Impianti di refrigerazione (climatizzazione estiva): valutazioni tecnico economiche su soluzioni alternative 1/12 CICLO FRIGORIFERO PER RAFFREDDAMENTO REGIONE CALDA Liquido saturo o sottoraffreddato 3 2 Vapore valvola di espansione condensatore compressore P c evaporatore 4 1 Miscela bifase liquidovapore Q in REGIONE FREDDA Vapore saturo o COP frigorifero COP frigorifero MAX = T C /(T H -T C ) 2/12 1
CICLO FRIGORIFERO PER RAFFRESCAMENTO ESTERNO T H = 34 C Liquido saturo o sottoraffreddato 3 2 Vapore valvola di espansione condensatore compressore P c Miscela bifase liquidovapore evaporatore 4 1 Q in INTERNO Vapore saturo o T C = 24 C COP frigorifero COP frigorifero MAX = T C /(T H -T C ) 3/12 CICLO FRIGORIFERO PER RISCALDAMENTO ESTERNO T C = 5 C Miscela bifase liquidovapore Q in 4 1 Vapore saturo o valvola di espansione evaporatore compressore P c Liquido saturo o sottoraffreddato condensatore 3 2 INTERNO Vapore T H = 20 C + P c COP pompa di calore = + 1= COP frigorifero + 1 COP pompa di calore MAX = T H /(T H -T C ) 4/12 2
OSSERVAZIONE SUL COP Dalle formule appena scritte, il COP della pompa di calore sembra maggiore del COP del condizionatore. In realtà, ciò che cambia nei due casi è la differenza (T H -T C ). Nell esempio considerato: (T H -T C ) = 10 K per il raffrescamento; (T H -T C ) = 15 K per il riscaldamento. Considerando il caso ideale, si avrebbe: Quindi, utilizzando la stessa Raffrescamento: T C = 24 C = 297 K macchina per il raffrescamento e per il COP = 297/10 = 29,7 riscaldamento, avrò un COP Riscaldamento: T H = 20 C = 293 K leggermente superiore nel funzionamento come COP = 293/15 = 19,5 condizionatore rispetto 5/12 a quello come pompa di calore. LA MACCHINA AD ASSORBIMENTO Le macchine ad assorbimento sfruttano lo stesso principio fisico per il quale a basse pressioni assolute l'acqua bolle a bassa temperatura. Nella sua forma più semplice una macchina ad assorbimento è costituita da un evaporatore, da un assorbitore, da un condensatore, da un generatore, da alcune pompe e da una serie di dispositivi di controllo. Il mantello inferiore a bassa pressione ed a bassa temperatura solitamente contiene l'evaporatore e l'assorbitore, mentre il mantello superiore a temperatura e pressione superiori contiene il generatore ed il condensatore. 6/13 3
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9/13 La soluzione è una miscela: generalmente acqua (solvente/refrigerante) e bromuro di litio (soluto), oppure ammoniaca (solvente/refrigerante) e acqua (soluto). Nell'evaporatore, in cui è mantenuta una bassa pressione, il refrigerante evapora assorbendo calore dal fluido da raffreddare e si concentra. Tutto il resto del ciclo ha la funzione di recuperare il solvente-refrigerante che deve essere riusato. Proprietà di una sostanza o miscela di sostanze capaci di assorbire acqua sia allo stato liquido che allo stato gassoso Proprietà di una sostanza o miscela di sostanze capaci di assorbire acqua sia allo stato liquido che allo stato gassoso L'igroscopicità del bromuro di litio provoca l'assorbimento del vapor d'acqua da parte della soluzione concentrata che è presente nell'assorbitore, proveniente dal generatore. La soluzione così si diluisce e viene quindi pompata nel generatore dove una maggiore temperatura, mantenuta dall'apporto di calore proveniente dall'acqua surriscaldata calda o dal vapore d'alimentazione, provoca l'ebollizione 10/13 della soluzione. 5
Tale fenomeno dà luogo alla fuoriuscita di vapor d'acqua dalla soluzione ed al conseguente arricchimento di quest'ultima che viene convogliata nell'assorbitore dove riprende il ciclo. Il vapor d'acqua sprigionatosi nel generatore affluisce nel condensatore, nel quale dapprima si liquefa in virtù della sottrazione di calore effettuata da parte dell'acqua di condensazione e poi viene avviato nell'evaporatore dove riprende il ciclo. Per aumentare l'efficienza della trasmissione di calore il refrigerante, cioè l'acqua, che circola all'interno dell'evaporatore e la soluzione concentrata che circola nell'assorbitore vengono spruzzate sui fasci tubieri. 11/13 Il ciclo che abbiamo descritto si ripete continuamente fino a che l'apparecchio viene mantenuto in funzione. L'efficienza del ciclo viene esaltata dalla presenza di uno scambiatore di calore della soluzione inserito tra assorbitore e generatore. Assorbitori a doppio effetto L'inserimento di un ulteriore scambiatore di calore esalta la separazione dell'acqua dal bromuro di litio, con il risultato di permettere d'ottenere un aumento del 50% del rendimento globale dell'apparecchio. 12/13 6
Esercizio su fattibilità tecnico-economica 13/13 7