La tecnologia di raffreddamento intelligente aumenta l'efficienza energetica degli impianti HVAC

Negli edifici commerciali di grandi dimensioni, i sistemi di refrigerazione svolgono la funzione di apparecchiature di raffreddamento principali, con la loro efficienza energetica che incide direttamente sui costi operativi e sulla sostenibilità. Tuttavia, ciò che spesso passa inosservato è che la sala macchine dei refrigeratori stessi rappresenta una significativa fonte di calore. La gestione e il controllo efficaci dei carichi termici all'interno di questi spazi sono emersi come un fattore critico per l'ottimizzazione delle prestazioni complessive del sistema di refrigerazione.

Se i refrigeratori rappresentano il "cuore" dei sistemi di raffreddamento, le sale macchine dei refrigeratori funzionano come le "vene e i nervi" che sostengono questo organo vitale. Eppure, questi spazi modesti nascondono un notevole potenziale di consumo energetico. Vari componenti elettrici all'interno delle sale macchine dei refrigeratori, tra cui i motori dei compressori, i motori delle pompe, gli azionamenti a frequenza variabile (VFD) e i trasformatori, generano un calore considerevole durante il funzionamento. Questo output termico non solo riduce l'efficienza e la durata delle apparecchiature, ma aumenta anche le esigenze di raffreddamento della sala macchine, elevando in definitiva il consumo energetico dell'intero sistema.

Per ottenere un raffreddamento intelligente e la riduzione del consumo energetico nelle sale macchine dei refrigeratori, gli ingegneri devono innanzitutto comprendere a fondo le fonti di carico termico, proprio come i medici che diagnosticano le malattie prima di prescrivere il trattamento.

I motori dei compressori rappresentano in genere la più grande fonte di calore nelle sale macchine dei refrigeratori. Questi si dividono in due categorie in base ai metodi di raffreddamento:

• Refrigeratori ermetici: Motori e compressori sono alloggiati all'interno di unità sigillate raffreddate dalla circolazione del refrigerante. Questo design trasferisce il calore del motore direttamente al refrigerante, riducendo al minimo l'impatto ambientale.
• Refrigeratori a trasmissione aperta: I motori si collegano ai compressori tramite accoppiamenti esterni, utilizzando il raffreddamento ad aria o ad acqua. Questi progetti rilasciano il calore del motore direttamente nelle sale macchine, aumentando i carichi di raffreddamento.

Sebbene i singoli motori delle pompe possano generare meno calore rispetto ai motori dei refrigeratori, più pompe che operano contemporaneamente possono produrre un notevole output termico. Lo standard ASHRAE 90.1 impone requisiti minimi di efficienza per i motori degli edifici commerciali, con unità più grandi (oltre 200 cavalli) che raggiungono un'efficienza superiore al 95%. Tuttavia, anche questi motori ad alta efficienza convertono parte dell'energia in calore.

Sebbene i VFD migliorino l'efficienza a carico parziale regolando la velocità del motore, generano calore durante la conversione di potenza. I metodi di raffreddamento variano:

• VFD raffreddati ad aria: Utilizzati per pompe più piccole e ventole delle torri di raffreddamento, questi rilasciano calore direttamente nelle sale macchine.
• VFD raffreddati ad acqua: Generalmente impiegati per il controllo dei refrigeratori, questi trasferiscono il calore all'acqua di raffreddamento, riducendo l'impatto ambientale. Tuttavia, i VFD a media tensione (4160 V+) richiedono spesso ancora il raffreddamento ad aria.

• Trasformatori situati all'interno delle sale macchine
• Apparecchiature di mitigazione armonica
• Trasferimento di calore dell'involucro dell'edificio
• Varie fonti (illuminazione, tubi non isolati, sistemi UPS, ecc.)

Dopo aver identificato le fonti di calore, gli ingegneri devono implementare approcci di gestione appropriati, principalmente attraverso la ventilazione o il raffreddamento meccanico.

La ventilazione fornisce una rimozione del calore economica introducendo aria esterna. Lo standard ASHRAE 15 richiede portate di ventilazione minime di 0,5 cfm/sq.ft o 20 cfm per occupante, con aumenti di temperatura massimi non superiori a 18°F. Le considerazioni chiave includono:

• Schemi di flusso d'aria che coprono tutte le fonti di calore
• Prese d'aria adeguatamente filtrate
• Persiane dimensionate per un flusso d'aria efficace (tenendo conto di un'area libera tipica del 50-60%)

Quando la ventilazione si rivela insufficiente, diventa necessario il raffreddamento meccanico utilizzando ventilconvettori, batterie alettate o apparecchiature simili. La progettazione richiede la definizione di setpoint di temperatura, il calcolo dei carichi di raffreddamento e la selezione di apparecchiature appropriate.

• Selezione di apparecchiature ad alta efficienza
• Ottimizzazione dei layout delle apparecchiature per un flusso d'aria efficace
• Implementazione di rigorosi programmi di manutenzione
• Utilizzo di controlli intelligenti con monitoraggio in tempo reale
• Esplorazione di opportunità di recupero del calore di scarto

In definitiva, la gestione del carico termico della sala macchine dei refrigeratori rappresenta un aspetto critico, ma spesso trascurato, della progettazione HVAC. Attraverso un'attenta pianificazione ed esecuzione, gli ingegneri possono sviluppare sistemi di raffreddamento altamente efficienti che supportano operazioni edilizie sostenibili.