificata (art.11)
- divieto d'uso di HFC con GWP pari o superiore a 2500 per l’assistenza o la manutenzione delle apparecchiature di refrigerazione con dimensioni del carico di refrigerazione pari o superiori a 40 tonnellate di CO2 equivalente a partire dal 1°gennaio 2020 (art.13)
- divieto d'uso di HFC rigenerati con GWP pari o superiore a 2500 nella manutenzione o assistenza delle apparecchiature di refrigerazione esistenti e con dimensioni del carico di refrigerazione pari o superiori a 40 tonnellate di CO2 equivalente a partire dal 1° gennaio 2030 (art.13)
- divieto d'uso di HFC riciclati con GWP pari o superiore a 2500 nella manutenzione o riparazione delle apparecchiature di refrigerazione esistenti, a condizione che siano stati recuperati da tali apparecchiature a partire dal 1° gennaio 2030. Questi gas riciclati possono essere utilizzati esclusivamente dall’impresa che ha effettuato o per conto della quale è stato effettuato il recupero a titolo di manutenzione o assistenza (art.13)
- limitazione delle quantità di HFC (quote) che gli importatori o i produttori possono mettere in commercio ogni anno (art. 15) e istituzione di un registro elettronico per la gestione di tali quote (art. 17)

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This third edition has been technically revised by the addition of new refrigerant designations and a safety classification system based on toxicity and flammability data. The safety classifications in this International Standard do not consider decomposition products or byproducts of combustion. Product and system safety standards (e.g. ISO 5149, IEC 60335-2-24, IEC 60335- 2-34, IEC 60335-2-40 and IEC 60335-2-89) address the prevention of ignition of refrigerant based on the characteristics provided in this International Standard.

3 Terms, definitions, abbreviated terms and symbols 

3.1 Terms and definitions

3.1.2 acute-toxicity exposure limit (ATEL)
maximum recommended refrigerant concentration determined in accordance with the established systems and intended to reduce the risks of acute toxicity hazards to humans in the event of a refrigerant release 

Note 1 to entry: The systems are specified in this International Standard.

3.1.6 blend 
mixture composed of two or more refrigerants

3.1.24 lower flammability limit (LFL)
minimum concentration of the refrigerant that is capable of propagating a flame through a homogeneous mixture of the refrigerant and air under the specified test conditions at 23,0 °C and 101,3 kPa 

Note 1 to entry: The test conditions are specified in 6.1.3. 
Note 2 to entry: The LFL is expressed as refrigerant percentage by volume

3.1.36 refrigerant concentration limit (RCL)
maximum refrigerant concentration, in air, determined and established to reduce the risks of acute toxicity, asphyxiation and flammability hazards 

Note 1 to entry: It is determined in accordance with this International Standard

6 Safety classifications

6.1 General

6.1.1 Safety classification - Composition

The safety classification shall consist of two alphanumeric characters (e.g. A2 or B1) with a third character L designating low burning velocity. The capital letter indicates the toxicity as determined by 6.1.2; the Arabic numeral denotes the flammability as determined by 6.1.3. Blends shall be assigned a dual safety group classification, with the two classifications separated by a slash (/). The first classification listed shall be the classification of the worst-case formulation (WCF) of the blend. The second classification listed shall be the classification of the worst-case fractionated formulation (WCFF).

6.1.2 Toxicity classification

Refrigerants shall be assigned to one of two classes, A or B, based on allowable exposure: 

- class A (lower chronic toxicity) signifies refrigerants that have an occupational exposure limit of 400 ppm1) or greater; 
- class B (higher chronic toxicity) signifies refrigerants that have an occupational exposure limit of less than 400 ppm. 

NOTE The occupational exposure limit is based on the OSHA PEL, ACGIH TLV-TWA, TERA WEEL, or the MAK.

6.1.3 Flammability classification - General

6.1.3.1 Flammability classification

Refrigerants shall be assigned to one of four classes (1, 2L, 2 or 3) based on lower flammability limit testing conducted in accordance with ASTM E681 as specified in Annex B, the maximum burning velocity measurement conducted in the method as described hereafter, and the heat of combustion determined in accordance with 6.1.3.7. Both lower flammability limit and burning velocity tests shall be conducted at the temperatures specified below. Burning velocity measurements shall be conducted according to Annex C or other credible method. The selected method shall be in agreement with established methods of determining burning velocity by demonstrating to the ISO 817 Maintenance Agency (MA) measurement results of 6,7 ± 0,7 cm/s burning velocity for R-32 and 23,0 ± 2,3 cm/s for R-152a, or by presenting other evidence supporting the accuracy of the method. Measurement shall be conducted starting from the LFL to at least 125 % of the stoichiometric concentration. Measurements shall be done with increments of at most 10 % of the stoichiometric concentration and each measurement shall be repeated at least 2 times. The maximum burning velocity is the maximum value obtained from the best curve fitting to the measurement points. The gas mixture shall be made by any method that produces a blend of air/refrigerant that is accurate to ±0,1 % in the test chamber. Dry reconstituted air (less than 0,000 15 g of water vapour per gram of dry air) containing 21,0 ± 0,1 % O2 shall be used as oxidant. The flammable gas shall have a minimum purity of 99,5 % mass fraction.

NOTE 1 Methods for burning velocity determination include the vertical tube method and the closed-vessel method.

