Ottimizzare la refrigerazione per tagliare i consumi energetici

L’impatto ambientale della produzione del formaggio è in parte legato ai consumi di materia ed energia della fase di trasformazione in caseificio. Tali consumi, seppur rappresentano una quota relativamente bassa dell’impatto complessivo (Guerci et al., 2016) rappresentano un’opportunità per l’implementazione di misure di efficienza energetica, volte a ridurre l’impatto ambientale e, contestualmente, contenere la bolletta energetica del caseificio.

Si analizza nel seguito un caso specifico, il caseificio di Cereta della Cooperativa Santangiolina, mettendo in luce una serie di interventi di miglioramento energetico.

Il caseificio di Cereta

Il caseificio di Cereta (Mn) produce circa 50.000 forme all’anno di Grana Padano. È attualmente in corso un intervento importante di ampliamento dello stabilimento, che consiste nella realizzazione di un nuovo magazzino per la maturazione e stagionatura del prodotto, con una capacità complessiva di circa 100.000 forme. Grazie a questo ingente investimento, il caseificio prevede di aumentare la propria produzione di circa 10.000 forme all’anno.

La sensibilità ai temi ambientali ha portato Santangiolina nel 2015 ad ottenere la prima certificazione Carbon Footprint o impronta di carbonio per la produzione di Grana Padano Dop, in base allo schema ISO/TS 14067:2013.

Il nuovo magazzino

Nell’ambito della realizzazione del nuovo magazzino, caratterizzato da elevatissime prestazioni in termini di consumo energetico, la Cooperativa Santangiolina ha deciso di valutare diverse opzioni per il miglioramento complessivo dei consumi energetici. In particolare, diverse opzioni per la riduzione del fabbisogno di raffreddamento in caseificio (con recupero di calore dal siero, già in parte realizzato, per il preriscaldamento del latte in ingresso alle caldaie) e per l’utilizzo efficiente di un unico frigorifero per il trattamento dell’aria del magazzino e per le utenze di processo. L’intervento di centralizzazione sotto un unico gruppo frigorifero di tutte le utenze compatibili in termini di temperatura (>= 5 °C) consente di realizzare un sistema ad altissima efficienza, massimizzando le sinergie esistenti tra gli usi.

Gli elementi principali che caratterizzano l’efficienza del sistema sono i seguenti:

1. Installazione di un unico gruppo frigorifero, ad alta efficienza in tutto il range di funzionamento (anche ai carichi parziali)

2. Gestione del gruppo frigo in modo ottimizzato, variando la temperatura di produzione dell’acqua refrigerata e la temperatura di condensazione, garantendo prestazioni ottimali.

3. Dimensionamento idoneo delle batterie calde e fredde delle unità di trattamento aria, per consentire di ottenere le potenze di scambio richiesto con temperature moderate del freddo e del caldo

4. Sistema di free cooling dei magazzini

Come si può desumere dalle tabelle, le prestazioni del frigorifero (EER), date dal rapporto tra l’energia frigorifera prodotta e il consumo di energia elettrica, variano in modo rilevante, al variare delle condizioni di funzionamento.

L’alimentazione della batteria calda dell’UTA con il circuito di condensazione del gruppo frigo consente un risparmio importante di energia termica prodotta da fonte fossile, senza compromettere le prestazioni ottimali del gruppo refrigerante.

Gli istogrammi (fig 1 e 2) mostrano il risparmio ottenibile nei due casi: senza recupero di calore dal gruppo frigo e con recupero di calore dal gruppo frigo.

Come si nota l’adozione della soluzione con recupero di calore consente la pressoché totale eliminazione del consumo di energia da fonte fossile per la produzione di calore (barre arancioni nel grafico di destra).

Il magazzino implementerà inoltre un sistema di free cooling, che consente di sfruttare al meglio in contenuto energetico dell’aria esterna. L’effetto è particolarmente evidente nelle mezze stagioni, quando l’aria esterna è fresca e ha un contenuto di vapore idoneo alla climatizzazione naturale dei magazzini. La corretta regolazione dell’apporto di aria esterna consente di sfruttare anche d’inverno le caratteristiche dell’aria esterna, fredda e secca (in termini assoluti), miscelandola con l’aria di ricircolo, per ottenere i valori di temperatura e umidità voluti.

Il risparmio annuo è di circa il 15% sul freddo, con un piccolo aggravio dei consumi di post riscaldamento (alla diminuzione di energia frigorifera prodotta corrisponde una minor energia recuperata dal circuito di condensazione del frigo), compensato da una gestione attenta delle temperature di immissione (minor consumo di post riscaldamento).

Una riduzione aggiuntiva

Il risparmio energetico della soluzione proposta è dato dalla somma di due componenti:

1. funzionamento ottimale del frigorifero, mediante la gestione dinamica della temperatura dell’acqua refrigerata

2. recupero di calore

Grazie all’adozione del sistema sopra descritto, si stima di ottenere un risparmio energetico per la produzione del freddo del 70%, rispetto all’utilizzo del sistema di refrigerazione attuale. Grazie al recupero di calore, sarà inoltre possibile contenere a valori bassissimi il consumo di fonte fossile per la produzione di calore necessario al trattamento dell’aria del magazzino. Una riduzione aggiuntiva dei consumi energetici è possibile implementando un’ulteriore sezione di recupero nello scambiatore di raffreddamento del siero (in aggiunta a quella già presente). Tale intervento, già preso in considerazione per una fase successiva, è subordinato ad un periodo di monitoraggio necessario a definire in dettaglio il profilo di carico delle utenze di calore (CIP e acqua calda sanitaria).

tab. 1 T in uscita dal condensatore: 35 °C (condizioni estive):

T in uscita dal condensatore: 25 °C (mezze stagioni e inverno):

tab. 2 % di tempo ai vari gradi di parzializzazione (o spegnimento) del frigo