Un installatore di celle frigorifere una volta ha segnalato una nuova unità di condensazione che impiegava quattro ore per smontare una cella refrigerata di 200 m² invece delle due specificate. Il compressore era surriscaldato, la pressione di scarico era normale, ma la pressione di aspirazione rimaneva molto al di sotto del valore di progetto. Il motivo era semplice: l'unità era stata scelta in base alla superficie totale e ad una tabella generica, senza calcolare il carico di prodotti che arrivava ogni mattina. Questa guida illustra il processo di dimensionamento dell'unità di condensazione nello stesso ordine in cui dovrebbe svolgerlo un tecnico della refrigerazione e mostra perché ogni passaggio è importante.
Il punto principale è questo: un’unità di condensazione correttamente dimensionata funziona in modo costante, mantiene la temperatura ambiente entro la tolleranza e riduce al minimo il consumo di energia. Un'unità sovradimensionata a cicli brevi; un'unità sottodimensionata funziona continuamente e si surriscalda. Entrambi distruggono l’affidabilità del compressore. Seguendo i cinque passaggi di dimensionamento riportati di seguito si eviteranno questi errori.
Perché è importante il dimensionamento dell'unità di condensazione
La prima cosa da capire è la conseguenza se si sbaglia la taglia. Il ciclo breve è il sintomo più comune di un'unità sovradimensionata: il compressore si avvia, abbassa la pressione di aspirazione in pochi secondi, quindi si ferma perché il controllo si inserisce e si spegne troppo rapidamente. L'olio non ritorna mai al basamento, il contattore brucia e le piastre delle valvole si guastano. Con un'unità sottodimensionata, la temperatura ambiente aumenta sotto carico di picco, il compressore continua a funzionare con un rapporto di compressione elevato e la temperatura di scarico porta alla rottura dell'olio e alla formazione di acido.
- Oversize 33%
- Sottodimensionato 28%
- Misura corretta 24%
- Nessun calcolo del carico 15%
Il grafico a ciambella qui sopra riassume ciò che i registri di manutenzione mostrano tipicamente quando la capacità effettiva installata viene confrontata con il carico di progetto calcolato delle celle frigorifere per alimenti e bevande.
| Indicatore | Unità sottodimensionata | Unità sovradimensionata |
|---|---|---|
| Ore di funzionamento al giorno | 18-24h, non si ferma mai | 6-9 h con ciclo rapido |
| Temperatura ambiente | Deriva sopra il setpoint | Oscillazione di /-2 K o più |
| Pressione di aspirazione | Rapporto troppo basso, alto | Fluttua, il rendimento dell'olio è scarso |
| Temperatura del compressore | Scarico superiore a 100 °C | Partenze interessanti ma frequenti |
| Consumo energetico | Elevate ore di funzionamento | Corrente di avviamento elevata |
Passaggio 1: calcolare il carico di refrigerazione
Il calcolo del carico determina quanti kilowatt di raffreddamento sono necessari nella stanza nel momento peggiore della giornata. Il carico totale è la somma di quattro componenti:
- Trasmissione a parete e tetto. Il calore fluisce attraverso l'isolamento dall'esterno. Le sue dimensioni dipendono dallo spessore del pannello, dalla superficie totale e dalla differenza di temperatura esterna.
- Carico del prodotto. La variabile più grande nelle sale ristorazione. Raffreddare 500 kg di verdure da 25 °C a 2 °C richiede una capacità molto inferiore rispetto al congelamento di 500 kg di carne fino a -20°C.
- Ricambi e infiltrazioni d'aria. Ogni apertura della porta fa entrare aria calda. Le strutture con frequenti operazioni di carico e scarico necessitano qui di una notevole indennità.
- Fonti di calore interne. I motori dei ventilatori dell'evaporatore, le luci, i carrelli elevatori, le persone e i riscaldatori elettrici per lo sbrinamento aggiungono calore che deve essere rimosso.
