Il raffreddamento naturale a Copenaghen utilizza acqua di mare e refrigeranti naturali.

Nel centro di Copenaghen, la ciminiera in mattoni rossi di Gothersgade un tempo mandava fumo nero nel cielo di questa antica e pittoresca zona della città, situata a pochi isolati dalle navi di legno, dai castelli e dai caffè all’aperto di Kongens Nytorv. Da quando è stata chiusa negli anni ’70, la più antica centrale elettrica di Copenaghen è rimasta inutilizzata. Oggi l’impianto è di nuovo in funzione. È privo di fumo e non produce elettricità, ma qualcosa di completamente diverso, permettendo ai suoi clienti di risparmiare 7 GWh di energia e 3.000 tonnellate di emissioni di CO₂ all’anno. Utilizzando la vecchia rete sotterranea di teleriscaldamento, il Gothersgade Works ora fornisce teleraffreddamento.

L’impianto, di proprietà della società energetica Copenhagen Energy, fornisce raffreddamento a banche, grandi magazzini e uffici nelle vicinanze, mantenendo fresche e confortevoli tutto l’anno le sale server e altre aree. L’impianto funziona grazie a refrigeranti naturali e risorse locali come acqua di mare e calore di scarto, riducendo i costi e aumentando i benefici ambientali.

Come funziona il teleraffreddamento?

Il teleraffreddamento si basa sullo stesso principio del teleriscaldamento, ma con acqua fredda invece che calda: un impianto centrale produce acqua refrigerata e la distribuisce attraverso una rete sotterranea di tubazioni isolate. I clienti collegati alla rete possono utilizzare la quantità di acqua refrigerata necessaria per soddisfare le proprie esigenze di raffreddamento. I calcoli mostrano che i clienti che passano al teleraffreddamento possono ridurre i costi operativi fino al 45 percento, con enormi risparmi sull’elettricità e sulle spese di manutenzione e riparazione.

Quali sono i vantaggi di una rete di teleraffreddamento?

I costi di installazione del teleraffreddamento sono anche molto inferiori rispetto ai sistemi di raffreddamento individuali. Tutto ciò che serve è un’unità speciale di scambio termico e una pompa per raffreddare l’acqua del proprio sistema centrale di climatizzazione. I clienti possono quindi eliminare le loro unità di raffreddamento convenzionali, liberando spazio e riducendo il consumo di elettricità, spiega Jan Don Høgh, responsabile di reparto di Copenhagen Energy. “Dipende da quanto è efficiente il sistema di raffreddamento del cliente, ma finora abbiamo visto risparmi sui costi dal 10 al 55 percento,” afferma Høgh. “Di solito il sistema centrale di raffreddamento di un edificio richiede motori, pompe, filtri, condensatori e torri, e può occupare fino a 300 metri quadrati,” continua Høgh. “Un’installazione di teleraffreddamento non ha parti mobili, quindi non genera rumore, e utilizza da tre a quattro metri quadrati.

Questo è importante in questa parte della città, dove lo spazio è estremamente prezioso.” Uno dei primi clienti di Copenhagen Energy, la sede del gruppo editoriale Berlingske, ha aggiunto due posti auto per i dipendenti quando è passata dal tradizionale sistema di aria condizionata al teleraffreddamento, guadagnando spazio grazie alla rimozione delle apparecchiature nel garage. Ancora meglio, quando i componenti di raffreddamento sono stati smantellati dal tetto, è stato possibile costruire una nuova mensa e sale conferenze con una splendida vista sulla città.

Il teleraffreddamento riduce anche le emissioni. Secondo i calcoli di Copenhagen Energy, confrontando il teleraffreddamento con il consumo energetico e le emissioni dei singoli impianti di raffreddamento negli edifici di Kongens Nytorv, si ottiene un risparmio del 66 percento di emissioni di CO₂ all’anno. Per l’anidride solforosa (SO₂) e gli ossidi di azoto (NOx), il risparmio annuale è rispettivamente del 62 e del 69 percento.

Un modo naturale di raffreddare con l’acqua di mare

L’impianto di teleraffreddamento utilizza due condotte in cemento vecchie di 100 anni che portano acqua di mare da 800 metri di distanza – un fattore essenziale nel bilancio economico e ambientale dell’impianto. Quando l’acqua di mare è sufficientemente fredda (da novembre ad aprile), svolge da sola tutto il lavoro di raffreddamento in un’unità di “free cooling”. Il resto dell’anno, l’acqua di mare viene utilizzata come agente di raffreddamento nei condensatori dei refrigeratori a compressione che impiegano ammoniaca come refrigerante naturale.

