Gli scambiatori di calore a microcanali migliorano le prestazioni dei chiller


Nov 24, 2023

Nell'ottica di migliorare l'efficienza energetica dei prodotti di raffreddamento, gli scambiatori di calore a microcanali (MCHE) hanno fatto il loro ingresso sul mercato. Evoluzione degli scambiatori di calore ad alette e tubi, gli MCHE garantiscono efficienza e risparmio, oltre a un'elevata resistenza alla corrosione, in particolare nel mercato dei refrigeratori raffreddati ad aria. 

Che cos'è uno scambiatore di calore?

Gli scambiatori di calore consentono il trasferimento di calore tra due mezzi diversi, senza miscelazione o contatto diretto. Svolgono un ruolo fondamentale nei sistemi di refrigerazione raffreddati ad aria, dove una batteria di condensatori (scambiatore di calore) consente di trasferire il calore indesiderato dal refrigerante all'aria.

Come funzionano gli scambiatori di calore?

In uno scambiatore di calore tradizionale ad alette e tubi, il refrigerante scorre attraverso stretti tubi di rame (detti serpentine) all'interno dello scambiatore di calore e l'aria scorre attraverso alette di alluminio all'esterno. 

Nei sistemi di refrigerazione raffreddati ad aria, il refrigerante nei tubi sottili trasporta calore. In un processo graduale, questo calore viene scambiato con l'aria. In primo luogo, il refrigerante riscaldato nei tubi trasferisce il suo calore alla parete del tubo. Una serie di alette di alluminio è collegata all'esterno della parete del tubo. Il calore passa quindi attraverso la parete del tubo fino a queste alette. Le alette svolgono un ruolo fondamentale in quanto aumentano la superficie disponibile per il passaggio dell'aria, consentendo un migliore trasferimento del calore dalle alette all'aria. Il calore si sposta dalle alette all'aria che passa, per essere rilasciato nell'atmosfera esterna.

Come funzionano gli scambiatori di calore a microcanali?

Gli MCHE hanno preso il tradizionale scambiatore di calore ad alette e tubi e lo hanno sviluppato per la nuova generazione. I principi di funzionamento sono esattamente gli stessi: il refrigerante scorre attraverso tubi stretti all'interno dello scambiatore di calore, trasferendo il calore indesiderato all'aria attraverso le alette.

Un'unità a microcanali comprende due testate - una di ingresso e una di uscita - che corrono su entrambi i lati dello scambiatore di calore. Tra ciascuna testata si trova una serie di tubi piatti, a loro volta suddivisi in microcanali (tubi più piccoli all'interno del tubo piatto, per tutta la sua lunghezza). Questo aumenta la superficie e il calore scambiato attraverso la parete del tubo. Tra i tubi corrono delle alette a feritoia, per aumentare la superficie disponibile per l'aria. Il sistema è saldato con flussi non corrosivi e realizzato in leghe di alluminio. Il refrigerante scorre attraverso i tubi multipli a microcanali piatti e l'aria passa attraverso le fessure delle alette. 

La particolarità di questo sistema è che aumenta la superficie disponibile per l'aria e prolunga il tempo di permanenza del refrigerante all'interno dello scambiatore di calore. Il refrigerante entra da una delle testate e passa attraverso i microcanali dei tubi piatti fino a raggiungere l'altra testata. I deflettori all'interno della testata controllano la direzione del flusso del refrigerante. In questo modo il refrigerante è costretto a passare più volte attraverso i tubi. Più a lungo il refrigerante rimane nel tubo, maggiore è il trasferimento di energia termica alla parete del tubo. 

Come negli scambiatori di calore tradizionali ad alette e tubi, il calore viene condotto attraverso la parete del tubo alle alette. Il calore si sposta dalle alette all'aria e viene rilasciato nell'atmosfera esterna.

Gli scambiatori di calore a microcanali rendono i sistemi di refrigerazione più efficienti dal punto di vista energetico?

