Compressori a vite

Compressori a vite

1.    Introduzione

La redditività  di un sistema di refrigerazione, condizionamento o pompa di calore di-pende in maniera decisiva dal suo comportamento dinamico. In particolare in presenza di forti variazioni di carico e' necessaria un'elevata qualità  di regolazione con controllo della potenza continuo o a piccoli gradini.
i compressori a vite compatti di recente ed innovativa progettazione offrono i migliori requisiti per queste richieste, nel campo della media e alta potenza frigorifera nelle applicazioni in refrigerazione, condizionamento e pompa di calore.

2.    Struttura del compressore a vite compatto

A differenza dei compressori per grandi impianti frigoriferi dotati di separatore dell'olio disposto esternamente (ed event. raffreddatore dell'olio) i vite compatti comprendono un separatore dell'olio integrato a tre stadi con relativo sistema di gestione dell'olio. Nell'impiego fino a medi valori di pressione, come per es. nelle applicazioni di condizionamento in refrigeratori di liquido, questa soluzione costruttiva si e' dimostrata particolarmente vantaggiosa. L'installazione si limita nella sostanza al collegamento della linea di aspirazione e di mandata e della parte elettrica. Il raffredda-mento addizionale (raffreddamento dell'olio o iniezione di liquido) si rende necessario solo per elevati rapporti di compressione.

2.1    Caratteristiche costruttive di base
-    Profilo della vite: Soluzione a doppio rotore (Rapporto tra i profili 5:6)
-    Tipologia costruttiva semieretica, raffreddato con gas di aspirazione
-    Carcassa dei rotori a doppia parete, con compensazione della pressione.

Questa esecuzione garantisce elevata robustezza e impedisce, anche in presenza di pressioni elevate, la deformazione della carcassa rotori che sarebbe negati-va per l'efficienza. Oltre a questo la costruzione a doppia parete consente ulteriormente una riduzione del rumore.
-    Cuscinetti a rotolamento a lunga durata con riduzione della pressione. Accanto alla riduzione della sollecitazione dei cuscinetti realizza un degasaggio (quasi fino a alla pressione di aspirazione) della camera dei cuscinetti situata sul lato di alta pressione con contemporaneo significativo aumento della viscosità' dell'olio.

2.2    Regolazione di potenza con valvola a cassetto con connessione economizzatore integrata (ECO)
La richiesta di regolazione di potenza continua ha condotto allo sviluppo di una val-vola di regolazione a cassetto adattata alla forma dei profili, disposta direttamente tra rotore principale e secondario (Figura 2).
Al contrario di altre realizzazioni in cui la valvola a cassetto viene inserita in un cilindro disposto parallelamente alla carcassa dei rotori, la valvola a cassetta a diretto contatto con il profilo offre rendimenti nettamente migliori a pieno carico ed a carico parziale. Questo e' ottenuto mediante l'adattamento della forma della valvola a cassetto ai pro-fili dei rotori - senza fessure o intercapedini, o fori di by-pass che riducono l'efficienza.

  
Per la regolazione della potenza la valvola a cassetto viene mossa idraulicamente in modo assiale (Figura 3). Una particolare caratteristica costruttiva di questa esecuzione e' che non viene ricircolato verso l'aspirazione del gas già  parzialmente compresso, la compressione comincia, infatti ,solamente dopo che il volume di aspirazione e' stato ridotto.
Il moto della valvola a cassetto viene comandato attraverso l'equilibrio delle forze in ragione delle pressioni agenti su di essa. A sinistra della valvola a cassetto regna la pressione di aspirazione, a destra l'alta pressione. La pressione nel cilindro (a destra nella figura) stabilisce se il pistone scorre a sinistra (in direzione della massima potenza), scorre a destra (carico parziale) oppure rimane nella posizione. Se la pressione viene ridotta al valore di aspirazione da una delle valvole CR1, CR2 o CR3 la valvola a cassetto viene mossa nella direzione del carico parziale. Se attraverso la CR4 viene introdotto nel cilindro l'olio che si trova in alta pressione, si realizza uno spostamento verso il pieno carico. Se il volume del cilindro rimane inalterato viene mantenuta la posizione della valvola a cassetto. Attraverso il comando delle valvole CR1…CR4 la regolazione di potenza può  avvenire in modo continuo o a gradini (100-75-50-25%). La molla integrata ha la funzione di portare la valvola a cassetto nella posizione di minima potenza quando il compressore e' spento (equalizzazione delle pressioni - CR3 aperta). In questo modo viene sempre garantito un avviamento a minimo carico.