In estate, nei periodi di maggiore richiesta di raffreddamento, l’impianto utilizza anche un refrigeratore ad assorbimento alimentato dal vapore di scarto proveniente da un impianto locale di incenerimento dei rifiuti, un processo chiamato “raffreddamento ad assorbimento”. “Se si considera questo calore in eccesso come puro scarto, allora il refrigeratore ad assorbimento è quasi al 100 percento neutro in termini di CO₂,” spiega Høgh durante una visita all’impianto. Deve alzare la voce per farsi sentire sopra il ronzio delle pompe e dei macchinari, con il loro intricato sistema di tubi argentati che trasportano l’acqua fredda.

L’impianto da 12 MW di Copenhagen Energy ha iniziato la produzione nel marzo 2010. Durante la costruzione, nel dicembre 2009, diverse delegazioni della conferenza sul clima ONU-COP15 di Copenaghen hanno visitato il sito per osservare come fosse possibile ridurre il consumo energetico per il raffreddamento negli edifici ad alta domanda di energia. Di recente, un altro dei numerosi gruppi cinesi ha fatto visita. “Sono molto interessati al teleraffreddamento,” dice Høgh. “Lo vedono come un’ottima alternativa a ciò che hanno oggi nelle loro città.”

Rispondere alla crescente domanda di raffreddamento

La domanda di raffreddamento è costantemente aumentata negli ultimi dieci anni, in parte a causa del crescente utilizzo di IT e archiviazione dati. Secondo Copenhagen Energy, il 40–50 percento della domanda di raffreddamento dei suoi clienti è effettivamente utilizzato nelle sale server. La tecnologia del teleraffreddamento funziona ovunque, ma è competitiva solo in presenza di determinate condizioni chiave, spiega Keld Almegaard di COWI, il consulente ingegneristico che ha contribuito alla realizzazione dell’impianto di Copenaghen. “Deve avere una capacità di almeno 10 MW, ed è consigliabile avere un porto o una fonte d’acqua nelle vicinanze – oltre all’accesso al calore di scarto,” afferma Almegaard.

Copenhagen Energy era pronta da tempo ad avviare l’impianto di teleraffreddamento, ma solo nel 2009 il quadro legislativo danese ha reso possibile l’operazione di sistemi di teleraffreddamento. “Abbiamo visto un enorme potenziale per questo in Danimarca,” dice Høgh. Un altro impianto è già in programma per Copenaghen, con altri sei siti potenziali in fase di pianificazione. Il teleraffreddamento aveva già avuto fino a 15 anni di successo in alcune città europee – con una capacità di 450 MW a Stoccolma e 550 MW a Parigi – e, aggiunge Høgh, nuovi progetti sono in corso in tutto il continente.

Il teleraffreddamento offre anche un modo semplice ed economico per i proprietari di edifici di eliminare i loro sistemi di raffreddamento che utilizzano idrofluorocarburi o altri gas fluorurati sintetici (f-gas). Questi sono i gas serra dannosi sotto esame da parte delle Nazioni Unite, degli ambientalisti e dei gruppi di consumatori. La Danimarca ne ha imposto l’eliminazione totale entro il 2015.

“Siamo completamente orientati al cliente,” afferma Høgh. “Questo è un concetto competitivo che ci consente di ridurre le emissioni di CO₂ senza alcun sussidio. Non risolverà tutte le sfide della Danimarca nella riduzione dei gas serra, ma è un passo nella giusta direzione.”

- Anidride carbonica (CO₂): I sistemi di refrigerazione dei supermercati utilizzano sempre più la CO₂ come refrigerante, oltre che per la condensazione o il raffreddamento di gas a temperatura ambiente. Questa soluzione funziona al meglio nei climi più freddi, afferma Tommy Ångbäck, manager Refrigeration & HVAC Cooling di Alfa Laval. Diverse catene di supermercati scandinave e britanniche adottano ora la CO₂ come soluzione standard. Le proprietà fisiche della CO₂ richiedono che i sistemi di refrigerazione operino a una pressione superiore di oltre cinque volte rispetto a quella di un sistema classico.

Questo pone nuove sfide ai componenti del sistema. Alfa Laval ha sviluppato una gamma completa di scambiatori di calore per gestire in modo efficiente questi sistemi ad alta pressione. La gamma di scambiatori di calore per applicazioni con CO₂ include raffreddatori d’aria per celle frigorifere e raffreddatori di gas per aria ambiente, oltre a scambiatori di calore a piastre saldate utilizzati come economizzatori di CO₂, evaporatori o raffreddatori di gas per il recupero di calore.

