Articolo 2A di 3: come ottenere acqua calda gratis nella refrigerazione industriale

Salve, in questa settimana ho ricevuto delle domande riguardo all’ultimo articolo in particolare mi hanno chiesto come recuperare il calore dal ciclo frigorifero per produrre acqua calda. Quindi ho pensato di approfittarne per scrivere un articolo e registrare la puntata podcast. 

Come funziona il ciclo frigorifero? 

Il ciclo frigorifero che spiego è quello classico con compressore. Ecco i componenti e quindi le fasi principali:

 Puntata 13 - Ciclo Frigorifero industriale e produzione di acqua calda gratis

Puntata 13 - Ciclo Frigorifero industriale e produzione di acqua calda gratis

  1. Compressore: comprime il gas aumentando la sua pressione e quindi la temperatura secondo la legge dei gas perfetti;

  2. Condensatore: è uno scambiatore che deve raffreddare e condensare il gas. Può essere:

    1. ad aria cioè una batteria alettata con dei ventilatori e cede il calore direttamente all’ambiente quindi la temperatura di condensazione sarà di almeno 5° più alta della temperatura ambiente
    2. torre evaporativa o condensatore evaporativo mediante quindi il raffreddamento adiabatico si possono ottenere temperature di qualche grado inferiore a quella ambiente
    3. acqua di pozzo, raramente utilizzato per l'alto consumo di acqua, garantisce una temperatura costante estremamente bassa anche d'estate per la condensazione
  3. Valvola di Laminazione: è un riduttore di pressione del liquido appena condensato, portandolo ad una pressione per la quale la temperatura di cambiamento di stato tra liquido e gassoso è inferiore alla temperatura di set-point dell'acqua da refrigerare

  4. Evaporatore: Scambiatore avente da un lato il fluido acqua da refrigerare e dall'altro il fluido refrigerante il quale assorbe il calore dall'acqua evaporando e raffreddandola fino al set desiderato.

Come produrre acqua calda gratis?

Andiamo al nocciolo dell'articolo. Come ho scritto prima il compressore comprime il gas refrigerante aumentandone la pressione e quindi la temperatura, la quale poi mediante il condensatore va diminuita per raggiungere la condensazione. Quindi se invece di "scaldare l'ambiente" andiamo a utilizzare uno scambiatore per scaldare l'acqua possiamo ottenere acqua calda gratis, perché prima veniva semplicemente ceduta all'ambiente. 

Rendimento del ciclo frigorifero: quanta acqua calda possiamo produrre?

Il rendimento del ciclo frigorifero è dato dal COP, che equivale alla potenza frigorifera prodotta diviso la potenza elettrica assorbita, e più alto è questo valore più alta è l'efficienza del sistema. Ci da però anche un altro dato, la potenza termica ceduta all'ambiente, ecco come.

COP = Potenza frigorifera / Potenza elettrica

Potenza termica = Potenza frigorifera + Potenza elettrica => 

Potenza termica = Potenza elettrica x (1 + COP)

A questo punto c'è un però: la potenza termica totale però è considerato con una temperatura molto bassa data dalla temperatura ambiente, mentre per avere temperatura elevate, 45°C ad esempio bisogna considerare solo il 20% della potenza. 

Esempio:

Chiller che produce 100kW, con COP = 3, avrà una potenza elettrica assorbita di 33kW e quindi la potenza termica al condensatore è di 133kW con temperatura ingresso inferiore a quella ambiente ed una portata sufficiente a condensare tutto il gas refrigerante, mentre il 20%, quindi 27kW può essere prodotta attorno ai 45°C.