Oggi parliamo di sistemi chiller e di tutto ciò che concerne il comfort cooling, ovvero la regolazione della temperatura interna di uno o più locali con determinate prestazioni. Cosa sono i sistemi di refrigerazione? Come attuare la manutenzione dei sistemi chiller? Approfondiamo insieme l’argomento.
Quando utilizziamo i sistemi chiller?
I ventilconvettori, detti anche fan coil, sono dispositivi che possono essere utilizzati sia per raffrescare che per riscaldare un ambiente. Ovviamente, non contemporaneamente: una funzionalità esclude l’altra.
In particolare, parliamo di sistemi chiller, quando utilizziamo, appunto, un chiller quando l’acqua fredda viene pompata nella serpentina dello scambiatore di calore. Nel suo percorso quest’acqua refrigerata va a equilibrare l’aria calda delle serpentine, e l’aria con la temperatura regolata viene reimmessa nell’ambiente interno. Il calore viene poi disperso dal chiller quando l’acqua di ritorno completa il ciclo.
Cosa sono i sistemi di refrigerazione?
Gli edifici commerciali utilizzano sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell’aria (HVAC) per deumidificare e raffreddare l’edificio. I moderni edifici commerciali cercano sistemi e componenti HVAC efficienti come parte di iniziative più ampie incentrate sulle prestazioni degli edifici e sulla sostenibilità.
Allo stesso modo, gli occupanti degli edifici nutrono grandi aspettative, che il sistema HVAC funzioni come previsto per creare un ambiente interno confortevole indipendentemente dalle condizioni esterne all’edificio.
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I refrigeratori sono il cuore del sistema HVAC
I refrigeratori sono diventati un componente HVAC essenziale di un’ampia varietà di strutture commerciali, inclusi hotel, ristoranti, ospedali, arene sportive, impianti industriali e di produzione, ecc. strutture. Possono consumare facilmente più del 50% del consumo elettrico totale durante i periodi stagionali.
In generale, un refrigeratore facilita il trasferimento di calore da un ambiente interno a un ambiente esterno. Questo dispositivo di trasferimento del calore si basa sullo stato fisico di un refrigerante mentre circola attraverso il sistema di refrigerazione. Certamente, i refrigeratori possono funzionare come il cuore di qualsiasi sistema HVAC centralizzato.
Come funziona un chiller?
Un refrigeratore funziona secondo il principio della compressione del vapore o dell’assorbimento del vapore. I refrigeratori forniscono un flusso continuo di refrigerante al lato freddo di un sistema dell’acqua di processo a una temperatura desiderata di circa 10°C.
Il liquido di raffreddamento viene quindi pompato attraverso il processo, estraendo calore da un’area di una struttura (ad es. macchinari, apparecchiature di processo, ecc.) mentre rifluisce al lato di ritorno del sistema dell’acqua di processo.
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L’evaporatore
Un refrigeratore utilizza un sistema di refrigerazione meccanica a compressione di vapore che si collega al sistema dell’acqua di processo attraverso un dispositivo chiamato evaporatore. Il refrigerante circola attraverso un evaporatore, un compressore, un condensatore e un dispositivo di espansione di un refrigeratore.
Un processo termodinamico si verifica in ciascuno dei componenti di cui sopra di un refrigeratore.
L’evaporatore funziona come uno scambiatore di calore in modo tale che il calore catturato dal flusso del refrigerante di processo si trasferisca al refrigerante. Quando avviene il trasferimento di calore, il refrigerante evapora, trasformandosi da liquido a bassa pressione in vapore, mentre la temperatura del refrigerante di processo si riduce.
Il refrigerante
Il refrigerante scorre quindi verso un compressore, che svolge molteplici funzioni. In primo luogo, rimuove il refrigerante dall’evaporatore e garantisce che la pressione nell’evaporatore rimanga sufficientemente bassa da assorbire il calore alla velocità corretta.
In secondo luogo, aumenta la pressione nel vapore del refrigerante in uscita per garantire che la sua temperatura rimanga sufficientemente alta da rilasciare calore quando raggiunge il condensatore.
Il refrigerante ritorna allo stato liquido al condensatore. Il calore latente ceduto quando il refrigerante passa da vapore a liquido viene portato via dall’ambiente da un mezzo di raffreddamento (aria o acqua).
Tipi di refrigeratori
Come descritto, due diversi mezzi di raffreddamento (aria o acqua) possono facilitare il trasferimento del calore latente ceduto quando il refrigerante passa da vapore a liquido. Pertanto, i refrigeratori possono utilizzare due diversi tipi di condensatori, raffreddati ad aria e raffreddati ad acqua.
