Ciclo transcritico

La CO2 nei sistemi trascritici viene raffreddata ma non condensata all'uscita del gas cooler, in quanto ci si trova a temperatura superiori alla temperatura critica. Si parla di sistema booster quando si hanno due stadi di compressione dello stesso refrigerante, per cui la CO2 in mandata ai compressori di bassa temperatura viene, attraverso un intercooler, confluita nell'aspirazione dei compressori di media temperatura.

Sistemi booster a CO2 transcritici sono i più promettenti impianti a refrigerante naturale utilizzabili in ambiti retail.

Sono generalmente composti da 4 sezioni diverse che si differenziano normalmente per le pressioni in gioco:

• alta pressione: la zona dalla mandata dei compressori di media alla valvola HPV (in rosso), sicurezza a 130 bar;
• pressione intermedia: la zona dalla valvola HPV a tutte le valvole di espansione (in arancione), sicurezza a 90 bar;
• media pressione: la zona degli evaporatori di media temperatura a valle delle valvole di espansione fino all'aspirazione dei compressori di media (in azzurro), sicurezza a 60 bar;
• bassa pressione: la zona degli evaporatori di bassa temperatura a valle delle valvole di pressione fino all'aspirazione dei compressori di bassa (in blu), sicurezza a 45 bar.

Varie versioni possono essere trovate nel mercato soprattutto per l'utilizzo di scambiatori a piastre che aumentano l'efficienza del sistema e/o ne aiutano il corretto funzionamento. Non entrando normalmente nella logica di funzionamento globale del sistema, non verranno presi in considerazione in questo documento

Vantaggi:

• impianto con completo utilizzo di refrigeranti naturali (CO2);
• vari studi dimostrano un efficienza maggiore di ogni altro tipo di impianto (r404a tradizionale o CO2 subcritico) con temperatura ambientale media inferiore ai 15 °C;
• tecnologia in standardizzazione, costi in riduzione.

Criticità:

• alte pressioni in gioco (fino a 120 barg);
• impianti normalmente più complessi dei tradizionali;
• efficienza buona anche in ambienti a clima caldo (>15 °C) con utilizzo di tecnologie aggiuntive quali commpressione parallela, chillBooster e recupero di calore.

In un sistema CO2 di tipo Booster, la funzione di Recupero Calore (o Heat Reclaim permette di sfruttare il calore normalmente dissipato dal Gas Cooler per riscaldare dell'acqua sanitaria oppure destinata al riscaldamento di ambiente.

Il controllo dedicato alle soluzioni a CO2 transcritica (pRack pR300T) gestisce contemporaneamente fino a due recuperi di calore (ad acqua o ad aria).

L'attivazione e la regolazione di ciascun recupero seguirà la percentuale di richiesta di calore che può essere calcolata a partire da:

• un ingresso digitale;
• una sonda di temperatura;
• una segnale analogico esterno.

Un ulteriore ingresso digitale può essere usato per dare un consenso preliminare all'attivazione della funzione.

Una volta attivato, il recupero di calore può agire, se richiesto, sul set point della valvola di alta pressione e sul setpoint effettivo del Gas Cooler sia in modalità simultanea (entrambi i contributi contemporaneamente) sia in modalità sequenziale a soglie (prima il contributo per l'alta pressione e poi quello per il Gas Cooler al superamento di una certa soglia di richiesta di calore).

Nel caso di contributo sul set point della valvola di alta pressione, il recupero di calore influisce direttamente sul limite inferiore per il calcolo del setpoint dinamico della pressione di regolazione della valvola di alta pressione.

L'incremento di questo set point minimo porta il sistema a lavorare in condizioni transcritiche anche quando la temperatura di uscita del gas cooler è in partenza inferiore al valore critico come accade tipicamente in inverno nel nostro emisfero, che coincide anche con il periodo in cui il recupero di calore è maggiormente necessario

Se il set point della valvola di alta pressione, calcolato a partire dalla temperatura del Gas Cooler, supera il setpoint minimo modificato dal recupero di calore, il controllo regolerà sul nuovo setpoint calcolato.

Nel caso di contributo sul set point del Gas Cooler è possibile incrementare gradualmente il set point in temperatura dei ventilatori del Gas Cooler fino al suo limite massimo impostabile.

Se la condensazione flottante, ovvero la possibilità di regolare i ventilatori a partire dalla temperatura esterna, è attiva sarà possibile disabilitarla in caso di recupero di calore.
Se invece si sceglie di non disabilitarla in caso di recupero di calore l'incremento del setpoint del Gas Cooler può essere direttamente sommato alla temperatura esterna.

Come ultima azione di ausilio al recupero di calore sarà possibile bypassare il Gas
Cooler nel caso in cui siano verificate le seguenti condizioni:

• il bypass è abilitato;
• la richiesta percentuale di calore supera una soglia configurabile;
• la temperatura del gas cooler bypassato è inferiore ad una soglia configurabile.

Al verificarsi di queste condizioni la valvola di bypass inizierà a modulare seguendo il suo setpoint calcolato sulla temperatura del Gas Cooler bypassato fino ad escludere totalmente il Gas Cooler nel caso in cui questa temperatura lo consenta.

Alla disattivazione del recupero calore, il setpoint della valvola HPV ritorna gradualmente al valore calcolato secondo un tempo impostabile. Lo stesso vale per il setpoint della condensazione.