Come migliorare l'efficienza della refrigerazione industriale

Le grandi leve energetiche della refrigerazione — pressione di aspirazione e di condensazione, sbrinamento, controllo dei compressori, recupero di calore e riduzione del carico — e come gestirle.

Come la refrigerazione consuma energia

Un impianto di refrigerazione industriale sposta calore da uno spazio o processo freddo e lo dissipa in atmosfera, usando compressori che sono tipicamente tra i maggiori carichi elettrici in uno stabilimento alimentare, di bevande, di stoccaggio a freddo o di processo. Il lavoro del compressore dipende dal divario di temperatura che deve colmare — tra il lato freddo (aspirazione) e il lato caldo (condensazione). Più ampio è quel divario, più duramente lavora il compressore per ogni unità di raffreddamento.

Quindi il tema centrale dell'efficienza della refrigerazione è lo stesso dell'acqua refrigerata e delle pompe di calore: restringere il divario di temperatura. Mantenere il lato freddo non più freddo del necessario e il lato caldo non più caldo del necessario. Tutto il resto si costruisce su questo principio.

Innalzare la pressione di aspirazione

La temperatura di aspirazione (evaporazione) determina il lato freddo del ciclo. Ogni grado di cui si può innalzare la temperatura di aspirazione solleva l'efficienza del compressore, perché il divario di temperatura si restringe. Molti impianti funzionano più freddi di quanto il prodotto o il processo richieda realmente, spesso perché il set point era prudente o non è mai stato rivisto.

Riesaminare il reale requisito di raffreddamento e innalzare la temperatura di aspirazione al livello più alto che lo soddisfi comunque è una delle misure di refrigerazione più efficaci, e di solito non costa nulla se non tempo di ingegneria. Va fatto con attenzione — entro i limiti di prodotto, sicurezza e processo — ma il premio di efficienza è diretto.

Pressione di condensazione flottante

La pressione di condensazione determina il lato caldo. Tradizionalmente molti impianti mantenevano una pressione di condensazione fissa ed elevata a prescindere dal meteo, il che spreca energia ogni volta che fuori è fresco. La pressione di condensazione flottante consente alla pressione di condensazione di calare al calare della temperatura ambiente, così che il compressore lavori contro un divario più piccolo ogni volta che le condizioni lo consentono.

Abbassare la pressione di condensazione quando fa freddo riduce direttamente la potenza del compressore. La strategia necessita di adeguata capacità del condensatore e di controlli che rispettino la pressione di condensazione minima richiesta dal sistema per un funzionamento corretto, ma dove si applica cattura grandi risparmi per gran parte dell'anno a poco costo di capitale.

Strategia di sbrinamento

Gli evaporatori che operano sotto zero accumulano ghiaccio, che isola la batteria e ne riduce le prestazioni, quindi devono essere sbrinati. Ma lo sbrinamento aggiunge calore allo spazio freddo che l'impianto deve poi rimuovere, e sbrinamenti troppo frequenti o troppo lunghi sprecano energia due volte — nello sbrinamento stesso e nel ri-raffreddamento.

Lo sbrinamento su domanda — che attiva uno sbrinamento quando la batteria ne ha effettivamente bisogno anziché su un timer fisso — evita sia gli sbrinamenti superflui sia la penalità di lasciare una batteria ghiacciata. Adeguare frequenza e durata dello sbrinamento al reale accumulo di brina è un risparmio semplice e affidabile sui servizi di congelamento.

Controllo dei compressori e recupero di calore

Gli impianti con diversi compressori risparmiano o sprecano energia attraverso il modo in cui le macchine sono sequenziate. Far funzionare troppe macchine a basso carico, o affidarsi a un controllo di capacità inefficiente come le valvole a cassetto a basso carico, spreca potenza. Un buon sequenziamento mantiene le macchine nel loro campo efficiente e usa la velocità variabile sul compressore guida per seguire il carico in modo fluido.

La refrigerazione dissipa anche una grande quantità di calore al condensatore, e quel calore viene spesso semplicemente scartato. Recuperarlo — per acqua calda, riscaldamento ambientale o preriscaldo di processo — trasforma un flusso di scarto in uno utile. Poiché l'impianto di refrigerazione funziona ogni volta che c'è un carico di raffreddamento, il calore recuperato è costante e spesso ben abbinato alle esigenze di acqua calda di uno stabilimento.

Refrigerante, perdite e riduzione del carico

La scelta del refrigerante conta sia per l'efficienza sia per la conformità, man mano che le regole si irrigidiscono sui refrigeranti ad alto potenziale di riscaldamento globale. I refrigeranti naturali come ammoniaca e anidride carbonica sono ampiamente usati nella refrigerazione industriale ed evitano quelle restrizioni. Le perdite sono doppiamente onerose — riducono le prestazioni e, con refrigeranti ad alto GWP, comportano un impatto climatico diretto — quindi il rilevamento delle perdite e una manutenzione accurata fanno parte di un funzionamento efficiente.

Infine, il raffreddamento più economico è quello mai necessario. Gli apporti di calore nelle celle frigorifere e nei processi — attraverso scarso isolamento, perdite dalle porte, infiltrazioni e carichi interni non controllati — si aggiungono tutti al lavoro del compressore. Ridurre l'apporto di calore alla fonte, poi applicare le misure di cui sopra al carico residuo più piccolo, è ciò che offre i risparmi più profondi. Come sempre, contabilizzare la potenza del compressore rispetto al raffreddamento erogato rende l'intero sistema gestibile anziché meramente utilizzabile.

Frequently asked questions

Qual è la variabile più importante per l'efficienza della refrigerazione?

Il divario di temperatura che il compressore deve colmare tra il lato freddo (aspirazione) e il lato caldo (condensazione). Restringerlo — innalzando la temperatura di aspirazione al livello più alto consentito dal servizio e facendo flottare verso il basso la pressione di condensazione quando le condizioni ambientali lo permettono — riduce direttamente la potenza del compressore.

Cos'è la pressione di condensazione flottante?

Consentire alla pressione di condensazione di calare al calare della temperatura esterna, anziché mantenere una pressione fissa ed elevata tutto l'anno. Il compressore lavora allora contro un divario di temperatura più piccolo ogni volta che è fresco, riducendo la potenza per gran parte dell'anno a poco costo di capitale, entro la pressione di condensazione minima richiesta dal sistema.

Perché la strategia di sbrinamento influisce sui consumi?

Lo sbrinamento aggiunge calore allo spazio freddo che l'impianto deve rimuovere, quindi sbrinamenti troppo frequenti o troppo lunghi sprecano energia due volte. Lo sbrinamento su domanda attiva uno sbrinamento solo quando la batteria ne ha effettivamente bisogno, evitando sia gli sbrinamenti superflui sia la penalità di una batteria ghiacciata.

Il calore della refrigerazione può essere riutilizzato?

Sì. La refrigerazione dissipa una grande quantità di calore al condensatore, che viene spesso semplicemente scartato. Recuperarlo per acqua calda, riscaldamento ambientale o preriscaldo di processo trasforma un flusso di scarto in uno utile e, poiché l'impianto funziona ogni volta che c'è carico di raffreddamento, il calore recuperato è costante.

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