Il grafico mostra un tipico congelatore da 100 m² con un consumo di 500 kg/giorno di prodotti surgelati. Somma gli elementi, quindi moltiplica il risultato per 1,10-1,15 per lo scongelamento e l'abbattimento. Un comune controllo incrociato iniziale è di 150-250 W/m² per una cella frigorifera a -18 °C, ma quel numero non dovrebbe mai sostituire un calcolo componente per componente. Due stanze di dimensioni identiche possono facilmente differire del 30% nel carico semplicemente perché una delle due stanze ha un traffico frequente dalle porte.
Per la maggior parte delle celle frigorifere, un'unità condensante raffreddata ad aria è la prima scelta pratica perché è facile da installare e non consuma acqua.
Unità Condensante Raffreddata ad Aria per Installazione in Celle Frigorifere Questa unità autonoma raffreddata ad aria comprende compressore, condensatore e sistemi di controllo e non richiede alcuna fonte d'acqua. È adatto alle celle frigorifere in cui la facilità di installazione e la semplicità di manutenzione sono priorità, rendendolo un pratico punto di partenza per la selezione della capacità. Visualizza il prodotto → Passaggio 2: impostare le condizioni di evaporazione e condensazione
Un'unità di condensazione non ha un valore di capacità unico. Lo stesso compressore in evaporazione a -30°C produce circa la metà della capacità dello stesso compressore in evaporazione a -10°C. Pertanto, prima di aprire qualsiasi tabella di classificazione, definire il punto di funzionamento.
Per un sistema ad espansione diretta, impostare la temperatura di evaporazione a circa 8-12 K inferiore alla temperatura ambiente richiesta. Una differenza di temperatura minore significa serpentine dell'evaporatore più grandi e una stanza più umida; un TD più grande estrae più umidità ma costringe il compressore a funzionare a una bassa pressione di aspirazione. La tabella seguente mostra le condizioni comunemente utilizzate nella refrigerazione commerciale.
| Applicazione | Temperatura ambiente | Temp. di evaporazione | TD |
|---|---|---|---|
| Stoccaggio refrigerato | da 0 a 5 °C | da -8 a -10 °C | 10-12K |
| Congelatore | da -18 a -20°C | da -28 a -30°C | 8-10K |
| Abbattitore | da -30 a -35 °C | da -38 a -42 °C | 7-8K |
Quindi fissare la temperatura di condensazione. Per un condensatore raffreddato ad aria, la temperatura di condensazione equivale alla temperatura ambiente più 10-15 K, quindi un sito in cui i picchi estivi sono di 42 °C farà funzionare il condensatore a 52-57 °C. Ciò aumenta la pressione di scarico e riduce l’efficienza volumetrica. Per le unità raffreddate ad acqua, la temperatura di condensazione corrisponde alla temperatura dell'acqua in uscita più 5-8 K, che rimane molto più stabile durante il giorno.
Nei climi caldi esistono due soluzioni pratiche: selezionare un condensatore raffreddato ad aria con un'ampia superficie della batteria o passare a un'unità condensante raffreddata ad acqua. Un'unità raffreddata ad acqua mantiene bassa la pressione di condensazione e riduce il consumo energetico, ma necessita di una torre di raffreddamento o di una rete idrica affidabile.
Unità di condensazione raffreddata ad acqua per climi caldi Progettata per mantenere bassa la pressione di condensazione e ridurre il consumo energetico, questa unità raffreddata ad acqua è adatta ad ambienti dotati di torre di raffreddamento o fornitura idrica affidabile. Il suo condensatore respinge sia il carico di raffreddamento che il calore del compressore, offrendo un'elevata capacità di raffreddamento in ambienti caldi. Visualizza il prodotto → Passaggio 3: bilanciare il compressore e il condensatore
Un'unità di condensazione è una coppia abbinata. Il compressore produce capacità frigorifera, ma consuma anche energia elettrica che diventa calore. Il condensatore deve respingere entrambi: la capacità di raffreddamento più il calore del motore del compressore. Di norma, la dissipazione del calore richiesta è pari a 1,2-1,35 volte la capacità del compressore nel punto di progettazione.