Nella ricerca di efficienza e sicurezza di funzionamento particolarmente elevate, nella presente costruzione una parte del canale di scarico e' integrato nella valvola di regolazione a cassetto (Fig. 3, vedasi "Contour for Vi adaptation"), in questo modo viene realizzato un controllo del Vi a carico parziale. Infatti il rapporto volumetrico intrinseco (Vi) rimane pressoché  costante fino a circa il 70% del carico. Con carico ancora minore, il Vi si riduce cosi' come ci si aspetta che sia ridotto il rapporto delle pressioni del sistema.
Una ulteriore particolarità  e' a valvola a cassetto dotata di canale dell'economizzatore integrato (Fig. 3, vedasi "Sliding ECO-Port"); questo consente il funzionamento di un circuito di sottoraffreddamento (Fig. 4) indipendentemente dalla condizione di carico del compressore.
In compressori a vite con connessione fissa per l'economizzatore, questa si trova solitamente nella zona di aspirazione durante il funzionamento a carico parziale, e questo annulla l'effetto di aumento della resa e dell'efficienza. Poiché' i compressori vengono spesso utilizzati a carico parziale, anche in queste condizioni il funzionamento con ECO e' di particolare vantaggio.

Accanto al miglioramento termodinamico della resa e del COP anche l'andamento delle pressioni nelle camere di compressione dei profili viene elevato attraverso l'ulteriore aspirazione di gas dall'ECO. Questo ha un influsso positivo sul processo di compressione, che normalmente e' caratterizzato da una leggera sottocompressione (Fig. 5). L'aumento della potenza assorbita connessa con l'aumento di pressione e di massa costituisce solo il 30% in confronto all'aumento percentuale della resa. In questo modo si spiega l'aumento del COP attraverso il funzionamento con economizzatore.

        Standard operation                                                         Economiser operation

       
Figura 5    Processo di compressione in funzionamento standard e economizzatore

3.    Comportamento della potenza a carico pieno e parziale

3.1 Applicazione standard - senza Economizzatore
La fig. 6 mostra la relazione tra resa frigorifera e potenza assorbita in tutto il campo di regolazione sulla base di una temperatura di evaporazione costante (SST) con diverse temperature di condensazione (SDT). In questo modo si evidenzia che la potenza assorbita a carico parziale con temperatura di condensazione in aumento aumenta in modo più  che proporzionale. Questo e' tra l'altro collegato con una ridotta lunghezza attiva dei profili dei rotori con volume spostato ridotto in presenza di contemporaneo aumento di differenza di pressione tra le camere di compressione dei profili. In confronto con altri metodi di regolazione della potenza si evidenzia tuttavia un modo di funzionamento molto efficiente.
Per l'applicazione pratica, o reale, viene rappresentato in figura 7 ad esempio il comportamento di un refrigeratore d'acqua alle seguenti condizioni:
-    Temperatura dell'acqua (LWT) - costante:             6.7C
-    Temperatura di evaporazione (SST) a carico 100%:      2.0C
-    Temperatura ingresso aria al condensatore (EDB):     35C
-    Temperatura di condensazione (SDT) a carico 100%:     52C
In condizioni di parzializzazione (riduzione della potenza frigorifera) si perviene ad una inferiore differenza di temperatura agli scambiatori di calore, e di conseguenza ad un aumento della temperatura di evaporazione con contemporanea riduzione della temperatura di condensazione. Come conseguenza si realizzano rapporti di pressione inferiori, che, in connessione con l'efficiente controllo della potenza per mezzo della valvola a cassetto, conducono ad una riduzione della potenza assorbita in modo più  che proporzionale in riferimento alla resa frigorifera (Esempio: Potenza frigorifera resa 50%, potenza assorbita 40%).