La risposta breve è sì. L'uso di MCHE migliora il trasferimento di calore e le prestazioni termiche. Questo perché:

  • Gli MCHE possono utilizzare fino al 50% di refrigerante in meno. 
  • Il metodo di produzione dell'assemblaggio saldobrasato elimina la resistenza di contatto per una maggiore efficienza.
  • I tubi multipli a microcanali piatti hanno un diametro inferiore rispetto ai tubi di rame, il che consente un maggiore scambio di calore nel trasferimento di calore monofase.
  • I tubi microcanali piatti multiporta hanno una maggiore tensione superficiale rispetto ai tubi di rame, che provoca un flusso stratificato. Ciò consente un maggiore scambio di calore nel trasferimento di calore bifase.
  • Le unità a microcanali utilizzano alette a lamelle. Ciò garantisce un coefficiente di trasferimento del calore superiore del 50% rispetto alle alette rettangolari solitamente presenti negli scambiatori di calore ad alette e a tubi.
  • Le alette a feritoia possono ridurre la turbolenza del flusso d'aria e minimizzare le ombre d'aria
  • Le alette a sbalzo producono una minore caduta di pressione nell'aria, riducendo il consumo energetico dei ventilatori.
  • Gli MCHE hanno una resistenza superiore alla corrosione, che ne aumenta la durata. 

I produttori di MCHE concordano sulla loro superiore capacità di trasferire calore e importanza all'interno di sistemi HVAC ad alta efficienza. Gli scambiatori di calore a microcanali offrono un elevato livello di affidabilità e durata, una ridotta carica di refrigerante, dimensioni e peso ridotti e un invidiabile risparmio di emissioni di anidride carbonica.

Microcanali vs alette e tubi

Vantaggi degli scambiatori di calore a microcanali:

  • Efficienza energetica: alcuni produttori dichiarano un'efficienza superiore del 20-40% rispetto agli scambiatori di calore ad alette e a tubi.
  • Gli MCHE sono molto più piccoli e possono pesare fino al 60% in meno per ogni scambiatore di calore o fino al 7% in meno per ogni refrigeratore.
  • Sono costruiti in modo robusto e hanno una durata di vita più lunga
  • Facili da pulire, migliorano la manutenibilità
  • Probabilmente costano meno in termini di materiali
  • Possono migliorare l'efficienza energetica dei sistemi più vecchi quando sostituiscono gli scambiatori di calore ad alette e a tubi
  • Funzionamento più silenzioso, in quanto è possibile utilizzare ventole più piccole
  • Più flessibile in termini di layout e design.

Svantaggi degli scambiatori di calore a microcanali:

  • La condensa può essere un problema e può bloccare il flusso d'aria sulle alette. 
  • Poiché l'unità è più complessa, le caratteristiche di progettazione dello scambiatore di calore devono garantire il corretto flusso del refrigerante.  Le unità progettate o realizzate male non daranno i risultati desiderati.

Uno dei grandi vantaggi dell'MCHE è la naturale resistenza alla corrosione offerta dalla struttura in alluminio, che può essere ulteriormente migliorata da rivestimenti protettivi. Lo studio Carrier - Heat Exchanger Corrosion Durability Study di Advanced Materials Engineering ha messo a confronto nove bobine diverse, tra cui MCHE non rivestito e rivestito, sistemi di alette e tubi in rame e alluminio rivestiti e non rivestiti, nonché bobine nude in alluminio e rame. 

Non sorprende che uno scambiatore di calore a microcanali con rivestimento premium sia risultato il migliore di tutti i test. Tuttavia, l'MCHE non rivestito ha comunque superato gli scambiatori di calore tradizionali ad alette e tubi non rivestiti, con alette di alluminio preverniciate e con serpentine rivestite in blygold con tubi di rame e alette di alluminio. L'MCHE non rivestito ha superato anche la bobina nuda con tubi di rame e alette di rame.

Certificazione per i refrigeratori che utilizzano scambiatori di calore a microcanali

Quando si sceglie un refrigeratore che utilizza MCHE, bisogna assicurarsi di selezionare il prodotto giusto per la propria applicazione. Non solo è necessario conoscere le sue capacità, ma è fondamentale avere informazioni sulle sue prestazioni tecniche. Questo vi aiuterà a evitare potenziali problemi di prestazioni. 

La certificazione consente di confrontare i prodotti in modo oggettivo per prendere una decisione consapevole. I vantaggi di scegliere un prodotto certificato sono:

  • Le prestazioni del prodotto sono valutate secondo gli stessi criteri e i risultati sono espressi nella stessa unità di misura, indipendentemente dal Paese in cui i prodotti sono fabbricati o commercializzati.
  • Le prestazioni di un prodotto certificato sono verificate da un organismo accreditato imparziale, indipendente e competente.
  • I prodotti certificati sono conformi agli standard
  • Un prodotto le cui prestazioni sono certificate funziona secondo le specifiche indicate dal produttore.

Per questo motivo, se desiderate visualizzare e confrontare la tecnologia dei refrigeratori, il nostro elenco di prodotti certificati è un buon punto di partenza. La facilità di ricerca consente di visualizzare i prodotti per famiglia, tipo, marca, nome del modello e numero di certificato. 

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