XVI CONVEGNO EUROPEO C. Marotta - HIGH-ENERGY EFFICIENCY FLUID FOR SECONDARY REFRIGERATION SYSTEM

Latest Technology in Refrigeration and Air Conditioning - XVII European Conference Milano, 9 - 10 June 2017
Retrofit di un Impianto di
Refrigerazione R22+Glicole
Propilenico > R407F + Temper 15

Agenda
• Temper : Fluido Secondario
ad elevata efficienza
energetica
• Descrizione Impianto
• Verifiche Termotecniche
Pre-Retrofit
• Retrofit
• Verifica Risultati
S
Tf_in=-2°CTf_in=-5°C
Q=300 KW
Q=330KW
0 C°
Tc=+45°C
+42°C
Te=-10°C
Tfc senza sc.olio
+107°C
Tfc
+80°C
33 C° +53°C

Temper
• Fluido Secondario a base di
Acetato e Formiato di
Potassio : CH3COO-K+ +
HCOO- K+
• Alternativa al Glicole
propilenico
• Inibitore di Corrosione
brevettato

Temper
• Inibitore di Corrosione a base di
Acidi Organici e Azoli
• Non contiene Silicati, Ammine ,
Borati , Nitrati, Fosfati
• Utilizzabile con Rame, Alluminio,
Acciaio al Carbonio
• Protegge la superficie da
fenomeni di cavitazione
• Stabile nel tempo
• Si deposita in forma flessibile e
non fragile su superfici ossidate
++++ resistendo meglio a
cavitazione e vibrazioni
• Deposita un film di sostanze
organiche soltanto dove la
superficie metallica è ossidata
• Non si deposita su superfici
metalliche non ossidate ,
migliorando le scambio termico

Caratteristiche
Termotecniche del
Temper 15
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Densità Viscosità
Dinamica
Calore
Specifico
Condicibilità
termica
Confronto Caratteristiche
Termotecniche con Soluzione di
Glicole Propilenico 40%
Glicole Propilenico Temper 15
• Il prodotto Densità *
Calore Specifico ne fa un
ottimo mezzo di
trasporto di calore
• L’elevata Conducibilità
Termica favorisce elevati
Coefficienti di Scambio
Termico

Calcolo dell’Energia
Elettrica utilizzata per il
Pompaggio del Temper
• Le perdite di carico
generate con il Temper 15
sono inferiori nella misura
del 30% circa rispetto al
Glicole Propilenico in
soluzione acquosa:
• Dp=f*(L/D)*(v^2/2*g)
• f=f(Re;e)
• Re=r*v*D/m
• Il Costo di Pompaggio del
fluido diminuisce di circa
15’000 kWhr/anno pari a
circa 2’700 eu/anno (30%)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Densità Viscosità
Dinamica
Calore
Specifico
Condicibilità
termica
Confronto Caratteristiche
Termotecniche con Soluzione di
Glicole Propilenico 40%
Glicole Propilenico Temper 15

Circuito Frigorigeno Primario

Flow Sheet Impianto e Carichi Termici
• Utenza :
• Potenza refrigerazione utenza =
300 KW
• Fluidi : R22 primario / Glicole
Propilenico secondario ( 40% )
• Tf_in=-5°C
• Tf_out=-2°C
• Impianto Frigorifero:
• Potenza refrigerazione
evaporatore=330 KW
• 2 Compressori a Vite Bitzer
HSK8551-110
• Fluido : R22
• T_evaporazione_media=-10°C
• Surriscaldamento_utile=5°C
• Surriscaldamento_passivo= 5°C
• T_condensazione_media=45°C
• Sottoraffreddamento = 3°C
S
Q=300 KW
Q=330KW
0 C°
Tc=+45°C
+42°C
Te=-10°C
Tfc senza sc.olio
+107°C
Tfc
+80°C
33 C° +53°C

Analisi Possibili alternative R404a
• Il Cliente ha chiesto di verificare
alternative di retrofit all’R404A
• Sono state prese in considerazioni
diversi refrigeranti alternativi
• Il refrigerante scelto è stato
R407F :
– Minor costo del refrigerante
– Nessuna modifica d’impianto :
• Valvole termostatiche OK
• Scambiatore di calore olio OK
– Elevata Efficienza Energetica
S
Q=300 KW
Q=330KW
0 C°
Tc=+45°C
+42°C
Te=-10°C
Tfc senza sc.olio
+107°C
Tfc
+80°C
33 C° +53°C

Verifica Compressori a Vite Bitzer HSK8551-110
R22 + sc.olio R404A
R407F
+sc.olio
R407F
Qev 169 163 179 179
COP*100 225 192 213 213
Qcond 219 252 245 267
0
50
100
150
200
250
300
Qev COP*100 Qcond
• Nel funzionamento con R407F
+ scambiatore Olio :
• COP R407F 2,13 Vs. COP
R404A 1,92 >>>+11%
• Pot.Evaporatore R407F 179
KW Vs. Pot.Evaporatore R404A
163 KW >>>+10%
• Pot.Condensatore R407F 245
KW Vs. Pot.Condensatore
R404A 252 KW >>> -3%
• +6% senza scambiatore olio

