La centrale frigorifera negli impianti di condizionamento

Il calcolo della potenzialità massima della centrale frigorifera si fa sommando le potenzialità di tutte le utenze di raffreddamento presenti nell’impianto, considerando le eventuali contemporaneità; bisogna tenere presente, nelle valutazioni, che negli impianti con aria primaria esterna, questa è deumidificata ed anche raffreddata, per cui parte del calore sensibile ambiente viene asportato da essa. In alcuni casi è bene considerare un margine qualora siano previsti incrementi dovuti a modifiche degli impianti.
Nel calcolo delle potenzialità della centrale occorrerà sommare:
- a potenzialità della batteria di raffreddamento e deumidificazione;
- il carico sensibile ambiente massimo contemporaneo;
-detrarre il calore asportato dall’aria primaria a temperatura inferiore a quella ambiente.
Un incremento sensibile di potenza fa crescere costi di acquisto, di installazione e di gestione, visto che i rendimenti si abbassano al diminuire del carico. Un’eventuale sottostima, della potenzialità non comporta, peraltro, gravi conseguenze, visto che il carico massimo si verifica per poche ore nei giorni di maggior carico, durante i quali un incremento della temperatura dell’acqua refrigerata può essere senz’altro accettata.
Un discorso diverso va, invece, fatto quando si affrontano problemi nell’industria o nel settore commerciale.
Nelle installazioni di condizionamento le centrali frigorifere sono costituite da gruppi refrigeratori d’acqua preassemblati  e possono avere compressori alternativi, a spirale orbitante (scroll), a vite, centrifughi o funzionanti sul principio dell’assorbimento.
Nella tabella si riportano i campi di impiego (in termini di potenzialità frigorifera) delle macchine in produzione.

Considerate che la tabella sopra riportata ha un valore indicativo, in quanto la gamma dei compressori sul mercato è in continua evoluzione, come è giusto che sia.
Per macchine condensate ad aria o applicazioni con alta pressione, da 280 a circa 700 kW, gli alternativi e i vite sono più frequentemente impiegati che non i centrifughi.
1 dati di funzionamento più comunemente utilizzati sono:
- temperatura dell’acqua refrigerata in uscita: 6 ÷ 7 °C;
- temperatura dell’acqua refrigerata in ingresso: 11 ÷ 12 °C.
Se il raffreddamento dei condensatori è fatto con acqua di torre, qualora la temperatura al bulbo umido sia di 24,5 °C, le condizioni di riferimento per il calcolo della condensazione e per la scelta della torre saranno:
- temperatura in ingresso al condensatore: 29 ÷ 30 °C;
- temperatura in uscita dal condensatore: 34 ÷35 °C.
Nota la potenzialità massima che la centrale frigorifera deve avere, bisogna definire il tipo e il numero di gruppi refrigeratori da installare.
La scelta, non facile, scaturisce dall’esame di alcune esigenze fondamentali:
- costo dell’investimento;
- sicurezza e affidabilità;
- ingombro.
Sempre più spesso è il costo che determina la scelta e il numero di macchine: nei piccoli e medi impianti, perciò, la tendenza è quella di installare un solo gruppo refrigeratore con più circuiti frigoriferi indipendenti; si riesce così ad avere il vantaggio di un costo contenuto, l’ingombro è anch’esso limitato a una sola macchina ed è assicurata la sicurezza di funzionamento, anche se con potenzialità ridotta nel caso di fuori servizio di un compressore o di qualche altro elemento del circuito.
Per grandi potenzialità si ricorre a più macchine in parallelo.

Nota la portata e calcolate le perdite di carico del circuito (evaporatore del gruppo frigorifero, batterie, valvole, ecc.) si potrà scegliere la pompa di circolazione.

Uno schema semplificato di centrale frigorifera è quello della figura sottostante.

Schema semplificato per centrale frigorifera.

Per piccoli e medi impianti un possibile schema è quello della figura, in cui due gruppi refrigeratori in parallelo alimentano le utenze regolate con valvole a tre vie; si tratta di un circuito praticamente a portata costante.

Gruppi frigoriferi in parallelo e utenze regolate con valvole a tre vie.

Con questa configurazione, quando il carico frigorifero richiesto si riduce a metà, anche la differenza di temperature fra mandata e ritorno si dimezza e, quindi, se un frigorifero viene fermato, ma rimane inserito nel circuito, l’acqua di ritorno che lo attraversa si miscela con quella raffreddata da quello operativo, per cui la temperatura dell’acqua inviata alle utenze si innalza e può non essere tale, per esempio, da consentire la deumidificazione dell’aria.
Nelle centrali frigorifere di grande potenzialità è necessario e opportuno prevedere due o più gruppi refrigeratori d’acqua, connessi in parallelo o in serie.

Questo sistema garantisce flessibilità, una riserva intrinseca e buona possibilità di manutenzione, visto che è possibile effettuarla periodicamente, senza interrompere il funzionamento della centrale. La tipologia delle macchine deve essere scelta in correlazione con i carichi termici e la loro variabilità, nel senso che le potenzialità dei gruppi devono essere tali da poter garantire il carico base e i carichi di punta, con macchine sempre funzionanti pressoché a pieno carico, così da ottimizzare la gestione. La portata d’acqua attraverso i refrigeratori dovrebbe essere costante, così da avere stabilità di funzionamento. Le variazioni di carico sono correlate alle modificazioni della temperatura e sono, quindi, facilmente controllate; ciò non è, invece, possibile se la portata varia.
In molti impianti è, peraltro, utile e spesso impiegato un sistema a portata variabile nelle utenze: batterie di raffreddamento, circuiti a spillamento ecc.
In questi casi viene realizzato un impianto nel quale il sistema di produzione è separato da quello di utilizzazione, in tal modo la portata nel circuito primario (di produzione) è costante, mentre è variabile la portata nel circuito utilizzatore.
Tale tipologia è raffigurata nella figura, dove si vede che fra il primario e il secondario è inserita una tubazione di by-pass, nella quale l’acqua può circolare in un senso o in quello opposto a seconda della quantità di acqua utilizzata nel circuito secondario.