Sia che si tratti di transizione energetica in Germania o di legge per l’efficienza energetica in Austria – dal punto di vista ambientale ed economico sta diventando sempre più importante per le aziende in Europa e in tutto il mondo utilizzare l’energia in modo efficiente. Un numero crescente di progettisti, costruttori e gestori di impianti di refrigerazione e di condizionamento stanno riconoscendo la riduzione dei costi potenziali che la tecnologia ad alta efficienza energetica di refrigerazione ha da offrire. Le prestazioni di efficienza del sistema sono evidenti nei costi operativi e dipendono anche dalla scelta del refrigerante. I refrigeranti naturali possono giocare qui un ruolo importante: sono disponibili in quantità illimitata e sono sostenibili. Inoltre, essi sono molto economici e possono essere utilizzati virtualmente in qualsiasi applicazione refrigerazione. Con un ODP pari a 0 e un potenziale di riscaldamento globale tra 0 e 3 sono anche ecologici. Nella seguente intervista Michael Elsen, Sales Manager di Kreutzträger Kältetechnik GmbH & Co. KG e membro di Eurammon, spiega il motivo per cui l’uso di refrigeranti naturali ha un effetto positivo sul rendimento energetico degli impianti di refrigerazione.
- Il refrigerante è il fulcro e il materiale operativo di ogni sistema di refrigerazione e svolge quindi una parte significativa nelle prestazioni. Quale influenza ha il refrigerante ha sul rendimento energetico del sistema?
Il refrigerante influenza l’efficienza energetica del sistema di refrigerazione. Le sue proprietà termodinamiche determinano la dimensione del compressore e i rapporti di perdita associati, che hanno anche un ruolo nel determinare il fabbisogno di potenza totale del sistema di refrigerazione. Il fabbisogno di potenza delle unità ausiliarie come pompe e i ventilatori dello scambiatore di calore non può in alcun modo essere ignorato.
I sistemi di raffreddamento diretto in cui il refrigerante evapora direttamente nell’evaporatore mediante assorbimento di calore hanno un chiaro vantaggio rispetto ai sistemi indiretti che utilizzano un mezzo di trasferimento del calore, poiché questi richiedono una differenza di temperatura aggiuntiva per il trasporto di calore e la capacità di pompaggio per trasportare il mezzo di trasferimento.
La progettazione di impianti moderni permette l’utilizzo di sistemi di raffreddamento diretto con refrigeranti naturali in quantità minime. Anche con i grandi impianti di refrigerazione industriale nella gamma dei megawatt, approvazioni costose regolate dalla legge federale sul controllo degli inquinanti BImSchG (BImSchG) possono essere evitati.
- Quali sono le proprietà fisiche dei refrigeranti naturali che assicurano che i sistemi funzionano a basso consumo energetico?
I refrigeranti naturali sono caratterizzati da diverse proprietà fisiche, soprattutto per quanto riguarda l’efficienza energetica. Ad esempio, un refrigerante efficiente ha preferibilmente una elevata entalpia specifica del valore di vaporizzazione. Questa è la quantità di calore necessaria per evaporare 1 kg di refrigerante a temperatura costante.
Inoltre, notevoli variazioni della capacità di raffreddamento possono essere dedotte dalla capacità frigorifera volumetrica che dipende dalle proprietà del materiale. La capacità volumetrica indica quanta capacità di raffreddamento può essere teoricamente realizzata con 1m³ di refrigerante. Più alto è il valore, meno refrigerante deve essere fatto circolare per una certa capacità di raffreddamento. Ciò a sua volta significa che anche le perdite di energia nei componenti del sistema sono ridotte. L’esponente isoentropico è il quoziente del calore specifico a pressione costante diviso per il calore specifico a volume costante. Con i refrigeranti che hanno un alto esponente isoentropico, le temperature del gas di scarico sono alte, il che è un vantaggio soprattutto per il recupero di calore. Un basso rapporto di pressione tra l’aspirazione e la pressione di condensazione ha un effetto positivo sul rendimento volumetrico e sulla domanda di energia.
