What is a Chiller in HVAC & How Does it Work

Un chiller è una macchina che rimuove il calore dall'acqua e invia acqua refrigerata all'attrezzatura, al processo o all'edificio. Nei sistemi HVAC, l'acqua refrigerata scorre attraverso le serpentine nelle unità di trattamento dell'aria e nelle unità a ventilconvettore. L'aria passa sopra queste serpentine e si raffredda. L'acqua più calda ritorna al chiller e il ciclo si ripete.

Le persone a volte confondono i chiller con i condizionatori d'aria. Entrambi vengono utilizzati per il raffreddamento ma funzionano in modo diverso. Un condizionatore raffredda direttamente l'aria. Un chiller raffredda l'acqua che poi raffredda l'aria. Questo passaggio aggiuntivo offre flessibilità.

Un solo chiller può servire molte zone. Può gestire carichi maggiori e collegarsi ad apparecchiature di processo. Ecco perché i chiller dominano nei sistemi HVAC commerciali e industriali.

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Come funziona un chiller in un sistema HVAC?

Il ciclo di refrigerazione di un chiller

• evaporatore
Al centro di un chiller meccanico c’è un ciclo di refrigerazione. Ha quattro fasi principali che si ripetono continuamente. La prima è l’evaporatore. L’acqua calda proveniente dall’edificio passa attraverso una serpentina nell’evaporatore. Il refrigerante all’interno della serpentina assorbe il calore e bolle trasformandosi in vapore. Questo processo raffredda l’acqua.

• compressore
Successivamente, il compressore aspira quel vapore e ne aumenta la pressione e la temperatura. I compressori sono di diversi tipi. Nei sistemi reali si trovano compressori scroll, a vite e centrifughi. Ognuno ha un comportamento diverso a carico parziale e differenti esigenze di manutenzione.

• condensatore
Dopo la compressione, il refrigerante fluisce nel condensatore. Il condensatore rilascia calore nell’ambiente esterno. In un’unità ad aria, le ventole muovono l’aria ambiente attraverso le serpentine del condensatore. In un’unità ad acqua, l’acqua del condensatore trasporta il calore verso una torre di raffreddamento. Una volta rilasciato il calore, il refrigerante si condensa nuovamente in liquido.

• dispositivo di espansione
L’ultima fase è il dispositivo di espansione. Questo dispositivo riduce la pressione del refrigerante. Il liquido più freddo e a bassa pressione ritorna all’evaporatore per avviare nuovamente il ciclo.

Come il chiller si integra con i sistemi HVAC

Il chiller si collega a un circuito di acqua refrigerata e alla disposizione della sala impianti. Le pompe spostano l’acqua refrigerata dal chiller verso le unità di trattamento aria e i fan coil. Valvole e termostati controllano dove va quest’acqua fredda e quanta portata riceve ogni zona.

Nei plant più grandi si utilizza il pompaggio primario-secondario. Questo separa il flusso del chiller dal flusso di distribuzione. Il risultato è un funzionamento stabile del chiller e un migliore controllo durante carichi variabili. Nei sistemi più piccoli, un singolo circuito di pompaggio può funzionare bene e contenere i costi.

I controller collegano il chiller al sistema di automazione dell’edificio. I reset dei setpoint, la sequenza lead-lag e il rilevamento guasti aiutano l’impianto a rispondere ai cambiamenti di carico. Ad esempio, abbassare la temperatura dell’acqua refrigerata durante le stagioni di mezzo può risparmiare energia mantenendo il comfort.

L’integrazione include anche aspetti di manutenzione. La qualità dell’acqua è importante. Incrostazioni e corrosione riducono il trasferimento di calore e aumentano i consumi. Le torri di raffreddamento per chiller ad acqua richiedono trattamenti e ispezioni regolari. I chiller ad aria richiedono un flusso d’aria libero e controlli stagionali delle ventole.

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<trp-post-container data-trp-post-id='15770'>What is a Chiller in HVAC and How Does it Work</trp-post-container> - air cooled chiller（images 2）

Tipi di chiller nei sistemi HVAC

Chiller ad aria

I chiller ad aria dissipano il calore direttamente nell’aria ambiente. Di solito si trovano sui tetti o accanto agli edifici. Le ventole muovono l’aria esterna attraverso le serpentine del condensatore. Queste unità sono più facili da installare perché non hanno torre di raffreddamento o circuito dell’acqua del condensatore.

Funzionano bene per edifici di medie dimensioni e quando l’accesso all’acqua è limitato. Lo svantaggio è l’efficienza inferiore in climi molto caldi e un rumore più udibile sul sito di installazione.

Chiller ad acqua

I chiller ad acqua dissipano il calore in un circuito dell’acqua del condensatore che alimenta una torre di raffreddamento. La torre rilascia calore tramite evaporazione, rendendo i chiller ad acqua più efficienti. Queste unità sono comuni in ospedali, centri commerciali e grattacieli dove i carichi di raffreddamento sono elevati e costanti.

Hanno bisogno di attrezzature aggiuntive come torri, pompe e trattamento dell’acqua. Questo aumenta i costi, ma spesso si ripaga con bollette energetiche più basse e un funzionamento più silenzioso.

Chiller ad assorbimento

I chiller ad assorbimento utilizzano calore invece di un compressore meccanico per muovere il refrigerante. Funzionano a vapore, acqua calda o gas a fiamma diretta. All’interno della macchina, una soluzione assorbente raccoglie il vapore del refrigerante e lo rilascia quando riscaldata.

Questi chiller sono utili dove è disponibile calore di scarto o l’elettricità è costosa. Hanno un minore consumo elettrico ma un coefficiente di prestazione inferiore rispetto ai chiller meccanici. I sistemi ad assorbimento si trovano nelle centrali a cogenerazione e nei siti industriali.

Conclusione

Scegliere il chiller giusto in HVAC significa valutare il profilo di carico, il clima, i costi delle utenze e la capacità di manutenzione. Un chiller ad aria mantiene l’installazione semplice. Un chiller ad acqua vince in efficienza per grandi impianti. I chiller ad assorbimento hanno senso quando l’energia termica è già disponibile.

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