Piccolo è bello: sistemi a bassa carica di ammoniaca

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L’ammoniaca è un refrigerante rispettoso dell’ambiente, efficiente in termini di costi e a prova di futuro. È stato tradizionalmente utilizzato in applicazioni industriali per capacità di raffreddamento di diversi megawatt utilizzando tonnellate di carica di refrigerante. Tuttavia, l’infiammabilità e la tossicità dell’ammoniaca impongono requisiti di sicurezza relativamente elevati in termini di progettazione del sistema rispetto ai refrigeranti sintetici e, tradizionalmente, non è sempre stata adatta a tutte le applicazioni. Lo sviluppo di sistemi e componenti ha portato a una più ampia adozione di sistemi di ammoniaca a bassa carica come un’alternativa interessante ai sistemi convenzionali, attraverso una gamma di applicazioni in aumento. L’ammoniaca non è dannosa per l’ambiente e non è inclusa nel regolamento sui gas fluorurati e nel programma di riduzione graduale in sospeso. Cariche minori riducono i rischi per la sicurezza e sono più facili da sintonizzare con le disposizioni normative che devono essere osservate durante la progettazione del sistema. Con una combinazione di basso investimento iniziale (TCO) e bassi costi operativi, i sistemi a bassa carica sono spesso la soluzione migliore a lungo termine, sia in termini economici che ecologici.

I tradizionali sistemi di refrigerazione ad ammoniaca contengono tipicamente una carica da 2 a 3 kg per kW di capacità di raffreddamento. Al contrario, i sistemi a bassa carica contengono molta meno ammoniaca, in genere meno di 1,3 kg per kW e certe applicazioni sono persino possibili con appena 0,06 kg per kW. Queste piccole quantità riducono i rischi per la salute e la sicurezza in caso di perdite e semplificano le procedure di approvazione ufficiali, in quanto i sistemi con cariche più piccole devono tenere conto di requisiti e regolamenti meno stringenti. Anche la pianificazione, il funzionamento e la manutenzione di alcuni progetti di sistemi a bassa carica sono più facili in quanto vi sono meno componenti e molti sistemi sono fabbricati come un unico pacchetto costruito in fabbrica. In molti casi non è necessario che le pompe facciano circolare il refrigerante nel sistema e sia le tubazioni sia i contenitori di liquido sono più piccoli.

Sistemi con una carica di ammoniaca inferiore del 95%

I sistemi a bassa carica possono raggiungere gli stessi livelli di capacità dei sistemi convenzionali basati su pompe, ma con una frazione della quantità di refrigerante. Nei sistemi di refrigerazione tradizionali circola più liquido di quanto sia necessario per l’estrazione di calore negli evaporatori. La velocità di sovralimentazione, cioè il rapporto tra ammoniaca liquida e gassosa è tipicamente da 2: 1 a 8: 1 a seconda della applicazione. In altre parole, solo uno dei due-otto chilogrammi di refrigerante pompato attraverso il sistema viene effettivamente evaporato nella fase gassosa. Nei sistemi a bassa carica, il rapporto è in genere inferiore a 1,2: 1. «Le progettazioni di sistemi idonei possono ridurre la carica di ammoniaca nel sistema complessivamente del 75% e persino del 95% nell’evaporatore, senza un apprezzabile calo di capacità» spiega Rob Lamb, Direttore Marketing di Star Refrigeration Ltd e socio di Eurammon. Queste basse quantità in circolazione sono possibili grazie ai recenti sviluppi nella progettazione dell’evaporatore per le applicazioni di stoccaggio a temperatura controllata mediante tubazioni in alluminio. I tradizionali sistemi di raffreddamento ad aria utilizzano tubi in acciaio inossidabile o zincato che richiedono tassi di ricircolo 4: 1 per ottenere la capacità di raffreddamento pianificata. Il tubo di alluminio ha il doppio della conduttività termica dell’acciaio zincato e 12,6 volte la conduttività dell’acciaio inossidabile (304L). Il risultato è un migliore trasferimento di calore tra l’aria dell’ambiente e il refrigerante senza la necessità di pompe di liquido, con un funzionamento più efficiente rispetto al ricircolo pompato per le stesse condizioni operative.