3.2 Funzionamento con economizzatore in confronto all'applicazione standard
Come descritto prima, e' possibile realizzare un aumento della resa frigorifera e del COP con l'utilizzo di un circuito di sottoraffreddamento. L'Entità' di questo migliora-mento cresce all'aumentare della temperatura di condensazione (fig. 8) e/o al diminuire delle condizioni di carico (Fig. 9). Con riferimento alla resa frigorifera, il compressore può  essere selezionato con uno spostamento volumetrico inferiore e precisamente in proporzione inversa rispetto all'aumento di resa a pieno carico.
In confronto all'applicazione standard questo tipo di selezione del compressore e l'andamento della potenza frigorifera sviluppata conducono ad un andamento piu' piatto della resa frigorifera. In altre parole, al diminuire della condensazione la capacita' in eccesso del sistema diventa minore.

Trasferendo queste considerazioni alle condizioni dell'esempio del refrigeratore di liquido descritto nel paragrafo 3.1, il compressore può  essere scelto con uno sposta-mento volumetrico di circa 17% inferiore. La migliore efficienza del compressore e del sistema conduce inoltre ad un ancora più  favorevole rapporto tra resa ed assorbi-mento in confronto all'applicazione standard, nell'intero campo di regolazione della potenza (Fig. 10, curva inferiore).

4.    Riassunto

I compressori a vite compatti di nuova concezione consentono una regolazione della potenza continua o a gradini. Grazie all'adattamento della valvola a cassetto al profilo dei rotori ed allo speciale controllo del Vi vengono realizzati assai elevati valori di efficienza a carico parziale.
Oltre a questo, il canale economizzatore integrato nella valvola a cassetto consente il funzionamento di un circuito di sottoraffreddamento in tutte le condizioni a carico pie-no e parziale. Con questo modo di funzionamento risultano migliorati la resa frigorifera e l'efficienza del compressore e del sistema sull'intero campo di applicazione.

Ottimizzazione di compressori a vite compatti per applicazione con R134a

Introduzione

Nel passato, refrigeratori di liquido e pompe di calore con compressori volumetrici sono stati utilizzati prevalentemente con il refrigerante R22. Le caratteristiche termodinamiche ed requisiti di sicurezza di questo refrigerante offrono delle basi particolarmente buone per un’elevata efficienza e sicurezza di funzionamento.

In Europa, in ragione dell’anticipato divieto di utilizzo dell’R22, i nuovi progetti sono stati adattati all’R407C. Questo refrigerante e' molto simile all’R22 in termini di resa frigorifera volumetrica, livelli di pressione e portata di massa; per questi motivi e' stato possibile adattare, con relativa semplicità  , i compressori originariamente sviluppati per R22. In questo modo e' stato utilizzato in maniera poco intensiva l’R134a, sebbene fin da subito i costruttori di compressori a vite abbiano messo in evidenza i vantaggi derivanti dall'impiego di questo refrigerante alternativo. La tecnologia dell’R134a e' stata frenata principalmente a causa de il maggior costo del compressore.

2. Caratteristiche dei refrigeranti - Valutazioni riferite al compressore

Per una valutazione dei refrigeranti, con riferimento alla loro attitudine ad un determinato tipo di compressore, si possono avere valide informazioni da un confronto delle più  importanti proprietà  termodinamiche. Accanto al livello di resa atteso e' anche possibile studiare il campo di applicazione più  favorevole, ed anche fare una stima dei rendimenti volumetrico e isoentropico (efficienza).

Nell’ambito di varie analisi e programmi di ricerca R134a, R407C ed R410A si sono dimostrati come candidati particolarmente adatti per refrigeratori in sistemi di climatizzazione, pompe di calore ed altre applicazioni in alta temperatura.

Le caratteristiche termodinamiche di questi fluidi mostrano tuttavia considerevoli differenze che possono concretizzarsi in differenti livelli di prestazione ed efficienza a seconda del tipo di compressore.

2.1 Comparazione in termini relativi della potenza frigorifera

Il confronto rappresentato nella fig.1, riferito alla potenza frigorifera volumetrica, mostra degli scostamenti particolarmente ampi tra i singoli refrigeranti. I diversi risultati emergono dagli specifici dati termodinamici.

