Development of high efficiency air-conditioning and heating systems

The energy efficiency is one of the most important topic concerning heating, cooling and refrigerating systems. The objective of researchers and manufacturers is to reduce the energy consumptions of such systems, assuring the same capacity. The interest is related not only to the price of energy, continuously increasing, but also to the need of reduction in the emissions of carbon dioxide, responsible of the global warming. In addition, the optimization of a heating, cooling or refrigerating system must take into consideration economical constrains and restrictions, fixed by national or international organism, concerning the use of refrigerants. The subject has different solutions: in the Introduction of the present work, a review of such options is presented. In the first part of this work, the theme of the energy efficiency is faced considering the system at rating conditions. Several solutions, to optimize a HVAC&R plant, are investigated, taking into account aspects like the refrigerant, the cycle configuration and the components. In the second part, the issue of the energy efficiency is studied according to a more recent approach, considering the energy consumptions of a system running at different part load ratios. In this way, the control and management techniques are studied, highlighting the actual seasonal energy consumption of the plant. The objective of the present work is to provide a wide range of solutions for the energy optimization, taking into consideration the needs and the characteristics of different systems. The fact that there is not an univocal solution of the problem of the energy efficiency, but each plant configuration must be studied, is remarked.

Il tema dell’efficienza energetica è uno delle questioni più importanti nell’ambito della ricerca riguardante i sistemi di refrigerazione, condizionamento e riscaldamento. L’obiettivo, infatti, è quello di minimizzare i consumi energetici di tali impianti, garantendo la stessa resa. L’interesse riguardante tale tema è giustificato non solo dal prezzo dell’energia, in costante aumento, ma anche dalla necessità di ridurre le emissioni di anidride carbonica, responsabile del riscaldamento globale. L’ottimizzazione di sistemi di condizionamento e refrigerazione, inoltre, deve sottostare a vincoli di natura economica e ai limiti imposti da normative nazionali ed internazionali riguardo l’uso dei refrigeranti. Il problema presenta molteplici sfaccettature, che saranno brevemente riassunte nell’Introduzione del presente lavoro. Nella prima parte di questa tesi si affronta il problema dell’efficienza energetica considerando il funzionamento dell’impianto nelle condizioni di progetto. Vengono prese in esame alcune modalità di ottimizzazione di un impianto HVAC&R, considerando aspetti come il refrigerante, il tipo di ciclo e i singoli componenti. Nella seconda parte il tema dell’efficienza energetica viene affrontato secondo un approccio più moderno, considerando i consumi di un impianto operante a diverse frazioni di carico. In questo caso particolare risalto viene dato alle modalità di controllo e gestione del sistema, evidenziando gli effettivi risparmi energetici annuali. L’obiettivo finale è offrire un ampio ventaglio di soluzioni per le diverse necessità e le diverse tipologie di impianto, fermo restando che non esiste una soluzione univoca al problema dell’ottimizzazione energetica, ma che ogni singolo caso deve essere studiato nella sua specificità.