IMPIANTI HVAC PER EDIFICI INTELLIGENTI
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3.3. Macchine per la produzione del freddo Passando alla produzione di energia frigorifera , le macchine impiegate per il raffrescamento estivo degli ambienti (o per la refrigerazione di processi industriali) si basano prevalentemente su cicli a compressione di vapore analoghi a quelli descritti per le pompe di calore, ma “orientati” alla sottrazione di calore dagli ambienti interni per ottenere l’effetto di raffreddamento. Possiamo distinguere due grandi categorie di sistemi di climatizzazione estiva: quelli che producono acqua refrigerata destinata a ventilconvettori, pannelli radianti, unità di trattamento aria, ecc., e quelli che agiscono direttamente sull’aria degli ambienti mediante espansione diretta del refrigerante (split, VRF). Inoltre, esistono tecniche di free cooling che consentono di raffrescare gli ambienti senza l’uso di cicli frigoriferi , sfruttando condizioni favorevoli dell’ambiente esterno. In questa sezione passiamo in rassegna le principali tipologie di macchine frigo- rifere, evidenziandone principi di funzionamento e ambiti di utilizzo.
3.3.1. Chiller aria-acqua e acqua-acqua (gruppi frigoriferi)
11 Chiller
I chiller (termine comunemente usato per i gruppi frigoriferi a compressione) sono macchine che produ- cono acqua refrigerata da inviare ai terminali di climatizzazione (fan-coil, ecc.) o ad altri scambiatori per il raffreddamento di ambienti e processi. Il loro funzionamento si basa su un circuito frigorifero con compressore, condensatore, valvola di espansione ed evaporatore, in tutto analogo a quello di una pompa di calore, con la differenza che l’obiettivo primario è sottrarre calore all’acqua che circola nell’eva- poratore (raffreddandola, tipicamente a 7 °C) e cedere quel calore all’esterno tramite il condensatore. A seconda di come viene realizzato lo scambio termico sul lato esterno, si distinguono principalmente due categorie: chiller condensati ad aria (aria-acqua) e chiller condensati ad acqua (acqua-acqua). Nei primi, il condensatore è raffreddato da un flusso d’aria esterna (spinto da ventilatori) e tipicamente costituisce l’unità motocondensante esterna visibile negli impianti rooftop o nei cortili; nei chiller ad acqua, invece, il condensatore cede calore ad un circuito d’acqua (detto circuito di condensazione), il quale poi scarica il calore nell’atmosfera tramite una torre evaporativa o altro dissipatore esterno. I chiller aria-acqua sono più semplici da installare (non richiedono torri di raffreddamento) e adatti a taglie medio-piccole; quelli acqua-acqua offrono prestazioni migliori nelle giornate molto calde (poiché l’acqua di torre può essere più fresca dell’aria esterna) e sono preferiti nelle grandi installazioni dove l’efficienza e il controllo acustico sono prioritari. Un gruppo frigorifero a compressione è caratterizzato principalmente dal tipo di compressore impiegato, che ne determina potenza, efficienza e modalità di parzializzazione. Le tecnologie di compressore più diffuse nei chiller moderni sono: Compressori scroll: utilizzano due spirali a incastro per comprimere il refrigerante. Sono impiegati su chiller di piccola e media potenza (indicativamente fino a ~200 kW per circuito). Offrono diversi vantaggi: poche parti in movimento e assenza di valvole (quindi alta affidabilità e bassa rumorosità), ottimo rendimento volumetrico e buona tolleranza a piccole quantità di liquido. Spesso più compressori scroll vengono mon- tati in parallelo su circuiti frigoriferi multipli per ottenere maggiori potenze e una modulazione a gradini della capacità frigorifera. Con l’adozione di inverter, è possibile anche variare in continuo la velocità di rotazione di alcuni compressori scroll, così da adattare finemente la potenza erogata al carico termico.
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