L’R134a occupa il limite inferiore della scala, dove per per il funzionamento di compressori a vite con economizzatore riconoscibile un incremento evidente. La relativamente ridotta resa frigorifera volumetrica dell’R134a comporta un equivalente aumento del volume generato, che nei compressori a vite puo' essere realizzato in modo tutto sommato semplice attraverso l’adozione di una coppia di rotori di maggiori dimensioni.

L’R407C risulta, come accennato inizialmente, molto vicino al refrigerante di riferimento R22. Il dimensionamento e la costruzione del compressore possono pertanto essere, nella sostanza, mantenuti gli stessi.

L’R410A mostra con evidenza i più  elevati valori di resa, dai quali risulta un ridotto volume generato con conseguenti inferiori dimensioni geometriche. A prima vista questo appare un vantaggio, ma conduce per esempio nei compressori a vite ad una inferiore velocità  periferica dei rotori con effetti sfavorevoli sui rendimenti volumetrici e isoentropici (COP) – si vedano anche i paragrafi 2.2 e 3.

2.2 Comparazione in termini relativi del coefficiente di prestazione teorico (COP)

Al contrario della resa frigorifera i coefficienti di prestazione teorici dei refrigeranti considerati si differenziano notevolmente meno (fig. 2).

 Risulta tuttavia evidente la rapida riduzione del COP dell’R410A per elevate temperature di condensazione, che va ricondotta alla ridotta temperatura critica (73C). Grazie a coefficienti di scambio termico relativamente elevati e a ridotte perdite di carico dell’R410A nell'evaporatore e nel condensatore, questo svantaggio può' essere in parte compensato.

L’R134a mostra le migliori condizioni sull'intero campo di utilizzo. In connessione con il necessario aumento dello spostamento volumetrico e delle dimensioni dei rotori dei compressori a vite si ottengono, da un punto di vista reale, addirittura migliori condizioni.

Dalle maggiori dimensioni dei rotori si realizzano trafilamenti inferiori  riferiti allo spostamento volumetrico – con minori perdite per riflusso all'indietro durante la compressione. Oltre a questo, la ridotta differenza tra le pressioni di condensazione e di evaporazione dell’R134a gioca ulteriormente a favore (circa 67% e 45% rispetto a R407C e R410A rispettivamente). Queste condizioni sono decisive per l’ottenimento di efficienze isoentropiche e valori di COP particolarmente elevati con i compressori a vite ottimizzati per R134a.

2.3 Portata di massa del refrigerante / densità' del vapore

Nonostante forti differenze nella resa frigorifera volumetrica le portate di massa per una definita potenza frigorifera si trovano in un intervallo di circa il 10% rispetto all’R22. Il motivo di questo va visto nei rapporti di proporzionalità  tra densità  del vapore e portata volumetrica per questi fluidi.

Su queste basi e considerando le ridotte portate di massa assolute e densità  del vapore si possono ottenere delle perdite di carico di ridotta entità  nel compressore, scambiatori di calore e tubazioni.

Come già  accennato, esiste in generale la convinzione che i compressori per R134a siano sicuramente efficienti ma più  costosi rispetto a quelli per gli altri refrigeranti. Questo e' spesso vero, dato che i compressori di media e grossa taglia solitamente vengono progettati per impiego universale con R134a, R22 e R407C (R404A, R507A). Lo spostamento volumetrico addizionale necessario con R134a porta a maggiori dimensioni geometriche dell’intero compressore. Il potenziale di riduzione dei costi e' circoscritto alla possibilità  di utilizzare un motore più  piccolo ed e' per questo basso. Questa „regola" non trova facilmente eccezioni nei compressori alternativi e scroll, per il fatto che la cilindrata e la trasmissione del moto oppure il diametro della spirale definiscono in modo sostanziale le dimensioni della carcassa.

3.1 Struttura costruttiva dei compressori a vite compatti

I compressori a vite sono caratterizzati da una costruzione estremamente compatta. Il volume costruttivo specifico della sezione di compressione non viene raggiunto dalle altre due tecnologie.

