Quando la maggior parte delle persone pensa alla refrigerazione, le prime cose che vengono in mente sono frigoriferi e condizionatori d’aria. Tuttavia, i sistemi di refrigerazione sono praticamente ovunque. Un magazzino freddo pieno di frutta, un data center con server impilati, il circuito di raffreddamento all’interno di un impianto chimico, persino il piccolo frigorifero per vini a casa — tutti si basano su alcune tecnologie fondamentali.

Gli ingegneri utilizzano quattro approcci principali per rimuovere il calore da applicazioni indesiderate: sistemi a compressione, sistemi ad assorbimento, raffreddamento evaporativo e configurazioni termoelettriche.

Ogni approccio è applicabile a diverse industrie e scenari. Se stai valutando quale sistema sia il migliore per il tuo nuovo progetto, una comprensione completa di ciascuno ti aiuterà a fare la scelta giusta.

Sistema di refrigerazione a compressione

La refrigerazione a compressione è il metodo di raffreddamento più comune, ampiamente utilizzato nei chiller a espansione diretta e nei chiller VFD. Utilizza un compressore per comprimere il refrigerante, facendolo circolare tra un evaporatore e un condensatore, ottenendo così il raffreddamento.

Il processo principale di un sistema di refrigerazione a compressione consiste in quattro fasi principali. Il compressore aspira il gas refrigerante a bassa pressione dall’evaporatore, aumentando la pressione e la temperatura per prepararsi a rilasciare calore.

Il gas entra quindi nel condensatore, rilasciando calore nell’aria e nell’acqua e condensandosi in liquido. Quando il liquido passa attraverso la valvola di espansione, la pressione e la temperatura continuano a diminuire.

Una volta entrato nell’evaporatore, incontra il liquido refrigerante caldo o l’aria dall’altro lato dello scambiatore di calore, assorbendo calore e trasformandosi nuovamente in gas, che viene quindi aspirato dal compressore.

Si tratta di una tecnologia di raffreddamento altamente matura ed efficiente, quindi viene utilizzata in quasi tutti i chiller industriali, nei sistemi di condizionamento dell’aria e nelle apparecchiature di raffreddamento primarie nei data center e nelle applicazioni di chiller per semiconduttori. Tuttavia, ci sono alcune limitazioni.

La maggior parte dei chiller a compressione è alimentata elettricamente e persino quelli che utilizzano la tecnologia VFD consumano una notevole quantità di energia. Inoltre, il compressore è rumoroso durante il funzionamento, rendendolo più adatto all’installazione lontano dalle aree residenziali e lavorative.

istema di refrigerazione ad assorbimento

A differenza dei sistemi di refrigerazione a compressione, i sistemi di refrigerazione ad assorbimento non dipendono dall’elettricità per azionare il compressore. Invece, utilizzano energia termica per far circolare l’assorbente e il refrigerante.

Nell’evaporatore, il refrigerante assorbe calore dall’ambiente o dal processo, evaporando in gas che viene poi assorbito dall’assorbente. Gli assorbenti comuni sono acqua-bromuro di litio e ammoniaca-acqua.

La soluzione che ha assorbito il gas refrigerante entra in un generatore o riscaldatore, dove viene riscaldata da gas, vapore o acqua calda per separare il gas refrigerante dall’assorbente. A questo punto, il gas è ad alta temperatura e alta pressione. Il gas refrigerante entra quindi nel condensatore, rilascia calore, si liquefa e circola nuovamente nell’evaporatore. Questo completa il ciclo di refrigerazione.

Quando si introducono i chiller a gas, abbiamo appreso che i chiller ad assorbimento possono utilizzare il calore di scarto o il gas per il riscaldamento e possono anche recuperare il calore di scarto per riscaldare l’acqua di processo o gli ambienti. Pertanto, la conservazione dell’energia e la protezione dell’ambiente sono vantaggi significativi dei sistemi di refrigerazione ad assorbimento.

