CO₂ Refrigeration System for Cruise Ship Applications

Enex Technologies & Clauger-Technofrigo srl

Portare la refrigerazione naturale offshore: un sistema pionieristico di refrigerazione CO₂ per applicazioni su navi da crociera

Sommario esecutivo

La transizione dell’industria HVACR verso i refrigeranti naturali è ben avviata in supermercati, impianti industriali e edifici commerciali. Tuttavia, alcuni degli ambienti di refrigerazione più impegnativi rimangono in gran parte intatti da questa trasformazione.

Questo progetto dimostra che il futuro della refrigerazione sostenibile può andare ben oltre le applicazioni in terra ferma.

Attraverso una collaborazione strategica tra Enex Technologies e Clauger-Technofrigo srl, un sistema di refrigerazione CO₂ altamente innovativo è stato progettato e implementato con successo a bordo di una moderna nave da crociera, superando le sfide tecniche uniche, operative e di affidabilità associate agli ambienti navali.

Il progetto combina l’esperienza riconosciuta a livello globale di Clauger nell’ingegneria della refrigerazione industriale e nell’integrazione di sistemi complessi con la leadership di Enex Technologies nelle tecnologie avanzate di refrigeranti naturali, creando un’installazione che stabilisce un nuovo punto di riferimento per la refrigerazione marina sostenibile.

Il potere della partnership

Implementare con successo un sistema di CO₂ transcritico su una nave da crociera ha richiesto la convergenza di due aree di competenza complementari.

Enex Technologies ha portato con sé decenni di esperienza nei refrigeranti naturali e nelle tecnologie di CO₂ transcritica, supportate da un portafoglio completo di soluzioni climatiche per tutte le applicazioni HVACR progettate attorno a CO₂, propano, ammoniaca e acqua. L’azienda ha sviluppato numerose innovazioni volte a migliorare l’efficienza, l’affidabilità e la scalabilità dei sistemi a refrigerante naturale.

Clauger-Technofrigo S.r.l., parte del Gruppo Clauger, un’azienda francese a conduzione familiare fondata nel 1971 e attiva in più di 100 paesi, porta con sé oltre 50 anni di esperienza nella realizzazione di complessi progetti di refrigerazione industriale in tutto il mondo. Supportati da una rete di 28 siti operativi, combiniamo una rinomata competenza in refrigerazione industriale, trattamento dell’aria di processo e soluzioni ambientali con un supporto end-to-end su tutta la catena del valore, dall’ingegneria e produzione all’installazione, messa in servizio e servizi per il ciclo di vita.

Entrambe le aziende lavorarono insieme al compito cruciale di adattare il sistema alle specifiche esigenze dell’operazione delle navi da crociera. Il risultato è un progetto che nessuna delle due aziende avrebbe potuto realizzare da sola: una soluzione di refrigerazione CO₂ completamente integrata, capace di offrire prestazioni di livello industriale in uno degli ambienti operativi più impegnativi al mondo.

La sfida: portare la CO₂ oltre la riva

Sebbene i sistemi di CO₂ transcritici siano ora ampiamente accettati nei supermercati e negli impianti industriali, le applicazioni marine presentano un livello di complessità completamente diverso.

Un impianto di refrigerazione di una nave da crociera deve operare continuamente mentre attraversa diverse zone climatiche, incluse regioni tropicali dove le condizioni ambientali possono influire significativamente sulla pressione e sulle prestazioni del sistema.

Ulteriori sfide includono:

Questo progetto si proponeva di dimostrare che i refrigeranti naturali possono affrontare questi problemi offrendo affidabilità e prestazioni ambientali significativamente migliorate.

La soluzione tecnica

Al centro dell’installazione si trova un avanzato rack di CO₂ transcritico Yukon di Enex Technologies, progettato appositamente per l’operatività marittima.

Il sistema fornisce refrigerazione a due diversi livelli di temperatura:

Lo Yukon Rack si basa su una disposizione di compressori 4+4 con stadi di compressione dedicati a media e bassa temperatura.

Uno stadio compressore alimenta il circuito a temperature più elevate, mentre il secondo stadio serve l’applicazione di congelamento a basse temperature.

L’installazione è stata progettata con alti livelli di resistenza alla pressione su tutti i circuiti principali, con pressioni di progetto di 60 bar sul lato a bassa pressione: 80 bar per il ricevitore del liquido e 130 bar sul lato ad alta pressione. Questa configurazione è stata scelta per massimizzare la sicurezza tecnica e aiutare a prevenire interventi con valvole di sicurezza, anche in condizioni operative impegnative. Particolare attenzione fu data anche ai requisiti ambientali e di sicurezza a bordo nella progettazione elettrica e di isolamento, con cablaggio privo di alogeni e uno strato isolante adeguatamente selezionato.

Tecnologia innovativa a gravità

Uno degli aspetti più innovativi del progetto è l’applicazione della tecnologia proprietaria di CO₂ alimentata per gravità di Enex Technologies sul circuito refrigerato.

Il rack Yukon incorpora un ricevitore di liquidi orizzontale da cui la CO₂ liquida viene distribuita a due scambiatori di calore dedicati a piastre installate in parallelo.

Invece di affidarsi a pompe di circolazione meccaniche, il vapore generato all’interno degli scambiatori di calore ritorna naturalmente al ricevitore del liquido tramite la circolazione gravitazionale.