I compressori contengono un separatore d’olio integrato strutturato in tre stadi con relativo sistema di gestione dell’olio. Nell'applicazione in refrigeratori di liquido questa soluzione costruttiva si e' rivelata particolarmente vantaggiosa.

3.2 Caratteristiche costruttive fondamentali

• Profilo della vite: Design a doppio rotore (rapporto tra i profili 5:6)

• Tipologia costruttiva semieretica, raffreddamento per mezzo dei gas aspirati

• Struttura base (zona del volume spostato, abbinamento dei motori, robustezza meccanica, dimensionamento dei cuscinetti) dimensionata per R407C e R22 (R404A, R507A)
• Carcassa dei rotori a doppia parete, con compensazione della pressione.
• Cuscinetti a rotolamento a lunga durata con dispositivo di riduzione della pressione
• Separatore dell’olio integrato

3.3 Regolazione di potenza con valvola a cassetto con connessione economizzatore integrata (ECO)

La richiesta di regolazione di potenza continua ha condotto allo sviluppo di una valvola di regolazione a cassetto adattata alla forma dei profili, disposta direttamente tra rotore principale e secondario.

La valvola a cassetto viene mossa idraulicamente in modo assiale per ottenere la regolazione della potenza (fig. 5). Una particolare caratteristica costruttiva di questa esecuzione e' che non viene ricircolato verso l’aspirazione del gas gia' parzialmente compresso, la compressione comincia, infatti ,solamente dopo che il volume di aspirazione e' stato ridotto.

Attraverso il comando delle valvole CR1…CR4 la regolazione di potenza puo' avvenire in modo continuo o a gradini (100-75-50-25%).

Nella presente costruzione, nella ricerca di efficienza e sicurezza di funzionamento particolarmente elevate, una parte del canale di scarico e' integrato nella valvola di regolazione a cassetto (Fig. 5, vedasi "Contour for Vi adaptation"), in questo modo viene realizzato un controllo del Vi a carico parziale. Infatti il rapporto volumetrico intrinseco (Vi) rimane pressoché  costante fino a circa il 70% del carico. Con carico ancora minore, il Vi si riduce cosi' come ci si aspetta che sia ridotto il rapporto delle pressioni del sistema.

Un’ulteriore particolarità  e' la valvola a cassetto dotata di canale dell’economizzatore integrato (Fig.5, vedasi "Sliding ECO-Port"); questo consente il funzionamento di un circuito di sottoraffreddamento indipendentemente dalla condizione di carico del compressore.

3.4 Requisiti tecnici per un dimensionamento ottimizzato per R134a

Come discusso, i compressori a vite possono operare in maniera molto efficiente ed economica con R134a, dove tuttavia il necessario spostamento volumetrico deve essere incrementato in funzione della riduzione della resa frigorifera volumetrica (fig. 1).

La sfida consisteva in questo: raggiungere con un compressore a R134a, dotato di ingombri paragonabili al modello per R407C, la stessa resa ottenibile in precedenza solo aumentando la taglia del modello scelto tra i compressori per R407C ed R22.

Ulteriori prerequisiti per la gamma ottimizzata per R134a:

– Gestione dell’olio, caratteristiche costruttive di base, controllo della capacita' (con canale mobile dell’economizzatore) come nella gamma esistente

– rendimento isoentropico maggiore rispetto agli equivalenti modelli per R407C e R22

– massima temperatura di condensazione per funzionamento continuo: 65C per il funzionamento standard / 60C con economizzatore

– Vita utile dei cuscinetti – stessi criteri della gamma esistente

– Resistenza alla pressione e dimensionamento in termini di sicurezza – stessi criteri della gamma esistente (prEN12693, UL 984)

– Punti di fissaggio, connessioni di aspirazione, mandata ed ECO – posizione identica alla gamma esistente

3.5 Realizzazione costruttiva dei requisiti tecnici

Gli elementi determinanti per la geometria di base del compressore a vite compatto sono il motore, la coppia di rotori e il separatore dell’olio.

