Recupero di calore

Il riutilizzo dell'energia termica (calore) da acque reflue, gas, ventilazione o fognature è detto recupero di calore.

I principali vantaggi prodotti dal recupero includono la riduzione degli sprechi energetici e risparmi conseguenti al recupero di energia per altri scopi.

Il continuo aumento dei prezzi dell'energia e dei carburanti incentiva l'utilizzo di tecnologie capaci di produrre risparmi energetici e di aumentare l'efficienza dei processi produttivi attraverso il recupero d'energia da impianti. I risparmi maggiori possono essere ottenuti presso grandi stabilimenti produttivi poiché utilizzano elevate quantità di energia, acqua e calore.

Sotto forma di vapore, acqua calda, oli o aria calda, il calore residuo è prodotto in quasi tutti i processi industriali. Grazie allo scambiatore BPHE il calore può essere recuperato e riutilizzato per altri scopi, contribuendo in tal modo alla riduzione delle emissioni di CO2 e a notevoli risparmi energetici per i produttori. Negli moderni impianti di recupero di calore si applicano soluzioni quali rigeneratori rotanti, recuperatori, scambiatori di calore e pompe di calore.

Sottoraffreddatore

Una delle possibili soluzioni per l’aumento dell’efficienza degli impianti di raffreddamento consiste nell’utilizzo di scambiatori di calore con funzione di sottoraffreddatori. Ridurre la temperatura della condensa prima che si espanda e trasferendola all’evaporatore, permette di aumentare l’efficienza e la capacità di raffreddamento. Il calore restituito nell’ambiente in fase del raffreddamento è nuovamente immesso nel circuito di raffreddamento. Un ulteriore vantaggio del sottoraffreddamento è costituito dal fatto che eventuali cadute di pressione nel tubo che collega il condensatore alla valvola di espansione non porta alla formazione di vapore nel liquido refrigerante.

Economizzatore

Gli scambiatori di calore a piastre saldobrasati possono essere utilizzati anche come economizzatori (sottoraffreddatori rigenerativi), il cui scopo è quello di sottoraffreddare il refrigerante. In tal modo si ottiene un effetto di comprensione analogo a quello di un due stadi utilizzando un singolo compressore, aumentando pertanto l’efficienza globale del sistema. Negli impianti ad iniezione di vapore (E.V.I.), il compressore, affinché le temperature di alimentazione siano maggiori, deve consentire l’iniezione di vapore. Poiché il compressore ha un impegno di potenza inferiore, ciò comporta minori costi di utilizzo dell’impianto.

I sistemi muniti di economizzatore richiedono il montaggio di componenti aggiuntivi, quali condotti e compressori, dotati di un ulteriore ingresso a media pressione (compressore assiale/compressore a vite). A fronte dei costi d’investimento, tali impianti trovano applicazione soltanto nei grandi sistemi di refrigerazione. Quando un impianto con economizzatore utilizza due compressori, si parla invece di un sistema a due stadi.

Desurriscaldatore

I sistemi di raffreddamento dotati di condensatori raffreddati ad aria producono energia residua scaricando l’energia di condensazione nell’aria circostante.
Grazie all’installazione di uno scambiatore di calore aggiuntivo a valle del condensatore, gran parte dell’energia residua può essere utilizzata per generare acqua calda sanitaria, acqua calda per processi, acqua per la pulizia o il riscaldamento di locali.

Posizionato tra il compressore e il condensatore, il desurriscaldatore sotto forma di scambiatore di calore a piastre saldobrasato permette di utilizzare l’energia ad alta temperatura del refrigeratore surriscaldato. L’utilizzo di uno scambiatore di calore aggiuntivo negli impianti a tre zone (sottoraffreddamento, condensazione e sottrazione del calore di transizione) permette di riscaldare l’ACS a temperature più alte rispetto a un normale condensatore.

A seconda delle condizioni, il desurriscaldatore può condensare il refrigerante. In tal caso, il fluido deve essere portato al condensatore posto a valle del condensatore per evitare che la condensa si raccolga nel desurriscaldatore. Tuttavia, in pratica viene montato a monte. Di conseguenza, negli scambiatori di calore a piastre saldobrasati il refrigerante viene trascinato dal flusso di vapore. Un tubo di collegamento, appositamente progettato, collega il desurriscaldatore al condensatore (velocità del gas di 5-10 m/s), permettendo di evitare l’accumulo di liquidì di condensa.

Sistemi ORC

I sistemi ORC devono il loro nome al fluido organico di lavoro (dall’inglese Organic Rankine Cycle). Nei sistemi ORC, il vapore acqueo viene sostituito da fluidi organici che evaporano a temperature (e pressioni) relativamente basse. Ciò fa sì che nei circuiti OCR possano essere utilizzate fonti di calore a bassa e media temperatura. Per la produzione dell’energia elettrica si utilizza il calore di scarto (dal condensatore) del circuito di raffreddamento.

I sistemi ORC operano secondo un principio simile a quello della turbina a vapore nelle centrali elettriche. Il liquido refrigerante viene pompato nell’evaporatore, dove viene vaporizzato. I vapori del fluido di lavoro vengono inviati alla turbina, a sua volta collegata a un generatore mediante un albero. L’energia del fluido di lavoro aziona le pale del rotore, producendo energia elettrica. Superata la turbina, il liquido di lavoro arriva al condensatore. In forma condensata, viene pompato nell’evaporatore, dove il ciclo termina. L’efficienza del sistema ORC può essere ulteriormente aumentata installando un recuperatore. In tal caso, il fluido di lavoro, che esce dalla turbina sotto forma di vapore surriscaldato, trasferisce il calore al liquido di condensazione raccolto dal condensatore.

Una tempo l’ottimizzazione dei sistemi OCR richiedeva soluzioni costose. Attualmente la maggior parte delle problematiche può essere risolta con l’adozione di scambiatori di calore. Le loro caratteristiche garantiscono una buona efficienza del sistema ed un funzionamento affidabile e silenzioso. Utilizzando un fluido di lavoro con una temperatura di evaporazione più bassa rispetto all’acqua, è possibile ottenere energia elettrica dalla combustione di biomassa, biogas o calore di scarto industriale.

Desurriscaldatore con funzione di surriscaldamento del vapore

Il condensato caldo all’interno del condensatore può essere usato per surriscaldare il vapore freddo dell’evaporatore utilizzando uno scambiatore di calore. Lo scambiatore di calore a piastre saldobrasato assicura un maggior livello di sottoraffreddamento del condensato a valle del condensatore. Questo contribuisce alla riduzione del contenuto di refrigerante in fase vapore a valle della valvola di espansione, migliorando la distribuzione del refrigerante nell’evaporatore e aumentando la sua efficienza. In più, lo scambiatore surriscalda il vapore a valle dell’evaporatore, minimizzando la probabilità che il liquido penetri nel compressore. Lo scambiatore di calore funge da desurriscaldatore con funzione di surriscaldamento del vapore a valle del condensatore.