Una guida per principianti ai sistemi di refrigerazione a CO2

Il refrigerante naturale sta diventando sempre più popolare sulla scia delle normative ambientali.

Le normative sui refrigeranti stanno diventando più severe, in particolare in stati come la California, dove a partire dal prossimo anno vige un limite di 150 GWP per le strutture nuove o completamente ristrutturate che utilizzano apparecchiature di refrigerazione commerciale contenenti più di 50 libbre di refrigerante. Il governo federale non ha ancora adottato questo limite di basso GWP, ma potrebbe essere sul tavolo. In questo momento, l'Environmental Protection Agency (EPA) sta cercando di capire come amministrerà la riduzione graduale della produzione e del consumo di HFC negli Stati Uniti. S. , e il regolamento definitivo dovrebbe essere completato entro ottobre.

Molti rivenditori di generi alimentari hanno preso in considerazione le loro opzioni di refrigeranti per diversi anni e, quando si cercano alternative con meno di 150 GWP, la CO2 è solitamente il principale concorrente. Con un GWP di 1, è rispettoso dell'ambiente e probabilmente non verrà gradualmente eliminato in futuro; tuttavia, la CO2 funziona a una pressione molto più elevata rispetto ai tradizionali refrigeranti HFC, il che può destare preoccupazione sia per gli appaltatori che per gli utenti finali. Per gli appaltatori che hanno lavorato con la CO2 per anni, un'adeguata preparazione e una stretta collaborazione con gli OEM contribuiscono notevolmente ad alleviare il fattore paura.

Per iniziare

CoolSys, che ha sede a Brea, in California, ed è la società madre di società di servizi di refrigerazione e HVAC a livello nazionale, è coinvolta quotidianamente nella progettazione, installazione e/o assistenza di sistemi di CO2, ha dichiarato Bryan Beitler, vicepresidente e ingegnere capo di CoolSys.

L'azienda ha progettato e installato il suo primo sistema di CO2 nel 2010 in un supermercato nel sud della California. Il progetto prevedeva un sistema subcritico con un ciclo superiore di R-134a su CO2 e il sistema combinava un rack a bassa temperatura parallelo scroll e un'alimentazione di CO2 pompata per dispositivi a bassa e media temperatura. CoolSys è stato l'ingegnere del record per i piani di refrigerazione e meccanici per il progetto, ma ha anche lavorato a stretto contatto con l'OEM del rack, poiché era il loro design del rack che è stato incorporato nei piani del progetto.

Poiché questa era la loro prima installazione di CO2, il personale di CoolSys si è recato presso la struttura dell'OEM con il cliente comune per esaminare i dettagli del progetto. L'OEM era presente anche durante l'installazione e l'avvio ed è stato fondamentale per assicurarsi che CoolSys fosse a conoscenza di eventuali sfumature nuove o estranee ai tecnici sul campo, ha affermato Beitler.

"Abbiamo cercato di circondarci del maggior numero possibile di entità di supporto per assicurarci di essere preparati in anticipo e che ci fossero poche sorprese", ha affermato. “La prima esperienza è sempre entusiasmante, ma ci è voluto un investimento di tempo per comprendere a fondo quei primi progetti. È ancora "solo refrigerazione"; tuttavia, il ciclo sembra leggermente diverso. È importante visitare i sistemi operativi, sfruttare ciò che è su Internet per i documenti di supporto, parlare con coloro che hanno avuto esperienza e affidarsi ai produttori di componenti per supportare i loro prodotti. La ripetizione va di pari passo con i livelli di comfort, quindi più installi e più tecnici sono coinvolti, maggiore è il livello di comfort. ”

Il primo sistema a CO2 transcritico installato da South-Town Refrigeration & Mechanical (STRM), Brooklyn Park, Minnesota, è stato installato nel 2017 ed era un'applicazione per un impianto di lavorazione della carne che aveva 10.000 piedi quadrati di lavorazione con due refrigeratori e un congelatore. Il sistema è stato configurato per utilizzare acqua refrigerata attraverso un circuito idrico cittadino, il che lo ha reso l'applicazione perfetta per l'efficienza, ha affermato Ryan Welty, vicepresidente di STRM.

Per prepararsi a questa prima installazione, STRM si è fatta aiutare dall'OEM a progettare e ingegnerizzare il sistema, oltre a formare i propri tecnici. L'azienda ha anche assunto l'OEM per l'avvio al fine di assisterlo secondo necessità.

