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Supermercati e vendita al dettaglio di prodotti alimentari: Implementazione rapida di sistemi di raffreddamento a CO₂
Fattori normativi: L'impatto dei divieti sugli HFC sull'uso dei sistemi di raffreddamento a CO₂
La messa al bando obbligatoria degli HFC, accelerata dall’Emendamento di Kigali al Protocollo di Montreal, ha spinto i supermercati ad abbandonare refrigeranti con elevato potenziale di riscaldamento globale. Recentemente, il CO₂ (R744) si è affermato come refrigerante naturale di scelta per rispettare tali normative, poiché il suo potenziale di riscaldamento globale è pari a 1 e il suo potenziale di riduzione dell’ozono (ODP) è nullo, almeno tra i refrigeranti di maggiore diffusione. Attualmente, i principali rivenditori devono rispettare scadenze stringenti per la conformità nell’UE, negli Stati Uniti e nel Regno Unito. Di conseguenza, la conversione ai sistemi di raffreddamento a CO₂ rappresenta un imperativo strategico per garantire la conformità alle normative e per rendere i sistemi resilienti rispetto all’intensificarsi del quadro regolamentare.
Vantaggio prestazionale: L’efficienza energetica dei sistemi di raffreddamento a CO₂ in ciclo transcritico per applicazioni a temperatura media
Nei settori lattiero-caseario, gastronomia e bevande in negozio, nonché nelle vetrine refrigerate, i sistemi transcritici a CO₂ offrono maggiore efficienza ai reparti lattiero-caseari e gastronomia. In queste applicazioni, studi di caso dimostrano che i sistemi transcritici a CO₂ consumano il 30% in meno di energia rispetto ai tradizionali sistemi a HFC funzionanti nelle stesse condizioni. L’eccellente efficienza energetica e le proprietà termodinamiche del CO₂ risultano ulteriormente potenziate quando altri sistemi impiegano sistemi integrati di recupero del calore. I sistemi adottano un’architettura di compressione parallela per gestire le escursioni termiche. I sistemi con architettura di compressione parallela operano con un’efficienza energetica costante e ottimale.
Impatto nella realtà: L'implementazione del sistema di raffreddamento a CO₂ da parte di un importante rivenditore britannico riduce il potenziale di riscaldamento globale (GWP) del 99% e il consumo energetico del 12%. Un grande rivenditore nel Regno Unito ha effettuato la sostituzione dei propri sistemi di raffreddamento con impianti transcriticali a CO₂ in oltre 200 punti vendita. Il progetto è stato supportato da una valutazione del ciclo di vita condotta da un ente terzo. L’implementazione ha eliminato il 99% dell’impatto diretto sul GWP legato al refrigerante e ha ridotto il consumo elettrico a livello di sito del 12%, portando a una riduzione dei costi pari a 740.000 dollari statunitensi per punto vendita ogni anno (Ponemon Institute, 2023). Questa transizione è avvenuta senza interruzioni operative, dimostrando la facilità di implementazione delle moderne soluzioni a CO₂ e la maturità della tecnologia. Processo alimentare e stoccaggio a freddo: Ampliamento dei sistemi di raffreddamento a CO₂ per soddisfare le esigenze di basse temperature. Esigenza operativa: Catene di approvvigionamento congelate che stimolano gli investimenti nei sistemi di raffreddamento a CO₂ per basse temperature. Per l’industria dei prodotti surgelati è essenziale disporre di sistemi di refrigerazione estremamente stabili ed energeticamente efficienti, in grado di gestire le operazioni di manutenzione senza superare la temperatura obiettivo di -25 °C, che rappresenta l’obiettivo normativo per l’industria dei prodotti surgelati, fissato a -18 °C. Questo livello di refrigerazione è oggi considerato indispensabile, poiché la produzione di prodotti surgelati cresce annualmente del 7% (Food Logistics, 2023). La domanda di pasti pronti al consumo e di proteine di origine vegetale spinge la richiesta di prodotti surgelati verso temperature superiori a -15 °C; tuttavia, tale innalzamento compromette l’intero processo produttivo.
Sistemi di raffreddamento a CO₂ a cascata e con circuito secondario per funzionamento a –40 °C
Un sistema di raffreddamento a CO₂ a cascata e con circuito secondario offre massima precisione e sicurezza per una varietà di applicazioni, tra cui lo stoccaggio di prodotti in stato liofilizzato o criogenico, grazie ad applicazioni di congelamento profondo come il congelamento rapido (blast freezing). Le configurazioni a cascata utilizzano ammoniaca o idrocarburi, in abbinamento al CO₂, all’interno di circuiti a due stadi per garantire un funzionamento a temperatura di –40 °C con una fluttuazione termica costante di ±0,5 °C e un intervallo di sbrinamento superiore al 40% del tempo di funzionamento. Grazie alla progettazione con circuito secondario, il CO₂ viene fatto circolare in un sistema chiuso e il refrigerante è separato dalle zone a contatto con gli alimenti, rispettando pertanto i requisiti FDA e BRCGS in materia di controllo della contaminazione. A –35 °C, questa specifica configurazione raggiunge un valore di COP pari al 130% rispetto ad altri sistemi a bassa temperatura che impiegano HCF (schiume ad alto contenuto di carbonio). Inoltre, il preriscaldamento dei condensatori a cascata migliora l’efficienza energetica del sistema.