 

Prerequisiti: calcolo preciso e pulizia nel lavoro

Quando si progettano sistemi a bassa carica, occorre prestare attenzione in termini di carica e pulizia dell’impianto. «L’efficienza ottimale e il funzionamento sempre in sicurezza dipendono in modo cruciale dal calcolo accurato della carica di ammoniaca richiesta. Questa deve essere sufficientemente grande da consentire un funzionamento stabile ed efficiente nell’intero intervallo operativo del sistema e tenere conto anche delle variazioni della temperatura ambiente e dei carichi di sistema» dice Lamb. Una carica troppo piccola metterà a repentaglio le prestazioni a lungo termine e l’affidabilità dell’intero sistema, ad esempio in caso di fuoriuscita di piccole quantità di refrigerante, che ridurrebbe la capacità di raffreddamento e l’efficienza del sistema. Anche la pulizia d’esecuzione durante il processo di installazione è importante. «Le basse frazioni di circolazione richieste per i sistemi a bassa carica implicano che i piccoli dispositivi di espansione dell’orifizio si possano facilmente ostruire a causa di resti di sporco derivanti dal processo di installazione». D’altra parte, i sistemi di refrigerazione sono semplici nel design, riducendo i requisiti per la manutenzione in corso che li rende più economici da gestire.

Rob Lamb

Nuove applicazioni – dal raffreddamento di processo all’HVAC

La tecnologia a bassa carica con la sua elevata capacità di sistema apre nuove applicazioni in cui sono stati utilizzati sistemi classici di ammoniaca o impianti di refrigerazione con refrigeranti sintetici. Ciò include impianti di refrigerazione per impianti di surgelazione e celle frigorifere, nonché per l’industria alimentare, il raffreddamento dei processi, i sistemi di raffreddamento dei data center e il settore HVAC. Il nuovo sistema di refrigerazione installato per lo specialista alimentare britannico e alimenti surgelati Farmfoods è un buon esempio di efficienza e flessibilità dei sistemi a bassa carica. La compagnia ha circa 300 negozi di alimentari in tutto il Regno Unito e cercava un sistema di refrigerazione efficiente dal punto di vista energetico con refrigeranti naturali per il suo nuovo centro di distribuzione a Bristol per rifornire i negozi della società nel sud dell’Inghilterra. Farmfoods ha optato per due Azanefreezers di Star Refrigeration Ltd. con ammoniaca come refrigerante. Questi funzionano con una capacità di raffreddamento totale di 530 kW per mantenere le temperature in modo permanente e affidabile a -22 ° C nei locali di congelamento. Le zone refrigerate vengono raffreddate a + 2 ° C da un Azanechiller che utilizza l’ammoniaca per raffreddare un circuito di glicole secondario e ha una capacità di 120 kW. Il design intelligente del sistema ha ridotto la carica di ammoniaca in entrambi i sistemi a 0,25 kg per kW e 0,1 kg per kW, rispettivamente. I nuovi sistemi sono molto più efficienti dei sistemi di refrigerazione HFC standard. Inoltre l’uso del refrigerante naturale ammoniaca riduce anche l’impronta di carbonio dell’azienda, qualcosa che i consumatori finali trovano sempre più importante.

Per Rob Lamb di Star Refrigeration Ltd., membro di eurammon, il progetto dimostra chiaramente il potenziale e l’importanza crescente dei sistemi di refrigerazione a basso costo. «Essi combinano un’elevata efficienza con un design di sistema relativamente semplice, requisiti normativi relativamente minimi e un’elevata compatibilità ambientale che rende i sistemi a bassa carica di ammoniaca un’alternativa interessante in quasi tutti i segmenti applicativi, compresa la gamma di alte capacità» afferma Lamb.

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