Se il condensatore è sottodimensionato, la pressione di condensazione aumenta, il consumo energetico aumenta e il compressore funziona con un rapporto di compressione più elevato. Se il condensatore è sovradimensionato, l’unità funziona a una temperatura di condensazione più bassa, che di solito migliora l’efficienza, ma l’area extra della batteria e la potenza della ventola costano denaro. Il grafico seguente mostra come cambia la capacità dell'unità all'aumentare della temperatura esterna.
In questa illustrazione, l'unità raffreddata ad aria è classificata per una temperatura ambiente di 35 °C. Quando la temperatura esterna sale fino a 45 °C, la capacità disponibile diminuisce di oltre il 15% perché la temperatura di condensazione aumenta e l'efficienza volumetrica del compressore diminuisce. Il dimensionamento deve quindi essere verificato alla temperatura estiva peggiore e non alla media stagionale.
Per bilanciare la coppia, scegliere prima il compressore, quindi fornire al condensatore un'area frontale sufficiente per respingere il calore alla temperatura di condensazione di progetto. Quando devi confrontare le opzioni, inizia con gamma di prodotti per condensatori per abbinare una bobina alla potenza del compressore selezionato.
Laddove la sala macchine è compatta o si preferisce il montaggio all'aperto, un'unità condensante di tipo box integra il compressore, il condensatore, il ricevitore e i controlli in un unico involucro resistente alle intemperie.
Unità condensatrice compatta a scatola per piccoli spazi Questo involucro resistente alle intemperie integra compressore, condensatore, ricevitore e controlli, offrendo un ingombro ridotto e una facile mobilità. Ideale per piccole imprese, aziende agricole a conduzione familiare o resort turistici, è adatto a sale macchine compatte o al montaggio esterno dove lo spazio è limitato. Visualizza il prodotto → Passaggio 4: applicare i fattori di declassamento e di correzione
Le capacità di catalogo sono misurate su un banco di prova pulito sotto tensione nominale. Le installazioni reali perdono capacità. Qualunque cosa dica il software di selezione o la tabella di classificazione, correggerla per le seguenti condizioni:
- Altitudine superiore a 1000 m. L'aria più rarefatta riduce sia il trasferimento di calore nel condensatore che il flusso di massa attraverso il compressore. Declassare circa il 3% ogni 500 m di altitudine oltre i 1000 m.
- Linee frigorifere lunghe. La caduta di pressione nei tubi sposta la pressione di evaporazione verso il basso e la pressione di condensazione verso l'alto. I montanti verticali di 10 m o più possono ridurre notevolmente la capacità utilizzabile a meno che la linea di scarico non sia dimensionata correttamente.
- Bassa tensione di alimentazione. I motori del compressore e le ventole del condensatore perdono coppia quando la tensione diminuisce. Una variazione di tensione del -10% riduce la potenza del motore e il flusso d'aria.
- Cicli di sbrinamento. Lo sbrinamento elettrico introduce calore nella stanza; lo sbrinamento a gas caldo interrompe il funzionamento dell'evaporatore per diversi minuti. Consentire il 10-20% di capacità extra per i congelatori con carichi di gelo pesanti.
Quindi aggiungere il margine di sicurezza al carico calcolato, non all'unità. Moltiplicare la capacità dell'unità finale per 1,1 invece di moltiplicare il carico per 1,1 porta a un'unità più grande del necessario e ai problemi di ciclo breve descritti in precedenza.
Nelle installazioni della catena del freddo che funzionano con carichi leggeri per lunghi periodi, tenere presente che un carico troppo basso può essere altrettanto dannoso quanto un carico eccessivo: una bassa pressione di condensazione produce flash gas sulla valvola di espansione e uno scarso ritorno dell'olio al compressore. Se stai progettando carichi variabili, leggi informazioni rischi legati alla bassa pressione di condensazione e metodi di controllo prima di finalizzare l'ordine.
Passaggio 5: verificare con la tabella di valutazione del produttore
Il passaggio finale è controllare il modello selezionato nella tabella dei valori nominali alle esatte temperature di evaporazione e condensazione. La tabella seguente è un esempio illustrativo di una tipica unità condensata ad aria a media temperatura; utilizza sempre i dati aggiornati pubblicati per il modello specifico che intendi acquistare.
| Temp. di evaporazione | Capacità di raffreddamento (kW) | Potenza assorbita (kW) | Temp. di scarico |
|---|---|---|---|
| -30 °C | 3.9 | 3.1 | 94 °C |
| -25°C | 4.8 | 3.5 | 89 °C |
| -20 °C | 5.6 | 3.9 | 84 °C |
| -10 °C | 7.2 | 4.6 | 74 °C |
Leggi la riga alla tua temperatura di evaporazione e la colonna alla tua temperatura di condensazione. Se la riga più vicina fornisce una capacità maggiore del carico calcolato più il margine di sicurezza, il modello è accettabile. Se lo spazio è troppo piccolo, scegli la dimensione del telaio successivo o seleziona un'unità con un condensatore più grande.
Domande frequenti
Posso utilizzare un'unità condensante più grande per un pull-down più rapido?
Un'unità più grande abbassa una stanza calda più velocemente, ma una volta che la stanza raggiunge la temperatura, esegue cicli brevi, restituisce poco olio e consuma il compressore. Se è necessario un pull-down rapido, utilizzare un'unità con regolazione della capacità o installare due compressori più piccoli che possano funzionare insieme durante il pull-down e alternarsi a carico parziale.
Cosa succede se la mia unità condensante è troppo piccola?
L'unità funziona continuamente, la temperatura ambiente aumenta durante i picchi di carico, il compressore funziona con un rapporto di compressione elevato e la temperatura di scarico aumenta. Alla fine interviene la protezione termica. I prodotti possono comunque congelarsi, ma non alla velocità di abbattimento richiesta, e il consumo di energia per chilogrammo di prodotto aumenta.
Quanto il sovradimensionamento del condensatore migliora l'efficienza?
Una temperatura di condensazione inferiore di 5-10 K può migliorare l'efficienza del compressore di diversi punti percentuali. Tuttavia, l'aggiunta di una taglia al condensatore aumenta la potenza della ventola e il costo di acquisto. Nei climi caldi, spesso vale la pena fare un passo più grande sul condensatore; due passaggi raramente ripagano.
Ho bisogno di un calcolo del carico per ogni stanza?
Sì, almeno un preventivo strutturato. Le regole empiriche relative alla superficie del pavimento non tengono conto del traffico delle porte, dell'aspirazione del prodotto, delle condizioni di isolamento e delle condizioni ambientali estreme. Un calcolo sistematico del carico richiede meno di un'ora e dà la certezza che l'unità specificata manterrà la stanza nel giorno più caldo dell'anno.
Lista di controllo finale prima di ordinare
- Carico totale calcolato compreso il margine di sicurezza del 10-15%, espresso in kW.
- Temperatura di evaporazione scelta utilizzando la tabella applicativa.
- Temperatura di condensazione scelta in base alla temperatura ambiente o dell'acqua nel caso peggiore.
- Declassamento applicato per altitudine, lunghezza della linea e sbrinamento.
- Controllata la tabella dei valori nominali alle esatte condizioni di evaporazione e condensazione.
- È stato confermato che la capacità dell'evaporatore e la valvola di espansione sono adattate all'unità condensante.
- Previsto per il controllo della capacità se il carico della stanza varia fortemente tra il giorno e la notte.
Il tempo dedicato a questi controlli è un piccolo prezzo rispetto a un compressore guasto nel bel mezzo della stagione. Specifica il carico, soddisfa le condizioni, verifica la valutazione e l'unità condensante garantirà anni di funzionamento senza problemi.