- Ammoniaca: Un moderno sistema di refrigerazione ad ammoniaca offre un buon ritorno economico nel lungo termine, secondo Ångbäck. Gli scambiatori di calore a piastre di oggi possono ridurre il volume di ammoniaca di dieci volte o più nei grandi sistemi di refrigerazione indiretta rispetto ai vecchi sistemi ad ammoniaca a fascio tubiero.

“Abbiamo fornito migliaia di soluzioni compatte ed efficienti con scambiatori di calore a piastre semi-saldate con cassette saldate per grandi impianti di refrigerazione ad ammoniaca,” afferma Ångbäck. “Questi ora possono gestire anche pressioni più elevate per affrontare sistemi a cascata a due stadi ammoniaca/CO₂, migliorando le prestazioni energetiche nelle applicazioni a bassa temperatura.” I sistemi più piccoli possono utilizzare gli scambiatori di calore AlfaNova a piastre saldate per fusione, realizzati al 100% in acciaio inox. “Serve solo una carica molto bassa di ammoniaca, rendendo il sistema più economico e sicuro,” aggiunge Ångbäck.

- Idrocarburi: Gli idrocarburi sono ora ampiamente utilizzati negli apparecchi di refrigerazione domestici per sostituire i refrigeranti dannosi. I sistemi commerciali più grandi possono funzionare anche con il propano come refrigerante. Gli scambiatori di calore a piastre saldate in rame di Alfa Laval sono utili per mantenere il volume di gas propano infiammabile il più basso possibile in un sistema indiretto, tipicamente utilizzando una soluzione di glicole o CO₂ liquida come fluido secondario, afferma Ångbäck.

Un sistema intelligente porta a un raffreddamento efficiente

L’impianto di raffreddamento distrettuale di Copenhagen Energy ha una capacità di circa 12 MW ed è basato su tre diversi principi di raffreddamento – raffreddamento libero, raffreddamento ad assorbimento e raffreddamento a compressore. Questo lo rende un sistema molto flessibile e altamente efficiente dal punto di vista energetico.

Alfa Laval ha fornito sette scambiatori di calore a piastre all’impianto: uno in titanio, tre evaporatori e tre condensatori. Jan Don Høgh di Copenhagen Energy afferma che le ragioni per scegliere gli scambiatori di calore Alfa Laval sono la “grande efficienza e le basse perdite di pressione.” Inoltre, aggiunge, “Alfa Laval è un fornitore ben noto di scambiatori di calore.” Lo scambiatore di calore a piastre in titanio Alfa Laval viene utilizzato nel sistema di raffreddamento libero, dove l’acqua di mare viene pompata dal porto di Copenaghen e utilizzata per raffreddare l’acqua del distretto. Le piastre in titanio sono necessarie per evitare la corrosione causata dall’acqua salata. In inverno, quando la temperatura dell’acqua di mare è inferiore a 5,5°C e la richiesta di raffreddamento è inferiore a 2400 kW,

Copenhagen Energy utilizza solo il sistema di raffreddamento libero per raffreddare l’acqua del distretto. Quando la temperatura dell’acqua di mare è tra 5,5°C e 11,5°C, lo scambiatore di calore viene utilizzato per il pre-raffreddamento dell’acqua, prima che venga raffreddata da un sistema di refrigerazione a compressore fino alla temperatura desiderata. L’impianto di Copenhagen dispone di tre di questi sistemi di refrigerazione, ciascuno con un evaporatore in acciaio inox Alfa Laval e un condensatore in titanio Alfa Laval.

L’acqua di mare viene poi utilizzata per raffreddare il refrigerante naturale ammoniaca nei condensatori. Quando la temperatura dell’acqua di mare supera gli 11,5°C, l’acqua di mare è troppo calda per essere utilizzata per il raffreddamento libero e i refrigeratori forniscono tutto il raffreddamento.

Il sistema di raffreddamento libero è altamente efficiente dal punto di vista energetico, spiega Alireza Rasti, sales manager di Alfa Laval in Danimarca. “Quando l’acqua di mare è abbastanza fredda da svolgere il lavoro di raffreddamento da sola, non è necessario far funzionare i compressori,” afferma. “Utilizzando solo le pompe dell’acqua di mare, si consuma solo una frazione dell’elettricità normalmente necessaria.”