L'Italia rappresenta un mercato particolarmente complesso per i sistemi di refrigerazione transcritici a CO2 (R744). Con temperature estive che nelle regioni meridionali superano regolarmente i 35-40°C, i costruttori di impianti devono affrontare una sfida tecnica significativa: mantenere elevata l'efficienza energetica proprio quando le condizioni ambientali penalizzano maggiormente le prestazioni dei cicli transcritici.

Quando la temperatura ambiente supera i 25-26°C, un impianto a CO2 transcritico opera con pressioni di alta al gas cooler che possono raggiungere 90-120 bar, con conseguente aumento dei consumi energetici e riduzione del COP (Coefficient of Performance). Questa problematica è particolarmente critica per la grande distribuzione organizzata, dove gli impianti operano continuativamente durante i mesi estivi con carichi termici elevati.

Le tecnologie per il recupero energetico

Per fronteggiare queste sfide, i costruttori italiani hanno sviluppato e implementato diverse soluzioni tecnologiche innovative, focalizzate sul recupero dell'energia disponibile nel ciclo frigorifero e sull'ottimizzazione della gestione delle pressioni.

L'innovazione tecnologica di Enex: eiettori e sistemi gravitazionali

Enex si è affermata come pioniera nell'applicazione di soluzioni innovative agli impianti transcritici, sviluppando sia tecnologie di recupero energetico con eiettorir che sistemi di distribuzione gravitazionale del refrigerante.

Eiettori di liquido e gas

Gli eiettori sono dispositivi passivi senza parti in movimento che sfruttano l'energia di espansione del refrigerante ad alta pressione per comprimere il vapore proveniente dagli evaporatori a media temperatura.

Gli eiettori di liquido recuperano l'energia di laminazione del liquido dalla media pressione (tipicamente 35-40 bar) alla bassa pressione degli evaporatori. Questo permette di ridurre la pressione di aspirazione dei compressori e recuperare parte del lavoro di compressione, con miglioramenti di efficienza che possono raggiungere il 10-15% nelle condizioni più favorevoli.

Gli eiettori di gas, più recenti, operano recuperando energia dal flusso ad alta pressione proveniente dai gas cooler per comprimere i vapori di flash gas generati nel separatore di liquido. Questa tecnologia risulta particolarmente efficace in regime transcritico, dove le differenze di pressione sono maggiori e il potenziale di recupero energetico più elevato.

Sistemi gravitazionali con evaporazione allagata

Parallelamente, Enex ha sviluppato tecnologie innovative per la distribuzione del liquido alle utenze evaporative. Il sistema "gravity flooded evaporator" (evaporatore allagato gravitazionale), implementato nella linea di chiller Yukon, rappresenta un approccio alternativo all'espansione diretta tradizionale.

Il principio è elegante nella sua semplicità: accumulatori di liquido posizionati in quota elevata alimentano per gravità gli evaporatori, che vengono completamente saturati di liquido. Questo assetto garantisce uno scambio termico ottimale con delta di temperatura molto contenuti, eliminando le perdite di carico tipiche dei sistemi ad espansione diretta e le inefficienze legate alla parzializzazione della superficie di scambio.

I vantaggi dichiarati da Enex includono semplicità progettuale, alta efficienza energetica, controllo stabile ed estrema affidabilità, grazie all'assenza di pompe meccaniche e alla riduzione dei componenti soggetti a usura. La tecnologia si dimostra particolarmente interessante per applicazioni chiller e per impianti di processo dove la stabilità delle condizioni operative è critica.

La tecnologia XTE di Epta con expander Energy Recovery

Epta, gruppo leader europeo nella refrigerazione commerciale con forte presenza in Italia, ha sviluppato la tecnologia XTE (eXtreme Temperature Efficiency), che si distingue per l'adozione di un componente meccanico rotante innovativo.

A differenza degli eiettori passivi, il sistema XTE utilizza un expander-compressor prodotto da Energy Recovery (San Leandro, California), modello PX G1300: un dispositivo con parti rotanti che recupera l'energia di espansione del fluido ad alta pressione per comprimere direttamente il gas di aspirazione proveniente dagli evaporatori. Questo componente funziona come un turbocompressore: l'energia dell'espansione del liquido/gas ad alta pressione fa girare una turbina collegata meccanicamente a un compressore che elabora i vapori a bassa pressione.

Il vantaggio rispetto agli eiettori tradizionali è il rendimento superiore nel recupero energetico: mentre un eiettore passivo ha efficienze tipiche del 20-30%, il dispositivo rotante può raggiungere rendimenti del 60-70%, fornendo una "compressione gratuita" (o quasi) che riduce significativamente il carico sui compressori principali.

Energy Recovery ha trasferito alla refrigerazione a CO2 l'esperienza maturata nel settore della desalinizzazione, dove produceva scambiatori di pressione per impianti di trattamento acque, dimostrando come tecnologie consolidate in altri settori possano trovare applicazioni innovative nella refrigerazione naturale.

Secondo i dati di Epta, la tecnologia XTE permette di mantenere livelli di efficienza paragonabili ai refrigeranti HFC anche con temperature ambiente superiori a 40°C, con riduzioni dei consumi energetici particolarmente significative in regime transcritico.

Soluzioni complementari e ibride

Altri costruttori italiani hanno adottato approcci complementari:

Sistemi a doppio stadio con economizzatore: questa configurazione prevede compressori a due livelli di pressione con iniezione intermedia di vapori dal separatore, particolarmente efficace per applicazioni con grandi differenze di temperatura tra evaporazione e condensazione.

Sistemi a compressione parallela: architetture che utilizzano compressori dedicati per la media e bassa temperatura, ottimizzando separatamente i due livelli di pressione e riducendo il lavoro di compressione complessivo.

Soluzioni ibride CO2/HFO: per le installazioni più critiche, alcuni costruttori propongono configurazioni che utilizzano CO2 per la bassa e media temperatura e refrigeranti HFO a basso GWP per il ciclo di condensazione, massimizzando i vantaggi di entrambe le tecnologie.

Prospettive future

Il mercato italiano della refrigerazione commerciale sta vivendo una fase di forte innovazione tecnologica. La combinazione di normative sempre più stringenti (F-Gas Regulation), incentivi per l'efficienza energetica e necessità di ridurre i costi operativi sta accelerando l'adozione delle soluzioni più avanzate.

Le prossime evoluzioni tecnologiche si concentreranno su: intelligenza artificiale per la gestione predittiva degli impianti, integrazione con sistemi di accumulo termico per lo spostamento dei carichi nelle ore più favorevoli, e sviluppo di componenti ottimizzati specificamente per le alte pressioni della CO2.

L'Italia, con le sue condizioni climatiche impegnative, si sta confermando come laboratorio ideale per testare e perfezionare queste tecnologie, posizionando i costruttori nazionali all'avanguardia nel settore della refrigerazione naturale ad alta efficienza.

CSIM è a disposizione per esplorare soluzioni innovative e questioni tecnico-burocratiche legate alle nuove sfide....

La Redazione