Farmaceutici e latticini: sistemi di raffreddamento a CO₂ per un raffreddamento preciso essenziale ai fini della conformità
Direttiva normativa: FDA ed EMA preferiscono sistemi di raffreddamento a CO₂ con proprietà non corrosive e non infiammabili
I processi produttivi di farmaci e prodotti lattiero-caseari sono strettamente controllati da una serie di autorità regolatorie, quali la FDA e l'EMA, che pongono particolare attenzione all’impiego di refrigeranti in ambienti sterili e alimentari, richiedendo che tali refrigeranti non siano né infiammabili né tossici. Poiché il CO₂ (R744) è un refrigerante naturale, non sussiste alcun rischio di contaminazione derivante da perdite di refrigerante. I sistemi di raffreddamento a CO₂ rappresentano una soluzione conforme ai requisiti stabiliti dall’emendamento di Kigali relativo alla graduale eliminazione globale degli idrofluorocarburi (HFC) e idonea alla produzione di prodotti iniettabili e biologici, di latticini fermentati nonché di latte pastorizzato.
Stabilità del processo: i sistemi di raffreddamento a CO₂ garantiscono un controllo termico preciso (±0,3 °C) per i processi di pastorizzazione e per i prodotti biologici
I settori farmaceutico e lattiero-caseario richiedono un livello comparabile di sicurezza ed efficacia, ottenibile esclusivamente attraverso un controllo costante della temperatura. I sistemi di raffreddamento a CO₂ hanno raggiunto una stabilità fino a ±0,3 °C per prevenire la denaturazione delle proteine nei componenti vaccinali ad alto volume per il riempimento e la finitura, nella pastorizzazione in linea HTST con dialisi e nella distruzione microbica nel settore lattiero-caseario. La prevenzione della denaturazione è garantita ai clienti grazie alla peculiare capacità del CO₂ di controllare la temperatura, anche durante l’avviamento o in condizioni di carico elevato del sistema, in funzione della domanda. Durante la fase di congelamento nelle applicazioni a cascata con CO₂, la stabilità a -40 °C protegge l’integrità delle formulazioni di anticorpi monoclonali da danni indotti dal congelamento. Il CO₂ riduce inoltre il tasso di scarti dei lotti e consolida la fiducia dei clienti, diminuendo la frequenza di danni da congelamento negli ingredienti lattiero-caseari di alta gamma.
Logistica e centri di distribuzione: integrazione dei sistemi di raffreddamento a CO₂ in impianti frigoriferi a zone multiple
Flessibilità del sistema: sistemi ibridi CO₂/NH₃ e sistemi completamente a CO₂ per centri di distribuzione multi-temperatura
Fornire moderni centri logistici di distribuzione significa dover mantenere contemporaneamente diverse zone termiche, che vanno dalle banchine di ricezione a temperatura ambiente (15-25 °C) ai magazzini refrigerati (2-8 °C), ai magazzini congelati (-25 °C) e ai magazzini ultracongelati (-40 °C), il tutto all’interno di un’unica soluzione per il centro logistico. I sistemi ibridi CO₂/ammoniaca sfruttano al meglio l’efficienza dell’ammoniaca nelle applicazioni a bassa temperatura e quella della CO₂ nelle applicazioni a media e bassa temperatura, isolando così il rischio di contaminazione incrociata tra i refrigeranti. D’altra parte, le soluzioni progettuali completamente a CO₂ che utilizzano refrigeranti in cascata combinano soluzioni transcritiche e subcritiche. Le soluzioni progettuali per sistemi ibridi a CO₂ supportano inoltre tre caratteristiche che le soluzioni progettuali per sistemi modulari dovrebbero possedere, tra cui le seguenti tre:
- Ottimizzazione specifica per zona: Circuiti dedicati di refrigerante riducono il trasferimento termico indesiderato, preservando l’integrità della catena del freddo negli ambienti freschi e congelati.
- Capacità scalabile: Unità distribuite a CO₂ consentono di adeguare la capacità al flusso di lavoro dell’unità e alla sua crescita futura.
- Recupero integrato di energia: L’energia dispersa dai compressori di congelamento viene utilizzata per lo sbrinamento e il riscaldamento dello spazio dell’unità.
Tradizionalmente, entrambe le soluzioni progettuali consentono una riduzione dei costi annuali complessivi di energia del 15–20% rispetto ai sistemi multi-zona a refrigerante, nonché una minore quantità di refrigerante immagazzinato, minori perdite e costi inferiori legati alla conformità normativa, dovuti al processo più lungo necessario per sigillare il sistema.
Domande frequenti
Perché il CO₂ è preferito agli HFC nei sistemi di raffreddamento?
Il CO₂ è preferito grazie al suo basso potenziale di riscaldamento globale (GWP) pari a 1, al suo potenziale nullo di riduzione dello strato di ozono e alla sua conformità alle normative globali volte all’eliminazione graduale degli HFC. Esso rappresenta un’alternativa ecologicamente sostenibile ed efficiente.
Quali sono i vantaggi dei sistemi transcritici a CO₂ per i supermercati?
I sistemi transcritici a CO₂ rappresentano un miglioramento rispetto ai tradizionali sistemi a HFC, consumando circa il 30% in meno di energia e basandosi su una termodinamica intrinsecamente superiore, oltre a offrire capacità migliorate di recupero energetico.
Quali sono i vantaggi dei sistemi frigoriferi a CO₂ per i settori farmaceutico e lattiero-caseario?
I sistemi frigoriferi a CO₂ soddisfano gli standard e i requisiti normativi grazie a soluzioni di raffreddamento non tossiche, non infiammabili e chimicamente inerti. Inoltre, garantiscono un controllo preciso della temperatura per preservare l’integrità dei prodotti e la sicurezza.