Ottimizzazione della pressione intermedia di macchine a compressione di vapore a doppio stadio

In two-stage compression cycle with flash vapour separation, the pressure gain is commonly divided on the basis of the criterion of geometric mean between the condensation and evaporation pressure (GMP). Many authors have shown that the criterion of the geometric mean of the pressure underestimates the optimum intermediate pressure that maximizes the EER or COP of the cycle and have suggested other criteria in his place. In this work has been developed a mathematical model for the calculation of the performance of the two-stage vapour compression cycle with vapour separation by a flash tank in case of heat pump and refrigeration cycle. For the refrigeration cycle conditions examined are: evaporating temperature -35°C, condensing temperature 50°C, suction superheat 10°C, subcooling 5°C and cooling capacity 10 kW for R404A with scroll compressors or reciprocating compressors and R290 with reciprocating compressors. For heat pump the conditions examined are: evaporation temperature -15°C, condensing temperature 65°C, suction superheat 10°C, subcooling 5°C and heating capacity 25 kW for R134a with scroll compressors or reciprocating compressors and R290 reciprocating compressors. Many models of compressors were chosen from three companies for both low pressure stage high stage and from them was calculated the average isentropic efficiency as a function of the intermediate temperature for each case of the simulation. The calculations of the simulation were performed to obtain the performance of the vapor compression system obtaining the curves of COP or EER varying the intermediate temperature, this show how the criterion GMP always underestimates the intermediate pressure. The criterion AMT approximates the optimum for both cases of R290 and R404A with reciprocating compressors. In the case R404A and scroll compressors the closest criterion to the optimum is the GMT while in the case of R134a the maximum of the COP is obtained with the GMT with scroll and Beh for reciprocating compressors.

Nei cicli a compressione a due stadi con separazione del vapore di flash, il salto di pressione viene comunemente suddiviso sulla base del criterio della media geometrica tra le pressioni di condensazione e di evaporazione (GMP). Molti autori hanno dimostrato come il criterio GMP sottostimi la pressione intermedia ottimale che massimizza il EER o COP del ciclo e hanno proposto altri criteri in sua sostituzione. In questo lavoro è stato elaborato un modello matematico per il calcolo delle prestazioni del ciclo a compressione di vapore a due stadi con separazione del vapore mediante flash tank nel caso di funzionamento come pompa di calore e ciclo frigorifero. Per il ciclo frigorifero le condizioni investigate sono: temperatura di evaporazione -35°C, temperatura di condensazione 50°C, surriscaldamento all’aspirazione 10°C, sottoraffreddamento 5°C e potenza frigorifera 10 kW per R404A con compressori scroll o alternativi a pistoni e R290 con compressori alternativi. Per la pompa di calore le condizioni investigate sono: temperatura di evaporazione -15°C, temperatura di condensazione 65°C, surriscaldamento all’aspirazione 10°C, sottoraffreddamento 5°C e potenza al condensatore 25 kW. per R134a con compressori scroll o alternativi a pistoni e R290 con compressori alternativi. Sono stati scelti più modelli di compressori da tre ditte produttrici sia per lo stadio di bassa pressione che su quello di alta e da essi è stato calcolato un andamento medio del rendimento isoentropico in funzione della temperatura intermedia per ogni caso della simulazione. Sono stati svolti i calcoli della simulazione per ottenere le prestazioni della macchina a compressione di vapore ottenendo le curve di COP o EER al variare della temperatura intermedia che evidenziano come il criterio GMP sottostimi sempre la pressione intermedia. Il criterio AMT approssima l’ottimo per entrambi i casi del R290 e per R404A con compressori alternativi. Nel caso R404A e compressori scroll il criterio che più si avvicina all’ottimo è il GMT mentre nel caso di R134a il massimo del COP si ottiene con il GMT con gli scroll e Beh per compressori.