• Nel funzionamento R407F :
• Bisogna considerare il Glide in
Condensazione ed
Evaporazione
• La potenza assorbita dai
ventilatori dello scambiatore
di calore sono trascurabili
S
Q=300 KW
Q=330KW
0 C°
Tc_m
+45°C
+40°C
Tbp
+43°C
Tdp
+47°C
Te_m
-10°C
Te_m
-8°C
Te_m
-12°C
Tfc senza sc.olio
+94°C
Tfc
+80°C
33 C° +63°C

Verifica Condensatore
• Potenza da scambiare con R22 = 2 x 219 KW = 438 KW
• Condensatore esistente : 525 KW con DT1 : Tc –
Taria_in =12°C
• Coefficiente di Sicurezza con scambiatore nuovo =
+20%

Verifica Condensatore Luve Contardo EHVD1N 2236 6VENT ( 2x3 )
• Abbiamo verificato le
performances del
Condensatore alla
Temperatura di
Condensazione media
costante = +45°C
• La Temperatura di
Condensazione utilizzata
dal software è la T dew
point
• Se non se ne tiene conto ,
la Potenza stimata risulta
essere inferiore nella
misura del 18%
525
559
466
561
0
100
200
300
400
500
600
R22 R404A -
Tmedia
45°C
R407F -
Tdp 45°C
R407F -
Tmedia
45°C
Qcond(KW)
Potenze di Scambio Condensatore

Verifica Condensatore Luve Contardo EHVD1N 2236 6VENT ( 2x3 )
• Sono state considerate le
Temperature di ingresso al
condensatore effettive
• Sottoraffreddamento +3°C
• Il Condensatore scelto per
l’R22 è sufficiente per
lavorare con R407F :
• Stessa Temperatura
media di Condensazione
= 45°C
525
559
466
561
0
100
200
300
400
500
600
R22 -
Tmedio
45°C
R404A -
Tmedia
45°C
R407F -
Tdp 45°C
R407F -
Tmedia
45°C
Qcond(KW)
Potenze di Scambio Condensatore

Confronto Potenze generate dal Ciclo / Potenze di Scambio Condensatore
R22 + sc.olio R404A
R407F +
sc.olio
Pot. Prodotta dal
Ciclo
438 504 490
Pot. Scambiatore 525 559 561
200
250
300
350
400
450
500
550
600
Potenze(KW)
+20% +11% +14%• R22 con Scambiatore Olio : Il
Condensatore scelto ha una
Potenza di scambio +20%
• R404A : La Potenza da
scambiare al Condensatore è
maggiore > Il Margine di
sicurezza diminuisce a +11%
• R407F con Scambiatore
Olio: Il Margine di sicurezza
si assesta al +14%

Saving Energetico derivante
dall’adozione del Refrigerante
R407F Vs. R404A R404A R407F
Potenza
Frigorifera
330 KW 330 KW
COP 1,92 2,13
Potenza Elettrica 172 kW 154 KW
Ore / anno 8’760
Ore/ann
o
Energia Elettrica
/ anno
1’506’7
20
kWhr/a
1’349’0
40
kWhr/a
Costo del kWhr 0,18 €/kWhr
Costo per anno 271’000 €/a 242’000 €/a
D Costo per anno -29’000 €/a
-10,7%
• Il miglior COP del Ciclo
funzionante con R407F
determina un Saving pari al
10,7% rispetto al
funzionamento con
refrigerante R404A

Saving Energetico
derivante dal retrofit
R404A > R407F
• Utilizzando un software di
simulazione abbiamo
calcolato il valore medio
del consumo energetico
considerando la variazione
delle temperature
ambienti nell’anno
• Tale valore si attesta
all’80% del Valore
Massimo estivo
80%

Saving Energetico
R404A > R407F
R404A R407F
Potenza
Frigorifera
330 KW 330 KW
COP 1,92 2,13
Potenza Elettrica 172 kW 154 KW
Ore / anno 8’760
Ore/ann
o
Energia Elettrica
/ anno
1’506’7
20
kWhr/a
1’349’0
40
kWhr/a
Costo per anno 271’000 €/a 242’000 €/a
D Costo per anno -29’000 €/a
-10,7%
80%
-23’000 €/a

Verifica dello Scambiatore a Piastre
Refrigerante <> Fluido Secondario

Verifica Scambiatore a
Piastre
• Il circuito utilizza N° 3
Scambiatori a Piastre :
• R22
• Glicole propilenico 40%
• Potenza di scambio : 110
KW
• Glicole : -5/-2°C
• R22 : Tevap : -10°C
• Surriscaldamento +5°C
• DTML = 5°C
• Sono state calcolate le
Potenze di Scambio
termico nei diversi casi
110
104.5
143
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
R22 / Glicole
Prop 40%
R407F / Glicole
Prop 40%
R407F / Temper
15
KW
Potenza di Scambio Evaporatore a
Piastre
-4%
+30%

