Impianti di refrigerazione a CO2 transcritici Caratterizzazione sperimentale ed analisi teoriche per l’ottimizzazione energetica

L’adozione di refrigeranti a basso impatto ambientale sintetici, HFO, o naturali, CO2 e NH3, in sostituzione dei refrigeranti tradizionali potrebbe ridurre le emissioni dirette in atmosfera. Il settore della refrigerazione commerciale sta progressivamente sostituendo i refrigeranti tradizionali con l’anidride carbonica, R744. La CO2, come refrigerante, presenta delle proprietà termodinamiche che collimano con i fabbisogni commerciali, essendo un fluido non infiammabile, non esplosivo, non tossico e con GWP ed ODP rispettivamente pari ad 1 e a 0. Le problematiche impiantistiche relative all’adozione dell’anidride carbonica sono dovute alle elevate pressioni di lavoro spesso maggiori della pressione critica pari a 73,8 bar infatti, per la realizzazione del ciclo frigorifero, la pressione massima tende ad incrementarsi ad elevate temperature esterne, peggiorando l’efficienza e le condizioni operative. Nonostante gli impianti transcritici abbiano delle prestazioni energetiche maggiori degli impianti tradizionali a basse temperature esterne, la loro efficienza, in termini di COP, si degrada sensibilmente con temperature crescenti. Il miglioramento del COP potrebbe contribuire alla promozione ed all’adozione della CO2 in aree che hanno generalmente condizioni climatiche sfavorevoli, riducendo le emissioni indirette e l’impatto ambientale degli impianti tradizionali. Nella sala motori “C. Caputo” dell’Università degli Studi dell’Aquila, in collaborazione con la società Epta Refrigeration S.p.A., è stata installata, collaudata ed avviata una centrale transcritica a CO2 con una potenza nominale agli evaporatori di 18 kWt ed ai compressori di 17 kWe. La possibilità di sperimentare questo sistema di refrigerazione innovativo consente di monitorare la variazione dei principali parametri termodinamici a diverse temperature esterne, permettendo il calcolo del COP e la ricostruzione modellistica dei cicli frigoriferi transcritici. L’estesa campagna sperimentale effettuata rappresenta la situazione di riferimento su cui implementare modelli teorici di efficientamento energetico, supportati dal software di calcolo NIST-RefProp. I modelli riportano incrementi percentuali del COP fino al 50%, giustificando una validazione sperimentale delle configurazioni proposte.