Percorsi verso l'energia, progettazione ambientale Crediti per la conservazione dell'acqua per torri di raffreddamento evaporative

Le torri di raffreddamento evaporative svolgono un ruolo importante negli edifici ecologici riducendo significativamente il consumo di energia quando integrano o sostituiscono i tradizionali sistemi di condizionamento dell'aria, riducendo così l'impronta di carbonio e i costi operativi. Sebbene il raffreddamento evaporativo sia ottimo per risparmiare energia, consuma un po’ d’acqua, ma i benefici in termini di risparmio energetico superano il consumo di acqua, che in alcuni luoghi è una risorsa scarsa.

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La conservazione dell'acqua è quindi una priorità assoluta nella progettazione e nel funzionamento di apparecchiature raffreddate ad acqua e svolge un ruolo importante nella certificazione LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) dell'USGBC e in altri programmi di sostenibilità. LEED assegna punti di credito per ridurre il consumo di acqua.

Le opzioni LEED per ridurre il consumo di acqua potabile nelle torri di raffreddamento possono essere suddivise in due strategie:

Ottieni di più dall'acqua potabile. La prima strategia è diretta a massimizzare l'uso e il valore di ogni litro di acqua potabile utilizzata nel raffreddamento evaporativo ottimizzando i cicli di concentrazione (COC) della torre di raffreddamento. Il successo di questa strategia e la facilità o difficoltà di attuarla dipendono fortemente dalla qualità dell'acqua potabile disponibile.

Sostituzione dell'acqua non potabile. La seconda strategia raccomandata da LEED – che può essere combinata con la prima – consiste nel sostituire una parte dell’acqua totale consumata con acqua non potabile, come la condensa HVAC o l’acqua piovana. Analogamente all’uso del sole e dell’eolico come fonti di “energia alternativa” per sostituire o integrare il consumo di combustibili fossili, l’uso di acqua non potabile agisce come fonte di “acqua alternativa”, sostituendo l’acqua potabile potenzialmente scarsa. Ovviamente, la fattibilità di questo approccio dipende dal tipo di fonti di acqua non potabile disponibili.

Per alcuni di questi percorsi di progettazione, il raggiungimento della riduzione desiderata del consumo di acqua potabile comporta alcuni potenziali effetti collaterali e nuove sfide che devono essere valutate e affrontate. Ad esempio, aumentare il COC è più difficile quando l’acqua locale ha una durezza elevata. Un altro esempio è la condensa HVAC e l’acqua piovana che spesso rappresentano ottime opzioni naturalmente morbide per l’acqua non potabile. Va notato che questi introducono potenziali problemi di particolato aerodisperso che favoriscono la crescita biologica e di corrosività per le apparecchiature di raffreddamento.

Per comprendere il principio del COC, dobbiamo fare un passo indietro e comprendere le cause della perdita d’acqua in una torre di raffreddamento.

Evaporazione. Il vapore acqueo è uno dei principali sottoprodotti del raffreddamento evaporativo e l’Environmental Protection Agency (EPA) stima che circa 1,8 litri d’acqua vengono evaporati per ogni tonnellata ora di raffreddamento. Secondo l'EPA, "l'evaporazione è la funzione primaria di una torre di raffreddamento ed è il metodo che rimuove il calore dal sistema della torre di raffreddamento. La quantità di evaporazione non è generalmente mirata all'efficienza dell'acqua, poiché è responsabile dell'effetto di raffreddamento".

Fonte: EPA: Guida alla gestione dell'efficienza idrica – Sistemi meccanici, novembre 2017

Deriva, perdite e traboccamento.Sebbene l’evaporazione sia considerata una causa necessaria e accettabile di perdita d’acqua, altri modi di perdita d’acqua devono essere attentamente controllati.

La deriva è la piccola quantità di acqua sotto forma di nebbia o gocce d'acqua che viene espulsa dalla torre di raffreddamento con un effetto di raffreddamento benefico minimo o nullo. I produttori di apparecchiature risolvono questo problema includendo separatori di gocce, che controllano la perdita di deriva tra lo 0,05 e lo 0,2% della portata dell'acqua attraverso la torre di raffreddamento. Per un'applicazione da 500 tonnellate nominali con una portata di 1.500 gpm, la perdita di deriva potrebbe arrivare fino a 3 gpm, che è tipica delle unità a flusso incrociato e rappresenta circa l'1% del consumo totale di acqua.

Perdite o traboccamenti non dovrebbero verificarsi regolarmente in una torre di raffreddamento gestita e mantenuta correttamente. Gli allarmi di troppo pieno dovrebbero essere installati sullo scarico di troppo pieno, come tipicamente richiesto dai regolamenti idraulici ed edilizi, al fine di correggere rapidamente eventuali problemi di perdita o troppo pieno.