- I condensatori raffreddati ad aria assomigliano ai “radiatori” che raffreddano i motori delle automobili. Usano un ventilatore motorizzato per forzare l’aria attraverso una griglia di linee del refrigerante. A meno che non siano appositamente progettati per condizioni ambientali elevate, i condensatori raffreddati ad aria richiedono temperature ambiente di 35°C o inferiori per funzionare in modo efficace.
- I condensatori raffreddati ad acqua svolgono la stessa funzione dei condensatori raffreddati ad aria, ma richiedono due passaggi per completare il trasferimento di calore. In primo luogo, il calore si sposta dal vapore del refrigerante nell’acqua del condensatore. Quindi, l’acqua calda del condensatore viene pompata in una torre di raffreddamento dove il calore di processo viene infine scaricato nell’atmosfera.
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Azioni per aumentare l’efficienza dei sistemi di refrigerazione
I costi del refrigeratore consumano una parte sostanziale delle bollette di un edificio. Quali misure si dovrebbero adottare per ottenere un risparmio energetico attraverso la massima efficienza del sistema di refrigerazione? Esaminiamo alcune possibilità.
Manutenzione in corso
I sistemi di refrigerazione funzioneranno in modo più efficiente grazie a un’adeguata manutenzione continua. La maggior parte delle organizzazioni riconosce questo valore e ha adottato misure come parte delle migliori pratiche quotidiane di gestione delle strutture.
Alcune delle migliori pratiche comuni per i sistemi di refrigerazione includono:
- Ispezionare e pulire le batterie del condensatore. Il trasferimento di calore ha un grande effetto sui sistemi di refrigerazione e rimane fondamentale per produrre un funzionamento efficiente del refrigeratore. La manutenzione ordinaria dovrebbe ispezionare le batterie del condensatore per verificare che non siano intasate e il libero passaggio dell’aria.
- Mantenere la carica di refrigerante. Il quoziente di raffreddamento di un refrigeratore dipende dai livelli di refrigerante corretti nel sistema. Il mantenimento di una carica di refrigerante adeguata può influire notevolmente sull’efficienza energetica riducendo i costi di raffreddamento di quasi il 5-10%.
- Mantenere l’acqua del condensatore: i circuiti dell’acqua del condensatore utilizzati con le torri di raffreddamento devono mantenere un flusso d’acqua adeguato come previsto. Eventuali detriti come sabbia, solidi erosivi e materiali contaminanti possono influenzare il circuito dell’acqua del condensatore. Incrostazioni possono inibire il flusso d’acqua e influire notevolmente sull’efficienza operativa del refrigeratore.
Manutenzione predittiva dei sistemi chiller
L’intelligenza artificiale (AI) continua ad avanzare nelle applicazioni pratiche quotidiane. I macchinari come i sistemi di refrigerazione trarranno vantaggio dagli algoritmi d’intelligenza artificiale in grado di rilevare potenziali guasti prima che si verifichino. La manutenzione predittiva sfrutta la raccolta e l’analisi dei dati operativi del sistema di refrigerazione per determinare quando è necessario intraprendere azioni di manutenzione prima di un guasto catastrofico.
Poiché i sistemi di refrigerazione rappresentano il cuore della maggior parte dei moderni sistemi HVAC, la prevenzione di guasti catastrofici che producono significativi “tempo d’inattività” farà risparmiare sui costi di riparazione di emergenza e sulla reputazione.
Il ruolo critico svolto da un sistema di refrigerazione giustifica un maggiore controllo. Big Data e AI ridurranno al minimo i tempi di inattività e massimizzeranno la produttività.
Ottimizzazione
I refrigeratori funzionano come parte di un complesso sistema HVAC. I refrigeratori raffreddati ad acqua hanno una maggiore complessità a causa del collegamento a un sistema a torre di raffreddamento. La valutazione delle prestazioni complessive dell’impianto di refrigerazione comporterà quindi un’analisi del consumo energetico totale del compressore, delle pompe, dei ventilatori delle torri di raffreddamento, ecc.
L’ottimizzazione dell’intero impianto di refrigerazione deve essere eseguita in modo olistico. Varie regolazioni incentrate su set point ottimali dell’acqua refrigerata, sequenziamento del refrigeratore e bilanciamento del carico, gestione della domanda di picco, gestione dell’acqua della torre di raffreddamento, ecc. possono essere eseguite solo con i dati operativi.
Conclusione
L’efficienza operativa del refrigeratore influirà notevolmente sui costi operativi dell’edificio. La manutenzione ordinaria continua rappresenta il minimo dal punto di vista della gestione delle strutture. La manutenzione predittiva e l’ottimizzazione del sistema di refrigerazione richiedono dati operativi in tempo reale.
Per la scelta del sistema chiller è opportuno rivolgersi a professionisti del settore.