Questo design offre diversi vantaggi importanti:

Soprattutto, il design consente al profilo di temperatura CO₂ di seguire da vicino quello del fluido secondario. Rispetto alle soluzioni tradizionali, questo permette:

Raggiungere una circolazione naturale stabile in condizioni operative marine ha richiesto un’ingegneria eccezionalmente precisa e un bilanciamento dei sistemi da parte di entrambi i partner del progetto.

Architettura avanzata a più stadi

L’installazione incorpora una sofisticata serie di componenti progettati per massimizzare efficienza, affidabilità e sicurezza operativa.

I componenti chiave del sistema includono:

Pacchetto di compressione

Gestione termica

Il risultato è una minore domanda di energia per il compressore, una maggiore efficienza del sistema e costi operativi ridotti. In un ambiente offshore, dove l’efficienza operativa è un criterio chiave di prestazione, questa soluzione rappresenta un contributo importante alla sostenibilità e all’efficacia complessiva dell’installazione.

Alta affidabilità per l’operazione offshore

Per i sistemi di refrigerazione che operano nel mezzo dell’oceano, l’affidabilità è un principio di progettazione critico. A differenza delle installazioni terrestri, i sistemi di refrigerazione delle navi da crociera devono mantenere un funzionamento continuo indipendentemente dalla posizione, dalle condizioni climatiche o dall’accesso immediato al supporto tecnico. Anche piccoli guasti ai componenti possono causare costosi tempi di inattività e interruzioni operative.

Per affrontare queste sfide, il sistema CO₂ dello Yukon è stato progettato con livelli di ridondanza e protezione, garantendo la massima continuità operativa in tutte le condizioni. L’installazione è inoltre dotata della certificazione Lloyd’s per la nave e per gli scambiatori di calore, rafforzando ulteriormente la fiducia nella qualità, robustezza e conformità dei componenti principali.

Una caratteristica chiave dell’installazione è l’architettura di controllo a doppia pressione alta. La valvola elettronica ad alta pressione è uno dei componenti più critici di un sistema CO₂ transcritico, regolando continuamente le pressioni operative e garantendo prestazioni ottimali del sistema. Nelle configurazioni convenzionali, un guasto di questa valvola potrebbe compromettere il funzionamento del sistema e causare tempi di inattività significativi.

Per eliminare questo rischio, Enex Technologies ha incorporato una valvola meccanica parallela ad alta pressione, creando una strategia di controllo ridondante specificamente progettata per applicazioni offshore impegnative. Se la valvola elettronica primaria dovesse subire un guasto, la valvola meccanica parallela può mantenere il funzionamento del sistema, garantendo la continuità della refrigerazione e migliorando significativamente l’affidabilità complessiva.

Questo approccio offre un livello aggiuntivo di sicurezza particolarmente prezioso negli ambienti marini, dove un intervento tecnico immediato potrebbe non essere sempre disponibile.

Insieme, queste caratteristiche creano una piattaforma di refrigerazione altamente resiliente, capace di garantire prestazioni stabili, efficienti e affidabili durante lunghi viaggi attraverso diverse zone climatiche.

Per Enex Technologies e Clauger, l’affidabilità non è stata trattata come un accessorio ma come un obiettivo fondamentale di progettazione, garantendo che i benefici ambientali dei refrigeranti naturali possano essere forniti con la fiducia operativa richiesta dall’industria marittima.

Sistema di Protezione d’Emergenza

Una caratteristica particolarmente innovativa è l’unità di raffreddamento di riserva dedicata R134a collegata direttamente al ricevitore liquido.

Se si verifica un guasto imprevisto o problemi di alimentazione elettrica/di rete causano un aumento della pressione all’interno del circuito CO₂ , l’unità di riserva raffredda automaticamente il refrigerante contenuto nel ricevitore. Riducendo sia la temperatura che la pressione, il sistema stabilizza il funzionamento e fornisce tempo prezioso al personale a bordo per intervenire in sicurezza. Questa caratteristica è particolarmente importante nelle applicazioni marine, dove potrebbe non essere disponibile assistenza tecnica esterna immediata.

Impatto ambientale e industriale

Oltre al risultato tecnico, questo progetto rappresenta una tappa significativa nella decarbonizzazione della refrigerazione marina.

Adottando con successo la CO₂ come refrigerante principale, l’installazione dimostra che le tecnologie dei refrigeranti naturali possono offrire un’alternativa valida ai tradizionali refrigeranti sintetici anche in applicazioni offshore critiche.

Il progetto stabilisce una roadmap pratica per costruttori navali, operatori di crociere e specialisti della refrigerazione marina che desiderano ridurre l’impatto ambientale mantenendo i più alti standard di affidabilità operativa.

Dimostra che la tecnologia CO₂ transcritica non è più limitata a supermercati, magazzini o impianti industriali, ma è pronta per alcune delle applicazioni di refrigerazione più impegnative al mondo.

Perché questo progetto è rilevante?

Questo progetto è molto più di un’installazione di successo.

Rappresenta:

Combinando l’esperienza di Clauger nell’integrazione della refrigerazione industriale con la tecnologia avanzata CO₂ di Enex Technologies, questo progetto dimostra che la refrigerazione sostenibile può operare ovunque sia necessaria, anche in mezzo all’oceano.

Per decenni, i refrigeranti naturali hanno trasformato la refrigerazione sulla terraferma. Questo progetto dimostra che la transizione non si ferma a riva. Insieme, Enex Technologies e Clauger hanno dimostrato che la tecnologia CO₂ può navigare con successo in uno degli ambienti più impegnativi al mondo, creando un nuovo punto di riferimento per la refrigerazione marina sostenibile.

Diagramma semplificato del sistema:

I componenti più importanti dello schema sono: