CHILLER - REFRIGERATORI ACQUA

Con il termine chiller o refrigeratori d'acqua si intendono dei particolari impianti i quali sfruttano un ciclo di espansione/compressione di un refrigerante o un sistema ad assorbimento per raffreddare un liquido intermedio (generalmente acqua mista a glicole, per comodità d'ora in avanti parleremo semplicemente di acqua).

Nella pratica questi sistemi si occupano di raffreddare acqua mista ad una miscela antigelo anticorrosione (glicole) che viene poi pompata in un circuito fino a raggiungere i singoli terminali idronici (ventilconvettori o fancoil) i quali provvedono a raffreddare l'aria dei locali. Nel caso di chiller per impieghi industriali l'acqua fredda prodotto può venire utilizzata per raffreddare macchinari o sistemi ad olio.


Refrigeratore di media potenzialità (55Kw)
con compressore scroll

Refrigeratore grande potenzialità (540Kw)
con compressore a vite

Il problema principale, che ne rende sconsigliabile l'utilizzo per le basse potenzialità (si veda il confronto con i VRV), è rappresentato proprio dal doppio trasferimento termico necessario per il funzionamento visto dapprima il refrigerante assorbe calore dall'acqua raffreddandola (calore sensibile), dopodiché l'acqua assorbe calore dall'aria raffreddandola e deumidificandola (calore sensibile + latente): ogni scambio comporta una riduzione del rendimento complessivo dell'impianto.
Trattandosi di un sistema di raffrescamento ad espansione diretta il principio di funzionamento è il medesimo di questi ultimi con l'aggiunta di uno scambiatore di calore refrigerante/acqua.

Gli scambiatori di calore possono essere di diversa tipologia a seconda delle prestazioni richieste:

A Fascio Tubiero: E' composto da una camicia esterna cava che racchiude un fascio di tubi spaziati tra loro. Uno dei due fluidi circola nel fascio di tubi mentre l'altro fluido circola all'interno della camicia. Vengono utilizzati in presenza di fluidi liquidi. Sono particolarmente apprezzati per l'elevatissima superficie di scambio in funzione delle dimensioni complessive.

A Piastre: I due fluidi scorrono all'interno di condotti circondati da un insieme di piastre le quali provvedono al trasferimento del calore. Le piastre sono normalmente corrugate al fine di aumentare la superficie di scambio. Sono relativamente poco costosi da costruire e caratterizzati da una forma che li rende facilmente collocabili all'interno degli impianti. Vengono normalmente utilizzati con temperature e pressioni medio/basse (200°C / 25Bar).

A Spirale: Semplificandone la descrizione possono essere rappresentati come una lamiera liscia avvolta a spirale così da formare delle camere separate tra loro al cui interno scorrono i due fluidi.

A Blocchi: Si tratta di un blocco di materiale attraversato da un da due serie di canali ortogonali tra loro al cui interno scorrono i due fluidi.

A Pacco Alettato: Questo genere di scambiatore non viene utilizzato in presenza di due fluidi allo stato liquido ma bensì quando è necessario trasferire calore tra un liquido e un gas. Si tratta infatti del sistema più tradizionale e maggiormente conosciuto in quanto presente in moltissimi oggetti di uso comune quali automezzi, frigoriferi, ecc. ecc.

Per consentire il corretto funzionamento dell'impianto ed evitare frequenti cicli on/off del compressore i gruppi chiller sono abbinati a vasi di accumulo per l'acqua refrigerata. La funzione di tali sistemi di accumulo è semplicemente quella di costituire un volano termico tale da assorbire le repentine variazioni della temperatura dell'acqua in circolazione. La loro funzione è particolarmente preziosa quando il sistema funziona in pompa di calore: durante i cicli di sbrinamento della sezione a espansione diretta il calore accumulato nel vaso (acqua calda) può essere ceduto contemporaneamente all'evaporatore tramite lo scambiatore di calore così da accelerare il processo di sbrinamento e ai terminali idronici impedendo così l'eccessivo abbassarsi delle prestazioni frigorigene.


Flussi termici durante lo sbrinamento in un sistema split
ad espansione diretta e in un impianto a fluido intermedio

Contrariamente a quanto avveniva in passato i terminali idronici di un moderno impianto a fluido intermedio possono essere di diversa tipologia così da adattarsi alle più svariate esigenze estetiche e funzionali.


Terminale tradizionale

Terminale murale "tipo split"

Terminale a cassetta in controsoffitto

Terminale per uso canalizzato

Il controllo delle condizioni dei singoli locali avviene normalmente tramite semplici termostati ambienti a bordo dei terminali idronici: in base alla regolazione del termostato il terminale apre la valvola termostatica e preleva acqua dal circuito idraulico così da poter riscaldare o raffreddare l'aria ambiente tramite la batteria di scambio.
Il chiller esterno non ha alcun controllo ne riesce a monitorare in alcun modo il funzionamento dei singoli terminali quindi si preoccupa semplicemente di mantenere la temperatura dell'acqua in circolo al valore settato (+10/11°C per l'estate). Questo funzionamento "stupido" del sistema comporta un grosso spreco energetico in presenza di scarso carico termico sul circuito (pochi terminali accesi o poca richiesta di potenza ai terminali) ed è  uno dei motivi per i quali in presenza di carichi termici fluttuanti o ridotti i sistemi VRV risultano energeticamente più convenienti (cliccare qui per il dettaglio del confronto).