"Nel complesso, eravamo preparati e pronti ad affrontare qualsiasi problema man mano che si presentava", ha affermato Welty. “Ora progettiamo e/o installiamo mensilmente sistemi di CO2 per tutta la nostra impronta. Abbiamo installato sei sistemi negli ultimi due anni e prevediamo di installarne tre o più nel 2021. ”

In Omni Mechanical Solutions a Livermore, in California, gli OEM progettano principalmente i sistemi di CO2 che l'azienda installa. La maggior parte di questi sono sistemi ad anello, ha affermato Joe Tenca, presidente e CEO di Omni Mechanical Solutions, e la sua azienda di solito installa in media un sistema all'anno. Per prepararsi alla prima installazione, lui e il suo staff hanno seguito un corso di formazione fornito da un OEM.

"I sistemi a CO2 non sono molto diversi dai sistemi HFC", ha affermato. “Funzionano a una pressione più elevata ma sono simili nel design a molti dei vecchi sistemi a due stadi che erano comuni sul mercato. Inoltre, ci sono valvole di sicurezza e di scarico in tutto il sistema per evitare che si verifichi un incidente. Sono inoltre controllati al 100% da sistemi di controllo che monitorano tutta l'attività dei sistemi dal rack alle custodie e alle bobine. ”

Cosa sapere

Welty concorda sul fatto che mentre non ci sono troppe differenze tra i sistemi CO2 e HFC, ce ne sono alcune che devono essere considerate.

"Un sistema di CO2 costringerà l'utente finale a massimizzare la strategia di controllo attraverso l'uso di valvole elettroniche", ha affermato. “Sarà anche un sistema di tubazioni ad anello con tubazioni di piccolo diametro, il che significa che su un'installazione, l'appaltatore elettrico deve lavorare più da vicino con noi per garantire che tutto sia impostato correttamente dal punto di vista dei controlli. L'installazione del tubo per il progetto dovrebbe essere un po' più veloce, tuttavia, poiché è un tubo più piccolo e ce n'è meno perché è un sistema ad anello. ”

Beitler ha aggiunto che mentre il processo di trasferimento del calore è ancora abbastanza simile tra i sistemi CO2 e HFC, ci sono alcuni elementi unici relativi alla sicurezza, alle pressioni del sistema e al ciclo di refrigerazione che vale la pena notare.

"Poiché la CO2 è un refrigerante a pressione più elevata, è importante che il progettista e l'installatore scelgano e installino i componenti con pressione nominale corretta in modo che corrispondano al progetto del sistema", ha affermato. “I tubi, le valvole e tutti i componenti devono essere classificati per l'uso in un'applicazione a pressione più elevata. Il progettista deve comprendere i componenti corretti da specificare e fornire anche chiari dettagli di progettazione per garantire che vi sia un percorso ininterrotto verso la valvola di sicurezza che il refrigerante segua in caso di escursione di pressione. Infine, le valvole di espansione elettronica (EEV) vengono utilizzate esclusivamente nelle applicazioni DX, pertanto è necessario incorporare un piano di controllo che dia enfasi ai controlli delle apparecchiature per ciascun evaporatore. ”

In effetti, i sistemi a CO2 utilizzano molti più controlli elettronici rispetto ai sistemi HFC, poiché gli EEV sono utilizzati in tutti gli impianti. Per questo motivo, Tenca ha affermato che gli appaltatori dovrebbero assicurarsi che i propri tecnici siano a proprio agio e competenti nel lavorare sui sistemi di controllo.

Molte delle stesse tecniche di installazione utilizzate per i refrigeranti HFC tradizionali si applicano anche alla CO2, ma secondo Beitler, i seguenti suggerimenti contribuiranno a garantire un'installazione agevole:

• Un sistema pulito è fondamentale, quindi spurgare sempre con azoto nella giusta proporzione;

• Se si utilizzano tubazioni in ferro e rame ad alta pressione, assicurarsi che tutti i raccordi e le tubazioni siano idonei per l'alta pressione. Durante il test della pressione, le pressioni di prova devono essere allineate con i valori nominali del sistema;

• Disporre di un sistema di rilevamento delle perdite di elio prima dell'evacuazione per individuare perdite difficili da trovare;

• I metodi di ricarica sono in qualche modo diversi dai refrigeranti chimici, quindi assicurati che ci sia un'adeguata pressione del vapore nel sistema prima di introdurre il liquido, altrimenti la conseguente formazione di ghiaccio secco all'interno del sistema potrebbe rovinarti la giornata;

