MACCHINE PER LA PRODUZIONE DEL CALDO E DEL FREDDO
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I chiller scroll dominano il mercato residenziale e terziario fino a qualche centinaio di kW, grazie al buon compromesso tra efficienza, costo e silenziosità.
Compressori a vite (screw): impiegati in chiller di media-alta potenza (indicativamente da qualche centi- naio kW fino a qualche MW). Il compressore a vite utilizza due rotori elicoidali accoppiati che comprimono il gas refrigerante in modo continuo. Rispetto agli scroll, i compressori a vite possono raggiungere portate e potenze frigorifere molto più elevate per singolo circuito. Hanno anch’essi poche parti in contatto (il rotolamento dei rotori evita vibrazioni eccessive) e possono modulare la capacità tramite un sistema di valvola slide o controllo dell’apertura di aspirazione, oppure tramite inverter. I chiller con viti sono tipici di edifici commerciali e industriali di medie dimensioni (es. uffici di grandi volumetrie, centri commerciali, ospedali) e spesso impiegano due circuiti frigoriferi per ampliare il campo di modulazione e la ridondanza. Il loro EER (indice di efficienza in raffreddamento) a pieno carico è buono, sebbene leggermente inferiore a quello dei centrifughi sulle grandi potenze; tuttavia presentano ottimi rendimenti ai carichi parziali, spe- cialmente quando dotati di controllo inverter, rendendoli molto efficienti nell’operatività reale variabile. Compressori centrifughi: utilizzano la forza centrifuga di una girante rotante ad alta velocità per com- primere il refrigerante e sono impiegati in chiller di grandissima potenza (dell’ordine di >2000 kW per singola unità) – tipicamente i grandi impianti centralizzati di telerinfrescamento, aeroporti, grattacieli, centri direzionali, ecc. Questi compressori assomigliano a turbomacchine e possono raggiungere rendi- menti elevatissimi a pieno carico grazie all’assenza di attriti e all’ottimizzazione fluidodinamica: i migliori chiller centrifughi acqua-acqua superano un EER = 7 (cioè 1 kW elettrico per 7 kW frigoriferi prodotti) in condizioni nominali. Inoltre, l’introduzione di cuscinetti magnetici e motori a velocità variabile (es. com- pressori oil-free tipo Turbocor) ha permesso di migliorare le prestazioni ai carichi parziali ed eliminare perdite meccaniche, rendendo questi chiller competitivi su tutto il range di funzionamento. I vantaggi dei centrifughi sono la grande capacità frigorifera unitaria, l’efficienza e il funzionamento continuo; gli svantaggi includono un costo molto elevato e una complessità tecnica maggiore (problemi di surge o stallo aerodinamico a carichi molto bassi, necessità di controllo preciso, ecc.), per cui si usano solo dove strettamente giustificati. Dal punto di vista applicativo, i chiller aria-acqua sono comuni in edifici medio-piccoli (uffici, hotel, centri commerciali di dimensioni contenute, ospedali, ecc.) dove installare una macchina compatta all’esterno è pratico; i chiller acqua-acqua con torre di raffreddamento si trovano in impianti più grandi e prestigiosi , dove l’efficienza energetica e acustica giustifica l’infrastruttura aggiuntiva. Spesso, per aumentare la resi- lienza e l’adattamento al carico, si installano più chiller in parallelo: ad esempio, invece di un unico gruppo da 1000 kW, se ne possono mettere due da 500 kW, così che in mezze stagioni ne funzioni solo uno (più vicino al suo optimum di efficienza) e in estate entrambi per coprire i picchi, assicurando anche backup in caso di fermo di una macchina. Un’ulteriore possibilità è l’utilizzo di chiller polivalenti (detti anche reversible chillers): macchine in grado di funzionare sia in modalità refrigeratore che in modalità pompa di calore, invertendo il ciclo frigorifero. In pratica, d’estate forniscono acqua fredda all’impianto di climatizzazione, mentre d’inverno possono invertire il funzionamento e fornire acqua calda per il riscaldamento. Alcuni modelli polivalenti sofisticati sono capaci perfino di produrre simultaneamente acqua calda e fredda su circuiti distinti (utili per edifici con aree da raffreddare e altre da riscaldare contemporaneamente, o per produrre ACS tutto l’anno). I gruppi frigoriferi a compressione rappresentano lo standard di mercato per la climatizzazione di medie e grandi dimensioni grazie alla loro affidabilità e scalabilità; per completezza, si menzionano anche i gruppi ad assorbimento (che producono freddo usando calore come fonte di ener- gia, ad esempio bruciando gas o sfruttando acqua calda da cogenerazione) ma si tratta di soluzioni di nicchia utilizzate solo dove il costo dell’energia termica di scarto è molto basso, poiché hanno coefficienti di prestazione (COP ~0.7) ben inferiori ai chiller a compressione elettrica e costi elevati.
12 Compressori a vite
13 Compressori centrifughi
14 chiller aria-acqua
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