Tuttavia, rispetto ai sistemi di refrigerazione a compressione, i chiller ad assorbimento hanno un coefficiente di prestazione (COP) inferiore e sono più grandi, richiedendo più spazio. Pertanto, i chiller ad assorbimento vengono generalmente utilizzati in grandi sistemi di raffreddamento dove è possibile il recupero del calore di scarto, come centrali elettriche e applicazioni di raffreddamento di processo.

Sistema di refrigerazione evaporativa

As we all know, water absorbs heat from the surrounding environment when it evaporates. Evaporative refrigeration systems utilize this principle, lowering the temperature of air or liquid by absorbing heat during evaporation. They lack complex compressors and high-pressure circuits, relying instead on the flow and heat exchange structure between water and air to improve heat exchange efficiency.

Water can be evenly distributed on the surface of the object requiring heat exchange through spraying or cooling pads. When air flows over the moistened surface, the water molecules absorb heat from the air and the surface, evaporating. This lowers the air and object temperatures. Any remaining water can be recovered and recycled.

This method is limited by climate and water availability. However, it consumes very little energy and is environmentally friendly. Therefore, it is commonly used in industrial cooling towers, agricultural greenhouses, and data centers.

Thermoelectric Cooling System

A thermoelectric cooling system uses the thermoelectric effect to convert heat into cold. Its core component is the Peltier module.

When direct current passes through a Peltier module, electron flow transfers heat. The temperature on one side of the module drops, while the temperature on the other side rises.

At this point, a heat sink removes the heat from the hot side, keeping the cold side cool. A cooling plate then transfers the cold side’s temperature to the object to be cooled, achieving cooling.

This cooling method does not require mechanical components such as refrigerants and compressors, resulting in a smaller device size and suitable for space-constrained environments such as laboratories, automobiles, and medical offices.

However, the cooling power of a single module is typically only a few tens of watts, limiting cooling capacity and significantly lower efficiency than compression refrigeration systems. Furthermore, high-performance thermoelectric materials and modules are expensive.

Comparison Table of Four Refrigeration Systems

The following table provides a clear comparison of the four major types of refrigeration systems, highlighting their principles, costs, performance, and typical applications.

Category	Vapor Compression	Absorption	Evaporativo	Thermoelectric
Principio di funzionamento	Compressor circulates refrigerant	Heat-driven, absorbent + refrigerant cycle	Water evaporation absorbs heat	Peltier effect with DC current
Efficienza	Medium to high, less at part load	Low to medium, COP < compression	High, but drops in humid climates	Low, good for small-scale precise cooling
Energy Source	Electricity	Heat (gas/steam/waste heat)	Water + fan power	DC electricity
System Size	Medium to large	Large	Medium to large	Small
Initial Investment	Medio	High	Low to medium	Medium-high
Operating Cost	High electricity cost	Low if waste heat used	High water use, low power use	High electricity cost
Manutenzione	Medium, compressor upkeep	High, solution control needed	Low, water quality issues	Low, minimal electronics care
Vantaggi	Mature, reliable, widely used	Energy-saving, uses waste heat	Eco-friendly, low cost	Precise, silent, no refrigerant
Disadvantages	Noisy, power dependent	Bulky, lower efficiency	Climate-dependent	Low capacity, poor efficiency
Applicazioni tipiche	Chillers, HVAC, data centers	Large buildings, trigeneration	Cooling towers, greenhouses, factories	Medical devices, labs, electronics cooling
Environmental Impact	Medium, refrigerant dependent	High, no CFCs/HFCs	High, refrigerant-free	High, refrigerant-free

Conclusione

The most suitable refrigeration system is never the one with the best performance, but rather the one that matches your application. If you’re struggling to choose one of the four systems above, our refrigeration experts can help.

LNEYA offers a wide range of compression refrigeration equipment and Peltier cooling systems, from standard equipment to customized services. We can provide the most suitable solution tailored to your needs.

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