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Laboratorio di Tecnica del Freddo

Descrizione

Il laboratorio consiste in apparecchiature e impianti per la refrigerazione o per la climatizzazione degli edifici. E’ costituito da banchi prova in cui i sistemi analizzati posso essere fatti lavorare a condizioni controllate e risultano collegati a sistemi di acquisizione dati. In particolare al momento sono presenti tre distinti banchi prova con: 1) ciclo ad aria; 2) ciclo in cascata; 3) pompa di calore aria-aria.

Ciclo ad aria
Il ciclo ad aria usa aria come refrigerante, avendo quindi un ridotto impatto ambientale. L’impianto presente nel laboratorio (AIRS) è stato realizzato dall’azienda giapponese Earthship Co Ltd. L’aria a pressione atmosferica è prelevata dalla camera fredda, compressa e pre-raffreddata prima dell’espansione in turbina. Si raggiugono temperature di -70°C, necessarie per il raffreddamento rapido della cella frigorifera.

Ciclo in cascata
Il ciclo in cascata viene utilizzato in applicazioni industriali dove è necessario raggiungere temperature inferiori a -40°C. Un ciclo in cascata consiste in due cicli di refrigerazione separati, uno a una temperatura più elevata (HTS) e l’altro a una temperatura inferiore (LTS). Il condensatore dello stadio di bassa temperatura viene raffreddato dall’evaporatore dello stadio ad alta temperatura. L’impianto è stato testato con refrigeranti naturali o loro miscele. Tra i refrigeranti naturali, l’anidride carbonica è di particolare interesse perché non è infiammabile e ha una bassa tossicità e un basso potenziale di riscaldamento globale (GWP). Miscelando l’anidride carbonica con altri refrigeranti a basso punto di ebollizione, come N2O (R744A) e HC, è possibile scendere al di sotto del punto triplo della CO2.

Impianto con pompa di calore ad aria
Il banco di prova è composto da una pompa di calore reversibile ad aria, che utilizza R410A come fluido refrigerante, con canali d’aria per la circolazione dell’aria esterna ed interna disposti in un circuito chiuso. I canali sono realizzati in poliuretano espanso rivestito con fogli di alluminio, che fornisce isolamento termico ed evita perdite d’aria. L’aria viene soffiata all’interno dei canali per mezzo di ventole. La ventola sul lato interno è dotata di un inverter, pertanto è possibile variare la portata d’aria ai fini delle prove sperimentali. L’obiettivo dei circuiti a canale d’aria chiusi è di simulare l’ambiente interno ed esterno. Ogni canale raccoglie l’aria all’uscita della pompa di calore e, a seconda del lato considerato (esterno o interno) e della modalità operativa (riscaldamento o raffreddamento), la riscalda o la raffredda fino alle condizioni di ingresso necessarie e quindi la invia nuovamente nel pompa di calore. In questo modo è possibile testare il sistema in diverse condizioni esterne e interne. Il riscaldamento ad aria all’interno dei canali è realizzato mediante una resistenza elettrica da 12kW, mentre il raffreddamento ad aria avviene tramite un circuito di raffreddamento ad acqua. Entrambi i sistemi sono regolati con un controller PID che mantiene la temperatura di ingresso dell’aria ai valori nominali desiderati variando la potenza nel primo e la portata d’acqua in quest’ultimo sistema.

Attività di ricerca

1) Analisi delle prestazioni di tecnologie per la refrigerazione industriale a bassa temperatura e loro comparazione: ciclo ad aria e ciclo in cascata

Figura 1.  Load chamber (freezing unit): a schematic (left side) and a picture (right side).

Figura 2.  Ciclo ad Aria

Figura 3.  Ciclo in cascata

2) Analisi delle prestazioni di una pompa di calore aria-aria invertibile al variare dello scambiatore utilizzato come evaporatore/condensatore: scambiatori mini-canale

Figura 3.  Test rig

Figura 4.  A picture of the mini-channel heat exchanger.

Figura 5.  Refrigerant velocity (m/s) cut-off contour on the inlet sections of the multiports of the heat exchanger. .

Sono inoltre in corso di svolgimento prove con accumuli termici a base di materiali a cambiamento di fase (PCM, phase change material) che, sfruttando il calore latente di particolari sostanze, permettono l’utilizzo di forni solari anche durante l’assenza/intermittenza della radiazione solare.

Attrezzature

Il laboratorio è dotato di strumentazioni per testare i sistemi di refrigerazione. In particolare sono disponibili sistemi di acquisizione per sensori di temperatura, pressione, portata e potenza interfacciati con labview in modo da elaborare i dati del registratore. Sono disponibili circuiti ad acqua da impiegare come fonti / serbatoi di calore per gestire lo scambio con l’esterno di carichi termici durante il funzionamento di sistemi di refrigerazione.

Responsabile
Personale
  

Stanza:
Q160_103B