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Università degli Studi di Napoli Federico II
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE IN INGEGNERIA MECCANICA PER L’ENERGIA E L’AMBIENTE
Dipartimento di Ingegneria Industriale
Scuola Politecnica e delle Scienze di Base
Relatori:
Ch.ma Prof.ssa Rita Mastrullo
Dott. Ing. Alfonso William Mauro
Correlatore:
Dott. Ing. Laura Menna
ANALISI DELL’EFFETTO DELL’INTERAZIONE CON L’UTENTE
E DELLO SBRINAMENTO SUI CONSUMI ENERGETICI DI UN
FREEZER NELLA REFRIGERAZIONE PROFESSIONALE
Candidato
Carmine Monti
Matr. M65/231

Sommario
Introduzione
Stato dell’arte
Scopo del lavoro
Modello utilizzato
Risultati
Conclusioni

Refrigerazione commerciale e
professionale
Refrigerazione Commerciale:
(supermarket)
• Vetrinette Refrigerate orizzontali
aperte
• Freezer in isola aperti/chiusi
Introduzione

Refrigerazione Professionale:
(Ristoranti, fast-food)
• Armadi frigo verticali con porte
opache
• Armadi frigo verticali con porte
trasparenti
Refrigerazione commerciale e
professionale Introduzione

Ecodesign
• Progettazione di apparecchiature efficienti dal punto
di vista dei consumi energetici.
Etichettatura energetica
• Assenza norme di riferimento per classificazione
energetica nella refrigerazione professionale e
commerciale
Introduzione

Ecodesign
• Studi statistici sui consumi
dei dispositivi presenti sul
mercato
Regressione lineare della
popolazione dei dati
disponibili per definire le classi
energetiche di riferimento
Stato dell’arte

Ecodesign
𝑹𝑻𝑬𝑪 = 𝑪𝟏 + 𝑪𝟐 ∗ 𝑨𝑭
𝒌𝑾𝒉
𝒅𝒂𝒚
C1
[kWh/day]
C2
[kWh/day* 𝒎 𝟐]
Freezer
Verticale, semi-
verticale 1.6 19.1
Orizzontale 4.2 9.8
Frigorifero
Verticale e
semiverticale 9.1 9.1
Orizzontale 3.7 3.5
Stato dell’arte
𝑬𝑬𝑰 =
𝑻𝑬𝑪
𝑹𝑻𝑬𝑪
∗ 𝟏𝟎𝟎

Interazione con l’utenza
• Aumento T cella
• Diminuzione della T di evap.
• Consumi più elevati
Apertura delle porte:
• Umidità nell’aria
• Infiltrazioni esterne
Formazione di
brina
Conseguenze dirette:
Sbrinamento
Conseguenze indirette:
Ulteriore Spesa
energetica
Stato dell’arte

Scopo del lavoro
Si vuole mostrare l’influenza sui consumi energetici e
dunque sull’EEI :
dei parametri operativi:
• 𝑁𝑜𝑝 ℎ−1
frequenza di apertura porte
• CC classi climatiche
dei parametri costruttivi:
• Geometria dell’evaporatore
• Cilindrata compressore
Le analisi parametriche sono state condotte tramite un modello
precedentemente sviluppato nel dipartimento di Ingegneria Industriale,
implementato in Matlab e validato sperimentalmente.

Cenni sul Modello
Caratteristiche del modello preesistente:
 Transitorio
 Zero dimensionale per le grandezze misurate nel
vano freezer
 Monodimensionale per le grandezze misurate
lungo i ranghi dell’evaporatore
 Simula la formazione di brina

Cenni sul Modello
Caratteristiche del modello preesistente:
 Transitorio
 Zero dimensionale per le grandezze misurate nel vano
freezer
 Monodimensionale per le grandezze misurate lungo i
ranghi dell’evaporatore
 Simula la formazione di brina
Integrazioni apportate al modello:
 Implementazione di un modello relativo al cibo
 Implementazione modello condensatore
Calibrazione del compressore con procedura AHRI

Cenni sul Modello
Logica di sbrinamento nel modello
Smart Defrost
Si attiva quando:
Δ𝑇 = 𝑇𝑐- 𝑇𝑒𝑣= 15 K
𝑇𝑐 = 𝑙𝑎 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑚𝑖𝑠𝑢𝑟𝑎𝑡𝑎
nei 15 minuti precedenti nel vano freezer
𝑇𝑒𝑣 = 𝑙𝑎 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑖 𝑒𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟𝑎𝑧𝑖𝑜𝑛𝑒
nei 15 minuti precedenti nel vano freezer