• Assicurati che venga utilizzato il grado corretto di CO2. La maggior parte dei produttori consiglia il grado Coleman, che ha un livello di purezza simile alla CO2 per bevande. La catena di approvvigionamento potrebbe non disporre sempre di CO2 di riserva di grado Coleman disponibile, quindi è importante parlare con i clienti per stabilire una carica di riserva;

• Per massimizzare l'efficienza dell'evaporatore, assicurarsi che i controller del case funzionino correttamente all'avvio, in quanto ciò determina buone temperature del prodotto e un funzionamento efficiente. A seconda del produttore del case controller, ciascuna valvola può avere un trasduttore, un sensore di temperatura di aspirazione e sensori di temperatura di ingresso e uscita della bobina da calibrare e controllare.

Se tutto questo sembra troppo complicato o confuso, stai certo che in realtà non lo è, ha detto Welty. Soprattutto se appaltatori e tecnici approfittano dei programmi di formazione offerti dalla maggior parte degli OEM.

"All'inizio, i nostri tecnici erano intimiditi dai sistemi di CO2, ma una volta che li hanno messi in funzione, si sono resi conto che non era diverso e che avevano le competenze e le capacità per lavorare su questi sistemi", ha affermato. “Se non conosci i sistemi a CO2, prenditi il ​​tuo tempo e pensa a tutto ciò che stai facendo. Usa il metodo "misura due volte e taglia una volta" e non aver paura di chiedere aiuto o fare domande agli altri. ”

Gli appaltatori non dovrebbero inoltre lasciare che la paura delle nuove tecnologie li dissuada dall'imparare a conoscere i sistemi a CO2, perché rappresenteranno una parte importante del futuro nella refrigerazione sia commerciale che industriale, ha affermato Beitler. Ha aggiunto che le chiavi per mitigare eventuali paure o nervosismo includono l'addestramento, gli strumenti e le attrezzature adeguati; assicurarsi che i tecnici abbiano un'ancora di salvezza a cui rivolgersi quando si trovano in un ingorgo; fornire in anticipo istruzioni di base sulla sicurezza e sul funzionamento del sistema; e infine, la ripetizione.

"Questi sistemi sono sicuri, le tecniche di installazione sono simili ai refrigeranti chimici e i sistemi controllano e funzionano abbastanza bene", ha affermato. “Tutti gli aspetti del lavoro con i sistemi di CO2 sono stati gratificanti e stimolanti, ma la nostra azienda è stata abbastanza fortunata da operare all'avanguardia e acquisire esperienza e conoscenza di questi sistemi man mano che si evolvevano. ”

Transcritico e Subcritico

La maggior parte dei sistemi di CO2 installati oggi sono transcritici o subcritici. Questi termini si riferiscono allo stato del lato ad alta pressione del sistema, quindi essenzialmente un sistema transcritico opera al di sopra del punto critico (87. 8°F e 1.070 psi) e un sistema subcritico funziona al di sotto del punto critico.

I sistemi transcritici sono stati introdotti negli Stati Uniti. S. mercato negli ultimi cinque anni, ha affermato Bryan Beitler, vicepresidente e ingegnere capo di CoolSys, e hanno consentito all'industria di applicare la CO2 nei climi più caldi senza dover utilizzare un ciclo superiore subcritico se utilizzato con sistemi di raffreddamento adiabatico o eiettore. Ciò elimina la necessità di avere un ciclo superiore di refrigerazione separato, che può essere un fattore di costo.

"Sono state studiate considerazioni energetiche relative al funzionamento in modalità transcritica rispetto a quella subcritica", ha affermato. “Dove l'equilibrio conveniente è tra zone climatiche, ore di funzionamento transcritico e primi costi associati a un sistema transcritico rispetto a un sistema subcritico, viene studiato da molti. Sono necessari più dati per coloro che stanno prendendo decisioni sui costi di progettazione e del ciclo di vita da utilizzare come guida. Dal punto di vista del costo operativo complessivo, più ore un sistema transcritico funziona in modo subcritico, più favorevoli saranno i costi energetici. ”

Alcuni utenti finali hanno anche esaminato il pool di tecnici di assistenza CO2 qualificati in una particolare area come parte del processo per determinare quale sistema installare, ha aggiunto Beitler.

Fonte (Parziale): le NOTIZIE