Nel panorama dell’impiantistica HVAC e della refrigerazione industriale, il chiller (o refrigeratore di liquido) rappresenta il pilastro fondamentale per il controllo termico di precisione. A differenza dei sistemi di climatizzazione tradizionali ad espansione diretta, il chiller ha l’obiettivo di raffreddare un fluido termovettore – solitamente acqua o una miscela di acqua e glicole antigelo – per poi distribuirlo alle utenze finali.

Trova largo impiego sia nel condizionamento di grandi complessi commerciali e direzionali attraverso impianti di climatizzazione idronici, sia nei processi industriali e manifatturieri in cui è indispensabile asportare calore da macchinari, linee di estrusione plastica, stampi, laser o processi chimici e alimentari.

I componenti fondamentali di un circuito frigorifero idronico

Un chiller è una macchina termica complessa basata sulla termodinamica degli scambiatiatori di calore e sui passaggi di stato di un gas refrigerante (fluorurato o naturale). Nonostante le varianti costruttive e di potenza, ogni unità motrice si compone di quattro elementi essenziali interconnessi:

• Il Compressore: Rappresenta il vero cuore pulsante del sistema. Ha il compito di aspirare il gas refrigerante a bassa pressione e temperatura dallo stadio precedente, comprimerlo e spingerlo ad alta pressione e temperatura verso il condensatore. In ambito industriale si utilizzano principalmente compressori di tipo Scroll (per potenze medio-basse) o a Vite (per grandi carichi termici).
• Il Condensatore: È lo scambiatore di calore in cui il gas refrigerante surriscaldato cede la propria energia termica all’ambiente esterno (aria o acqua). Durante questa fase, il refrigerante cambia stato fisico, passando da gassoso a liquido ad alta pressione.
• La Valvola di Espansione: Costituisce l’organo di laminazione. Il fluido refrigerante liquido vi passa attraverso, subendo una drastica perdita di pressione e una conseguente caduta termica prima di entrare nell’evaporatore.
• L’Evaporatore: È lo scambiatore di calore (spesso a piastre saldobrasate o a fascio tubiero) in cui avviene il ciclo utile della macchina. Il refrigerante, a bassissima temperatura, assorbe il calore dell’acqua di processo che scorre nel circuito idraulico secondario. L’acqua si raffredda per essere inviata alle utenze, mentre il refrigerante evapora tornando allo stato gassoso, pronto per essere nuovamente aspirato dal compressore.

Le differenti tipologie di Chiller: condensazione ad aria vs ad acqua

La classificazione principale dei refrigeratori industriali si basa sulla tecnologia costruttiva del condensatore e sul fluido utilizzato per lo smaltimento del calore residuo. Identificare la corretta tipologia in fase di ingegneria e progettazione è determinante per l’efficienza energetica stagionale dell’impianto.

Chiller raffreddati ad aria

In queste macchine, il condensatore è costituito da batterie alettate (in rame/alluminio o microcanale) investite da un flusso d’aria forzato generato da ventilatori assiali o centrifughi. Sono unità tipicamente installate all’esterno degli edifici (su tetti o piazzali).

• Vantaggi: L’installazione è semplificata, non richiedono un consumo idrico esterno e riducono al minimo i costi di manutenzione idraulica straordinaria.
• Svantaggi: Risentono direttamente della temperatura ambientale esterna. Durante le calde giornate estive, la temperatura di condensazione sale, determinando un incremento dei consumi elettrici del compressore e una leggera flessione della resa frigorifera. Presentano inoltre una rumorosità localizzata dovuta alla ventilazione.

Chiller raffreddati ad acqua

Questi sistemi utilizzano uno scambiatore a guscio e tubo o a piastre in cui il calore del refrigerante viene ceduto a un circuito d’acqua secondario. Tale acqua deve essere poi raffreddata esternamente tramite torri evaporative a circuito aperto o chiuso, oppure mediante sistemi a circuito chiuso come i dry cooler (raffreddatori evaporativi).

• Vantaggi: Sfruttando la temperatura dell’acqua (molto più stabile e bassa rispetto a quella dell’aria estiva), questi chiller operano a pressioni di condensazione inferiori. Garantiscono coefficienti di efficienza energetica stagionali (SEER / EER) nettamente superiori e ingombri d’installazione interna estremamente ridotti.
• Svantaggi: L’impianto è più complesso e oneroso, richiedendo torri o dry cooler esterni, pompe di rilancio dedicate e un rigoroso trattamento chimico dell’acqua per prevenire incrostazioni calcaree o proliferazioni batteriche.

I limiti operativi e le temperature di processo

I chiller standard sono progettati per produrre acqua refrigerata a temperature comprese tra i +4°C e i +15°C, perfette per alimentare le batterie di scambio termico delle unità di trattamento aria (UTA) o i circuiti di raffreddamento dei macchinari industriali generici.

Tuttavia, in settori specifici come la logistica dei surgelati, la petrolchimica o la farmaceutica, è necessario raggiungere temperature negative estreme, anche fino a -30°C. In questi scenari si configurano impianti speciali che impiegano miscele saline o glicolate ad alta concentrazione per impedire il congelamento del fluido all’interno dell’evaporatore, abbinate a logiche di compressione a vite frazionata o inverter di ultima generazione.