Free cooling intelligente

Negli ultimi anni, il sempre maggior impiego di acqua fredda per il raffreddamento dei processi industriali, unità alla minore disponibilità di acqua da pozzi, ha creato una crescente richiesta di sistemi in grado di raffreddare l’acqua circolante in circuito chiuso (senza consumo di acqua appunto).
La maggior parte dei sistemi di raffreddamento prevedono infatti un circuito idraulico chiuso, dove l’utenza riscalda l’acqua, ed il sistema di raffreddamento provvede allo smaltimento del calore, quindi a fornire nuovamente la stessa acqua, ma fredda all’utenza.

T FIN TCFC free cooler su processo industriale

In tal modo l’acqua impiegata è sempre la stessa, la sua qualità può essere tenuta sotto costante controllo. Non si è inoltre sottoposti a regole relative a smaltimento o condizionamento di acque scaricate in superficie.
Esistono tantissimi sistemi di raffreddamento dell’acqua, che fondamentalmente si possono raggruppare in due grandi famiglie (come abbiamo più volte osservato):

Dal punto di vista economico, i sistemi che sfruttano l’aria ambiente sono sicuramente i più convenienti in quanto hanno un costo, sia di impianto che d’esercizio, molto inferiore (free-cooling attenzione allutilizzo ed al vero significato del termine).

Esemplificando, possiamo considerare ad esempio un chiller (refrigeratore d’acqua a circuito frigorifero), ed un free-cooler (raffreddatore d’acqua ad aria a pacco alettato): a parità di potenzialità termica dissipata possiamo affermare che approssimativamente il free-cooler costerà circa il 20% e consumerà una potenza elettrica pari al 10% di quanto costa ed assorbe un chiller.

Risulta dunque evidente quanto sia più conveniente utilizzare un free-cooler piuttosto che un chiller.

Questa convenienza inoltre aumenta all’aumentare della potenzialità dell’impianto.

Un free-cooler può essere però utilizzato solo quando la temperatura dell’acqua richiesta è superiore alla temperatura ambiente durante tutto (o quasi tutto l’anno).
Come nel caso dell’acqua di raffreddamento dell’olio per presse idrauliche oppure dell’acqua di raffreddamento dei bagni di spegnimento per i trattamenti termici, dove una temperature dell’acqua di 40°C è più che sufficiente per soddisfare il processo: in questo caso un free-cooler potrà essere utilizzato durante tutto l’anno.
Quando invece la temperatura dell’acqua richiesta è bassa (più bassa della temperatura ambiente o della temperatura di bulbo umido), l’unico sistema per garantire un corretto raffreddamento del processo per tutto l’arco dell’anno, è l’utilizzo di un chiller, che permette di raggiungere temperature anche molto inferiori allo zero (ricordate l’antigelo).

Ci sono però temperature dell’acqua intermedie che permettono di utilizzare il free-cooler per una buona parte dell’anno, con evidente risparmio energetico ed il chiller durante i mesi più caldi, utilizzandoli entrambi nelle stagioni intermedie.
L’abbinamento di un chiller ed un free-cooler per lo stesso processo di raffreddamento, consente interessanti economie di gestione riducendo drasticamente il costo energetico del sistema di raffreddamento. Lo schema di funzionamento di un sistema tipico prevede l’installazione in serie di free-cooler e chiller.
Se la temperatura d’uscita dell’acqua dall’utilizzo (acqua calda da raffreddare) è inferiore alla massima temperatura ambiente prevista, un sistema automatico di by-pass (valvola deviatrice più sensore di temperatura) escluderà il drycooler dal circuito. Questo perché, anche se il drycooler non lavora, il passaggio al suo interno di acqua a temperatura più bassa della temperatura ambiente, ne provocherà in ogni caso un riscaldamento, con un inutile dispendio di energia.

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Se invece la temperatura dell’acqua calda in arrivo è sempre superiore alla temperatura ambiente, il drycooler non dovrà essere escluso perché esso porterà sempre il suo contributo positivo al processo di raffreddamento, raffreddando l’acqua per quanto possibile, lasciando poi al chiller il compito di portare l’acqua alla temperatura necessaria al processo.

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I sistemi equipaggiati con T IQ Free-cooling, sono dotati di un controllo tramite PLC, con uno speciale software che ne ottimizza il rendimento ed il risparmio energetico, sfruttando al meglio il concetto illustrato qui sopra.

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La valutazione della convenienza economica di un sistema combinato free-cooling+chiller rispetto all’impiego di un’unico refrigeratore si può riassumere in due punti:

  • Costo d’impianto: se la temperatura dell’acqua da raffreddare è inferiore alla massima temperatura ambiente (caso in cui il drycooler dev’essere by-passato), il chiller dovrà essere dimensionato per la massima potenza frigorifera richiesta, ovvero come se il free-cooler non ci fosse. In questo caso non avrò convenienza economica d’impianto infatti oltre al chiller, dovrò installare il free-cooler con la valvola a tre vie ed il sistema di regolazione (sensore di temperatura). Se invece il free-cooler darà il suo contributo al raffreddamento (anche solo parzialmente) durante tutto l’anno, il chiller potrà essere di taglia minore, e quindi minor costo: la convenienza economica dell’impianto dipenderà dall’entità della riduzione ed andrà valutata di volta in volta.
  • Costo d’esercizio: sarà sempre inferiore per un sistema combinato free-cooling+chiller, tutto sta nel valutare di quanto. L’entità del risparmio dipenderà dalla quantità di tempo in cui, durante l’anno, si potrà usare solamente o parzialmente, il free-cooler (e quindi dalla temperatura dell’acqua da produrre), dal costo energetico e dalle potenze in gioco, in ogni caso un attento esame della duty termica consente di ottenere risultati affidabili.

Per concludere questa valutazione sommando costo d’impianto e costo d’esercizio, si arriverà a capire la reale convenienza economica di un sistema combinato free-cooling+chiller rispetto ad una singola macchina frigorifera.
Nella maggior parte dei casi il sistema combinato risulterà molto più conveniente, soprattutto se il servizio termico che dovrà fornire sarà protratto nel tempo.

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