Cenni sul Modello
Calcolo consumi energetici nel modello:
𝑇𝐸𝐶 = 𝑒 𝑒𝑙 = 0
𝜃𝑡𝑜𝑡
𝑃𝑒𝑙 𝜃 ∗ 𝑑𝜃
0
𝜃𝑡𝑜𝑡
𝑑𝜃
=
𝐸𝑒𝑙
𝜃𝑡𝑜𝑡
𝑘𝑊ℎ
𝑑𝑎𝑦
𝑃𝑒𝑙 = 𝑃𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟 + 𝑃𝑑𝑒𝑓 + 𝑃𝑎𝑢𝑥 + 𝑃𝑣𝑒𝑛𝑡 [𝑘𝑊]
Il cooling load dell’impianto ovvero il carico termico totale sarà invece:
𝐸𝑐𝑙 = 𝐸 𝑎𝑖𝑟 + 𝐸𝑖𝑛𝑣 + 𝐸 𝑑𝑒𝑓 + 𝐸𝑓𝑎𝑛 + 𝐸 𝑎𝑢𝑥 [𝑘𝑊ℎ]

Risultati
Effetto delle classi climatiche di riferimento CC al variare della frequenza di
apertura porte 𝑁𝑜𝑝 ℎ−1
CC
Tamb
[°C]
𝜑 𝑎𝑚𝑏
[%]
ωamb
[gvap/Kgaria]
CC3 25 60 12
CC4 30 55 14
CC5 40 40 18.8
9
11
13
15
17
19
21
23
0 5 10 15 20 25 30
eel[kWh/day]
Nop [h-1]
Consumo elettrico
CC3
CC4
CC5

Risultati
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
0 5 10 15 20 25 30eair[kWh/day]
Nop[h-1]
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
0 5 10 15 20 25 30
edef[kWh/day]
Nop [h-1]
Consumo elettrico al variare delle classi climatiche CC e della frequenza di
CC3

Risultati
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
0 5 10 15 20 25 30 35
Δθdefr[min]
Nop [h-1]
Durata del Defrost
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
0 5 10 15 20 25 30 35
θinizio-defr[h]
Nop [h-1]
Frequenza defrost
Consumo elettrico al variare delle classi climatiche CC e della frequenza di
CC3

Risultati
INDICE DI EFFICIENZA ENERGETICA EEI al variare delle classi climatiche CC
e della frequenza di apertura porte 𝑁𝑜𝑝 ℎ−1

Risultati
CLASSE CLIMATICA CC3: Effetto dell’umidità relativa f[%] al variare di 𝑁𝑜𝑝 ℎ−1
La buona approssimazione
ottenuta con la regressione
lineare suggerisce il legame:
𝑬𝑬𝑰 = 𝒂 + 𝒃 ∗ 𝑵 𝒐𝒑
Dove si può pensare :
𝑎 = 𝑓(𝑇𝑎𝑚𝑏)
𝑏 = 𝑓(𝑇𝑎𝑚𝑏, 𝜑)
Eel = 0.2058*Nop + 10.015
Eel = 0.1251*Nop + 10.015
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
0 5 10 15 20 25 30
EEI[%]
Nop [h-1]
Consumo elettrico giornaliero
Hum 60%
Hum 0%

Conclusioni e sviluppi futuri
Conclusioni:
 I parametri operativi analizzati 𝑁𝑜𝑝 , 𝑇𝑎𝑚𝑏 , 𝜑 hanno un effetto sia sul carico
termico relativo al ricambio dell’aria, che sulla potenza assorbita per il defrosting.
Dunque influenzano l’indice di efficienza EEI
Sviluppi futuri:
 Si suggerisce dunque una modifica nel calcolo dell’indice di efficienza energetica EEI ed in
particolare nel calcolo del consumo energetico di riferimento RTEC che dovrà tener conto
dell’influenza dei parametri 𝑁𝑜𝑝 , 𝑇𝑎𝑚𝑏 , 𝜑
 Ottimizzazione dei parametri costruttivi citati in fase di progettazione dell’impianto

Grazie per la cortese attenzione

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Presentazione Carmine Monti

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Presentazione Carmine Monti