Innovative technologies in HVAC&R systems for energy saving and environment preservation

I temi dell’efficienza energetica e dell’impatto ambientale sono requisiti che sempre più negli ultimi decenni hanno guidato la ricerca scientifica riguardante i sistemi di refrigerazione, condizionamento dell’aria e riscaldamento. Le principali ragioni sono: l’aumento del prezzo dell’energia con una conseguente maggiore attenzione ai costi di esercizio e la necessità di ridurre i contributi indiretto e diretto all’effetto serra antropico. Il contributo indiretto è legato all’energia primaria utilizzata, nella maggior parte dei casi energia fossile quindi combustione di sostanze organiche con produzione di anidride carbonica, attualmente il principale gas serra; per ridurre questo contributo è necessario incrementare l’efficienza energetica del sistema. Il contributo diretto è dovuto ai refrigeranti, i fluidi alogenati attualmente utilizzati sono fortemente gas serra se immessi in atmosfera. Si è indirizzati da un lato a sviluppare sistemi utilizzanti fluidi naturali: l’anidride carbonica (il cui contrito all’effetto serra, nettamente inferiore agli HFC, è 0 se si utilizza quella esistente), gli idrocarburi, l’ammoniaca; dall’altro lato si sono introdotti nuovi fluidi sintetici HFO a ridotto effetto serra. Si cerca inoltre di ridurre la carica di refrigerante del sistema, tenendo conto che in alcuni casi vi sono vincoli normativi proprio sulla carica. Nella prima parte di questo lavoro si presenta l’utilizzo di uno scambiatore di calore a minicanali in una PDC aria-acqua commerciale; questo tipo di scambiatori a basso volume interno consente di ridurre considerevolmente la carica di refrigerante del sistema. In seguito si presenta un modello di simulazione per il calcolo delle prestazioni e l’ottimizzazione di evaporatori e condensatori a minicanali ed una sua validazione/applicazione per calcolare un condensatore funzionante con fluido R1234yf tenendo conto anche della presenza dell’olio. Si presentano poi soluzioni utilizzanti i fluidi naturali: un chiller ad ammoniaca a bassa carica, una PDC ad anidride carbonica per un edificio residenziale, ed uno studio sperimentale sull’uso dell’eiettore come organo di laminazione per incrementarne l’efficienza di queste PDC. Si presenta infine un metodo per l’ottimizzazione della lunghezza dei circuiti negli evaporatori a batteria alettata ed un confronto delle prestazioni di diversi refrigeranti in evaporazione con particolare riferimento ai nuovi HFO R1234yf e R1234ze(E). In sintesi l’obbiettivo di questo lavoro è quello di offrire diverse soluzioni che vadano nella direzione dell’incremento dell’efficienza, della riduzione della carica e dell’impatto ambientale, tenendo conto che non esiste una soluzione univoca a tali problemi, ma che ciascuna applicazione va studiata ed ottimizzata nelle proprie peculiarità.