NOTE 2 Methods that have been used for mixing include: a) pressurized mixture made using partial pressure, or b) quantitative flow methods like volumetric flow meters and mass flow controllers fixing the ratio of air and refrigerant.

1) 0,01 vol % (per cent volume fraction) is the equivalent of 100 ppm; ppm is a deprecated unit at ISO.

6.1.3.2 Class 1 (no flame propagation)

Single compound refrigerants or refrigerant blends WCF and WCFF that do not exhibit flame propagation when tested in air at 60 °C and 101,3 kPa. 

6.1.3.3 Class 2L (lower flammability)

Single compound refrigerants or refrigerant blends (WCF and WCFF) that meet all of the following conditions: a) exhibit flame propagation when tested at 60 °C and 101,3 kPa, b) have a LFL > 3,5 % by volume (see 6.1.3.6 if the refrigerant has no LFL at 23 °C and 101,3 kPa.), c) have a heat of combustion < 19 000 kJ/kg (see 6.1.3.7), and. d) have a maximum burning velocity of ≤ 10 cm/s when tested at 23 °C and 101,3 kPa. 

6.1.3.4 Class 2 (flammable)

Single compound refrigerants or refrigerant blends (WCF and WCFF) that meet all of the following conditions: a) exhibit flame propagation when tested at 60 °C and 101,3 kPa, b) have a LFL > 3,5 % by volume (see 6.1.3.6 if the refrigerant has no LFL at 23 °C and 101,3 kPa.), and c) have a heat of combustion < 19 000 kJ/kg (see 6.1.3.7). 

6.1.3.5 Class 3 (higher flammability)

Single compound refrigerants or refrigerant blend WCF and WCFF that meet the following conditions: a) exhibit flame propagation when tested at 60°C and 101,3 kPa and b) have a LFL ≤ 3,5 % by volume (see 6.1.3.6 if the refrigerant has no LFL at 23°C and 101,3 kPa); or have a heat of combustion that is ≥ 19 000 kJ/kg. 

6.1.3.6 LFL or ETFL

For Class 2L, 2 or Class 3 refrigerants or refrigerant blends the LFL shall be determined. For those Class 2L, 2,or Class 3 refrigerants or refrigerant blends that show no flame propagation when tested at 23 °C and 101,3 kPa (i.e. no LFL), the elevated temperature flame limit (ETFL) shall be used in lieu of the LFL for determining their flammability classifications.

6.1.3.7 Heat of combustion

The heat of combustion shall be determined at 25 °C and 101,3 kPa as follows. 

6.1.3.7.1 
For single component refrigerants, the heat of combustion shall be calculated. Values for heats of formation are tabulated in several chemical and physical properties handbooks and databases. The heat of combustion (positive values are exothermic) is the enthalpy of formation of the reactants (refrigerant and oxygen) minus the enthalpy of formation of the products of reaction. Calculated values shall be based on the complete combustion of one mole of refrigerant with enough oxygen for a stoichiometric reaction. The reactants and the combustion products shall be assumed to be in the gas phase. The combustion products shall be HF, CO2 (N2, SO2 if nitrogen or sulfur are part of the refrigerant’s molecular structure) and HCl, if there is enough hydrogen in the molecule. Excess H shall be assumed to be converted to H2O. If there is insufficient hydrogen available for the formation of HF and HCl but sufficient to form HF, then the formation of HF takes preference over the formation of HCl. If there is insufficient hydrogen available for the formation of HF, then the remaining F produces COF2 in preference to the formation of CO2. The remaining Cl produces Cl2. 

6.1.3.7.2 
For refrigerant blends, the heat of combustion of the nominal composition shall be calculated from a balanced stoichiometric equation of all component refrigerants, where the total number of moles of refrigerant shall be equal to 1.

NOTE This can be thought of conceptually as breaking the refrigerant molecules into their constituent atoms and creating a hypothetical molecule with the same molar ratio of total carbons, hydrogens, fluorines, etc. as in the original blend. The hypothetical molecule would then be treated as a pure refrigerant as in 6.1.3.7.1. The heat of formation for this hypothetical molecule is the molar average of the heats of formation for the original blend molecules.

6.2 Matrix diagram of safety group classification system

The toxicity and flammability classifications described in 6.1.2 and 6.1.3 yield eight separate safety classifications (A1, A2L, A2, A3, B1, B2L, B2, and B3) for refrigerants. These classifications are represented by the matrix shown in Figure 1.

Figure 1 - Safety groups as determined by flammability and toxicity

7 Refrigerant classifications

Refrigerants are assigned the classifications indicated in Tables 5, 6 and 7.

Nella tabella 5 sono evidenziati in rosso i gas proibiti, in blu quelli per cui è prevista una riduzione dei consumi entro il 2030, in verde quelli A2L impiegabili in accordo al Decreto 10 Marzo 2020.

Table 5 — Refrigerant designations

(table 5 - continua)

...

segue in allegato

Fonti
ISO 817:2014 - Refrigerants - Designation and safety classification
Regolamento (CE) 1005/09
Regolamento (UE) n. 517/2014

Certifico Srl - IT | Rev. 00 2020
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Info e download

Collegati
Gas refrigeranti: Quadro normativo classificazione e sicurezza
Regolamento (CE) n. 1005/2009
Regolamento (UE) n. 517/2014
Vademecum F-GAS 2019
Dichiarazione F-GAS
Position paper F-GAS Federchimica