- In quali applicazioni di refrigerazione e di condizionamento l’uso di refrigeranti naturali risulta particolarmente efficiente e perché?
Utilizzare i refrigeranti naturali è economicamente fattibile in particolare in impianti di refrigerazione industriale. Negli impianti con una capacità di raffreddamento superiore a 100 kW, i vantaggi di efficienza giustificano l’aumento di investimento. Tali costi sono solitamente recuperati entro due – cinque anni rispetto ai sistemi con refrigeranti sintetici.
La gamma di applicazioni per sistemi di refrigerazione con refrigeranti naturali è in continua espansione. Anche nelle applicazioni in cui si sarebbe ricorso refrigeranti sintetici in anni precedenti, i refrigeranti naturali quali ammoniaca, anidride carbonica e propano sono spesso la prima scelta oggi. Attualmente i sistemi con refrigeranti naturali vengono utilizzati principalmente in applicazioni di raffreddamento industriali. Ad esempio, nel settore della logistica, nei tunnel di surgelazione, congelamento, birrerie, caseifici e in stabilimenti di trasformazione alimentare (mattatoi, fabbriche di gelato, panifici industriali etc.). C’è anche un crescente utilizzo in applicazioni tra cui pompe di calore e supermercati. Nei sistemi ammoniaca elettromedicali per raffreddamento ad acqua che sono dotati di condensatori evaporativi o condensatori ad aria, l’elevata entalpia di vaporizzazione dell’ammoniaca può essere utilizzata per il free-cooling, cioè per la trasmissione del calore verso l’ambiente senza funzionamento del compressore, quando la temperatura esterna lo consente.
- Il refrigerante ammoniaca è in molti campi di applicazione il refrigerante più economico. Perché è così, cosa rende l’ammoniaca particolarmente efficiente?
L’alta entalpia specifica di vaporizzazione dell’ammoniaca, le basse pressioni di esercizio nei sistemi di refrigerazione, la densità relativamente bassa e le eccellenti proprietà di trasferimento di calore hanno un effetto positivo sulle sezioni trasversali delle tubature, sugli scambiatori e sui compressori frigoriferi. Questo ha anche un impatto positivo sul requisito di potenza totale del sistema rispetto ai refrigeranti sintetici.
A causa dell’elevato esponente isoentropico dell’ammoniaca, la temperatura di scarico del compressore può arrivare fino a 150°C, a seconda del design dei componenti del sistema. Questo livello di temperatura è ideale per la produzione di acqua calda. Pertanto, la temperatura dell’acqua calda di circa 60°C a una capacità di riscaldamento di circa il 15% della domanda di raffreddamento totale può essere ottenuta senza necessità di energia supplementare.
- In molti settori, gli operatori del sistema di refrigerazione devono affrontare la sfida di ridurre le emissioni di gas serra dei loro sistemi di refrigerazione commerciale o di aumentare necessariamente l’efficienza energetica dei loro sistemi. Per quali industrie e imprese il cambiamento verso un refrigerante naturale rappresenta una soluzione particolarmente efficace?
In ultima analisi l’uso di refrigeranti naturali non è limitato a particolari settori e sistemi di refrigerazione. Al contrario le proprietà termodinamiche del refrigerante, i cui limiti di applicazione devono essere considerati per quanto riguarda l’applicazione, forniscono numerosi vantaggi in termini di prestazioni ambientali e di efficienza energetica. Quando si sceglie il refrigerante, non bisogna dimenticare l’efficienza del concetto generale del sistema. Una limitazione a determinate applicazioni sarebbe fondamentalmente sbagliata. Ecco perché oggi troviamo sistemi con refrigeranti naturali in quasi tutte le potenze e aree di applicazione. Per sviluppare la soluzione ottimale per l’operatore, aziende professionalmente qualificate ed esperti sono essenziali per sviluppare oggettivamente le soluzioni su misura per soddisfare le esigenze dell’operatore, tenendo in considerazione fattori ambientali ed economici.