In ragione dell’assorbimento elettrico circa uguale, tendenzialmente anche inferiore, della versione ottimizzata per R134a, l’abbinamento dei motori elettrici e' identico a quello dei modelli di pari resa per R407C / R22. Con riferimento al raffreddamento con gas aspirato ed alla maggiore portata volumetrica sono stati necessari alcuni adeguamenti.

I profili dei rotori dei compressori a vite sono completamente sviluppati all'interno dell’azienda con tecnologia esclusiva, con rigidezza ed efficienza particolarmente elevate. Su questa base si e' potuto modificare il profilo in modo che il maggiore flusso volumetrico fosse ottenuto solamente con un 10% circa di incremento degli ingombri fondamentali dei rotori. In questo modo e' stato possibile attuare le necessarie modifiche costruttive alla carcassa dei rotori senza impatto sostanziale sulla forma esterna del compressore.

I cuscinetti, notoriamente robusti, sono rimasti gli stessi. In ragione: di una favorevole coppia resistente, di una ridotta differenza di pressione e di un basso livello di pressioni nelle camere dei cuscinetti si hanno delle condizioni addirittura migliori che nei modelli base per R407C e R22. Per effetto delle variate dimensioni nella zona dei rotori sono state necessarie delle modifiche alla finestra di scarico, alla valvola a cassetto ed alla flangia dei cuscinetti.

Approfondite analisi dei separatori dell’olio a tre stadi, originariamente sviluppati per i modelli a R407C e R22 hanno fornito gradi di separazione molto elevati nonostante l’incremento della portata volumetrica. I motivi risiedono nella limitata densità  del vapore e temperatura di scarico dell’R134a, che favoriscono una separazione dell’olio ottimale. Modifiche sono state quindi solo limitatamente necessarie.

3.6 Rendimenti dei compressori ottimizzati per R134a

Le misure prestazionali confermano l’influsso positivo dell’aumento della dimensione dei rotori. Notoriamente i compressori a vite usati nella tecnica del freddo sono caratterizzati da iniezione d’olio, che ha la funzione di sigillare le piccole fessure esistenti tra le diverse camere di compressione. In questo modo si può  spiegare la dipendenza della caratteristica di resa e di efficienza dalla velocità  periferica dei rotori, dalla lunghezza delle fessure in rapporto alla portata volumetrica, dalla viscosità  dell’olio e dalla differenza di pressione tra le camere di compressione. Tutti i parametri nominati sono di influsso positivo per questa nuova gamma e spiegano cosi' i buoni risultati.

Il seguente confronto si basa sul comportamento del rendimento isoentropico in dipendenza delle condizioni di servizio. Con il prodotto tra rendimento isoentropico e coefficiente di prestazione teorico (COP) si possono determinare i valori reali ottenibili, dove occorre allo stesso modo anche considerare le differenze tra i refrigeranti (fig.2).

Nel campo di applicazione tipico dei refrigeratori di liquido (SST da 0 a 5C), il confronto evidenzia un vantaggio dal 5 al 7% circa per i compressori a vite rispetto ai compressori scroll generalmente descritti come superiori. Se si considera anche che il coefficiente di prestazione (COP) dell’R134a e' dal 2.5 al 4.5% maggiore, si ottengono vantaggi a favore dei vite compatti a R134a fino a circa il 10%. Non e' stato inoltre considerata l’influenza spesso negativa del glide di temperatura dell’R407C nel condensatore, che può  portare a temperature di condensazione superiori con la conseguenza di una ulteriore riduzione del COP.  

 4. Comportamento della potenza e dell’efficienza a carico pieno e parziale

4.1 Regolazione della potenza e caratteristica di funzionamento

I compressori a vite sono dotati di una regolazione della potenza particolarmente efficiente – si veda [2] ed il paragrafo 3.3 –, che può  essere azionata in modo continuo oppure a quattro gradini. E’ generalmente noto e documentato da analisi, che il comportamento dinamico e la risultante efficienza di un impianto frigorifero ovvero di un refrigeratore di liquido sono determinate in modo fondamentale dalla qualità  della regolazione. Sotto questo profilo il compressore a vite, attraverso la possibilità  di una esatta modulazione della potenza in funzione del carico reale e' superiore a qualsiasi tipo di regolazione di tipo ON/OFF dei singoli compressori.

