IMPIANTI HVAC PER EDIFICI INTELLIGENTI
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3.3.4. Free cooling
Con free cooling si indica una strategia di raffreddamento che sfrutta direttamente le basse temperature esterne per climatizzare gli ambienti o raffreddare un fluido, riducendo (o evitando temporaneamente) l’uso dei compressori frigoriferi . In altre parole, quando le condizioni meteo lo permettono, si utilizza il freddo gratuito disponibile nell’aria esterna (o in acqua di fiume, lago, ecc.) anziché attivare macchine frigorifere energivore. Il free cooling può essere implementato in vari modi. Il più semplice è il free cooling diretto in un impianto aria-aria: se fuori la temperatura è bassa (ad esempio notti estive fresche o giornate autunnali), i sistemi di ventilazione immettono aria esterna nell’edificio in quantità maggiore, bypassando le batterie di raffreddamento meccaniche, così da sfruttare l’aria fredda per abbassare la temperatura interna. Questo è il principio dei cicli economizzatori usati negli impianti di condizionamento di molti uffici: serrande regolano l’ingresso di aria esterna quando conveniente, ottenendo un raffrescamento gratuito. Un altro approccio è il free cooling indiretto negli impianti aria-acqua (con chiller): in questo caso si usa l’aria fredda esterna per raffreddare l’acqua dell’impianto tramite uno scambiatore di calore. Ad esem- pio, molti chillers condensati ad aria sono dotati di coil aggiuntivi per free cooling: quando l’aria esterna scende sotto, diciamo, 10 °C, un’apposita batteria alettata consente all’aria di raffreddare l’acqua dell’im- pianto direttamente, facendola bypassare il circuito frigorifero. Se il clima è sufficientemente freddo, il compressore può restare spento e l’acqua refrigerata prodotta “gratis” (si consumano solo i ventilatori e le pompe di circolazione). In mezza stagione il free cooling potrebbe coprire solo parzialmente il carico, quindi spesso si usa in modalità combinata: parte dell’acqua passa nello scambiatore free-cooling, parte va comunque attraverso il chiller acceso, così il carico viene condiviso. Quando invece l’aria esterna è molto fredda (inverno), spesso il free cooling è in grado di soddisfare tutta la domanda di raffreddamento (che in certi edifici, come i data center o grandi open-space affollati, può sussistere anche con temperature esterne basse a causa dei carichi interni). In queste situazioni, il risparmio energetico è significativo: si stima che utilizzare l’aria esterna al posto dei compressori possa ridurre i consumi elettrici del raffresca- mento anche del 50–75% nei periodi favorevoli. Da notare che il free cooling non è affatto free in senso assoluto, in quanto rimangono comunque in funzione ausiliari (ventilatori, pompe) e potrebbe servire uno scambiatore intermedio (ad esempio un dry cooler esterno o uno scambiatore a piastre acqua-acqua) per evitare di contaminare l’acqua dell’im- pianto con aria o impurità esterne. Inoltre, l’efficacia del free cooling dipende fortemente dalle condizioni climatiche: è ideale nelle regioni con notti estive fresche o in edifici con grandi carichi interni costanti (es. ced di server, impianti di processo) che possono essere raffreddati di notte accumulando “freddo” per il giorno successivo. Un ulteriore metodo di free cooling sfrutta acqua di fiume o falda: alcune città (es. Parigi con il sistema Climespace, Helsinki, Stoccolma, ecc.) hanno reti di “teleraffrescamento” dove acqua naturalmente fredda (o raffreddata d’inverno e immagazzinata in bacini) viene distribuita per il condizionamento, evitando del tutto l’uso di chillers nelle utenze. In sintesi, il free cooling rappresenta un elemento importante per aumentare l’efficienza negli impianti di climatizzazione, riducendo l’uso di energia elettrica quando le condizioni ambientali sono favorevoli. L’aggiunta di modalità free cooling in un sistema HVAC (ad esempio in un AHU – Air Handling Unit – con sezioni economizzatrici, o in un chiller con dry-cooler) comporta un costo aggiuntivo, ma spesso si ripaga rapidamente nei climi appropriati grazie al risparmio energetico conseguito.
16 AHU - Air Handling Unit
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