Verifica Scambiatore a
Piastre
• La Potenza di Scambio degli
Evaporatori nel
funzionamento con R407F
/Temper 15 aumenta del +30%
• Tale maggiore Potenza di
Scambio ha permesso un
incremento della temperatura
di evaporazione pari a 1°C con
conseguente miglioramento
del COP del ciclo di
funzionamento del
refrigerante primario R407F
da 2,13 a 2,21
-4%
+30%
110
104.5
143
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
R22 / Glicole
Prop 40%
R407F / Glicole
Prop 40%
R407F / Temper
15
KW
Potenza di Scambio Evaporatore a
Piastre

R22 +
sc.olio
R404A
R407F
+sc.olio
R407F
+sc.olio ***
Qev 169 163 179 185
COP*100 225 192 213 221
Qcond 219 252 245 252
Qcond max 262.5 279.5 280 280.5
0
50
100
150
200
250
300
Qev COP*100 Qcond Qcond max
• Incrementando la Temperatura
di Evaporazione di 1°C nel ciclo
R407F > :
• Potenza scambiata
all’evaporatore : 179 > 185 KW
+3,3% Vs. +30% = Incremento
Potenza di Scambio Evaporatore
nel passaggio R22/Glic.Prop. >
R407F/Temper 15
• COP : 2,13 > 2,21 +3,7% con una
diminuzione dei consumi
energetici
• Potenza scambiata al
condensatore : 245 > 252 KW
+2,8% Vs. +14% = Maggior
Potenza scambiabile al
condensatore rispetto
all’evaporazione a -10°C di
Tev_media

Saving Energetico
R404A > R407F
R404A
( Tev=-10°C )
R407F
( Tev=-10°C )
R407F***
( Tev=-9°C )
Potenza
Frigorifera
330 KW 330 KW 330 KW
COP 1,92 2,13 2,21
Potenza Elettrica 172 kW 154 KW 149 KW
Ore / anno 8’760
Ore/an
no
Energia Elettrica
/ anno
1’506’7
20
kWhr/a
1’349’0
40
kWhr/a
1’305’2
40
kWhr/a
Costo per anno
271’00
0
€/a
242’00
0
€/a
234’94
3
€/a
D Costo per
anno
-29’000 €/a -36’000 €/a
-10,7% -13,3%
• Contributo
diminuzione
Temperatura di
Evaporazione ( 1°C )
80%
-23’000 €/a
80%
-28’000 €/a

Saving Energetico rispetto a Retrofit con R404A
• Retrofit refrigerante primario :
– Scarico R22
– Cambio olio
– Vuoto 10 mbar
– Carico R407F
– Taratura sottoraffreddamento al
condensatore e surriscaldamento
agli evaporatori a piastre
• Retrofit refrigerante
secondario :
– Scarico Glicole Propilenico
– Lavaggio circuito con acqua
– Soffiaggio con aria compressa
essiccata
– Carico Temper 15
Saving da Retrofit
R404A > R407F
28’000 €/anno
Saving da
Pompaggio Fluido
Secondario
3’000 €/anno
Saving Totale 31’000 €/anno
Costo del retrofit 55’000 €/anno

Verifica dei Risultati attesi

Monitoraggio Impianto >
Risultati
• Pressione Evaporazione
Compressori
• Temperatura Aspirazione
Compressori
• Pressione Mandata Compressori
• Temperatura di Mandata
Compressori
• Temperatura Aria Ambiente
• Temperatura in uscita dal
Condensatore
• Potenza Assorbita dai
Compressori
• Attraverso un Sistema
Climaceck abbiamo potuto
misurare Potenza di
refrigerazione e COP prima e
dopo il Retrofit
S
Q=300KW
Q=330KW
0 C°
Tc_m
+45°C
+40°C
Tbp
+43°C
Tdp
+47°C
Te_m
-10°C
Te_m
-8°C
Te_m
-12°C
Tfc senza sc.olio
+94°C
Tfc
+80°C

Monitoraggio Impianto > Risultati
• Attraverso un Sistema
Climaceck abbiamo potuto
misurare Potenza di
Refrigerazione generata e COP
prima e dopo il Retrofit
• Nel grafico riportiamo il
Consumo di Energia Elettrica
in funzione della Temperatura
Esterna
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
20 25 30 35 40 45 50
KW
Temperatura ambiente ( °C )
Potenza Elettrica assorbita
R404A+Temper 15 R407F+Temper 15
R22+ Glic.Prop.

Conclusioni
• Utilizzando R407F + Temper 15 per retrofittare un impianto funzionante
con R22 + Glicole Propilenico è stato possibile ottenere Saving Energetici
apprezzabili nella misura del 13% rispetto all’alternativa R404A + Temper
15
• Rispetto al funzionamento R22 + Glicole propilenico è stato possibile
ottenere un Saving Energetico pari al 6% utilizzando le superiori
caratteristiche termotecniche del Temper 15 rispetto al Glicole Propilenico
in soluzione acquosa
• L’inibitore di corrosione utilizzato nel Temper 15 lavorando su un principio
diverso da quello filmante , ha assicurato una migliore protezione delle
superfici metalliche in contatto con il fluido secondario

Grazie dell’Attenzione
Ing. Carmine Marotta
General Gas S.r.l
c.marotta@generalgas.it

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