Se in un ipotetico sistema con due compressori per circuito viene spento uno dei due compressori (riduzione a circa 50% della potenza) si ha una evidente diminuzione della temperatura di condensazione. Da questo risulta una evaporazione parziale del refrigerante liquido (formazione di flash-gas nella linea del liquido), la cui temperatura e' ancora ad un livello superiore. Come conseguenza si verificano dei disturbi di regolazione nella valvola di espansione nell'alimentare l’evaporatore, con effetti sfavorevoli in termini di resa e di efficienza. Allo stesso modo all'accensione di un compressore (potenza raddoppiata) si hanno forti pendolazioni nel circuito di regolazione, spesso associate ad insufficiente surriscaldamento ed alle conseguenti deviazioni dalle condizioni di servizio ottimali.

4.2 Valutazione del comportamento prestazionale tramite "Integrated Part Load Values" (IPLV)

Il descritto comportamento dinamico di un sistema ed i suoi effetti vengono spesso sottovalutati o erroneamente quantificati. I confronti (calcolati) dell’efficienza a carico parziale integrata (IPLV) si basano sostanzialmente su condizioni statiche, con cui dovrebbe venire simulato un funzionamento reale. Pertanto non e' in realtà  corretto confrontare direttamente con questo metodo sistemi con caratteristica dinamica differente.

Tuttavia questo tipo di calcolo e' più  realistico del puro confronto dei consumi energetici e dell’efficienza a pieno carico in condizioni nominali.

Il seguente confronto (fig. 7) mostra, che i vite compatti offrono chiaramente condizioni favorevoli anche senza considerare i vantaggi derivanti dal comportamento dinamico di sevizio. Questo risulta particolarmente evidente nelle condizioni di carico da 100 a 50%, che corrispondono ad un peso totale di circa 80%.

Le condizioni di riferimento ed i pesi percentuali nei vari gradini di potenza (100/75/50/25%) si basano sul calcolo ESEER di EUROVENT [3]. L’ESEER definisce valutazione dell’IPLV per l’Europa. Per questo motivo si hanno delle differenze rispetto alla norma ARI 550 / 590 usualmente applicata in USA.

Altre condizioni per il confronto:

Refrigeratore con compressori a vite compatti (R134a) – 2 circuiti separati ognuno dotato di 1 compressore – regolazione della potenza a 4 gradini o continua per ogni circuito

Refrigeratore con compressori scroll (R407C) – 4 circuiti separati ognuno dotato di 2 compressori – regolazione della potenza a 4 gradini (compressore ON/OFF) per ogni circuito

Condizioni operative di riferimento (per ambedue i refrigeratori) nel gradino di potenza del 100%: – Temp. di evaporazione (SST) +2C / Surriscaldam. in aspirazione (SH) 5 K – Temp. di condensazione (SDT) 50C / Sottoraffreddam. del liquido (SC) 2 K

5. Conclusioni

Grazie alle sue caratteristiche termodinamiche l’R134a offre delle condizioni molto favorevoli per un impiego efficiente di compressori a vite in medie e alte temperature di evaporazione. E’ tuttavia svantaggiosa la bassa resa frigorifera volumetrica, che conduce ad un elevato costo specifico nel caso di usuali modalità  costruttive del compressore.

Con una nuova generazione di vite compatti, ottimizzati per R134a, e' stato possibile incrementare in modo sostanziale lo spostamento volumetrico senza modificare la geometria esterna del compressore. In questo modo vengono raggiunte, ad un costo analogo, rese frigorifere identiche a quelle del modello rispettivamente più  grande scelto dalla gamma nata per R407C ed R22. Caratteristica fondamentale sono inoltre i veramente elevati rendimenti isoentropici, elemento base per un consumo energetico estremamente contenuto.

Congiuntamente ad un controllo della capacita' particolarmente efficiente (a 4 gradini o continuo) e' possibile raggiungere una elevata qualità  di regolazione e di conseguenza la migliore efficienza del sistema. Anche nella cosiddetta valutazione di IPLV, i refrigeratori dotati di compressori a vite compatti ottimizzati per R134a ottengono risultati di massimo livello.