Sant'Inventore dell'aria condizionata...

In queste calde giornate di inizio estate, sia a casa che sul posto di lavoro, in molti stanno ricorrendo al suo utilizzo per poter sopravvivere all’afa estiva e alle elevate temperature. Stiamo parlando dell’impianto di raffrescamento dell’aria, il “condizionatore”.

Il suo inventore fu un ingegnere meccanico americano, Willis Carrier, che, sfruttando le conoscenze sul comportamento termodinamico di alcuni fluidi, già note in precedenza, mise a punto un impianto di condizionamento dell’aria, a circuito chiuso. La sua utilità era quella di controllare e abbassare il livello di umidità in una tipografia di Brooklyn, dove l’elevata umidità rendeva inutilizzabile la carta.

Tutto questo succedeva ad inizio del secolo scorso, nel 1902, e tutt’oggi il principio di funzionamento degli attuali condizionatori è analogo a quanto progettato da Willis Carrier.

Come funzionano?

Per poter comprendere come avviene il raffrescamento da parte dei condizionatori, ènecessario analizzare il ciclo di funzionamento di queste apparecchiature. Le più comuni sono solitamente costituite da un’unità esterna e uno split che invece è situato all’interno del locale (unità interna). Le due unità sono collegate da tubi di rame, all’interno dei quali scorre il fluido refrigerante, da cavi di controllo e di comando e da collegamenti elettrici.

Il ciclo di funzionamento inizia dall’unità esterna che contiene al suo interno un compressore che ha la funzione di comprimere il fluido refrigerante, presente sotto forma di vapore, con il conseguente aumento della pressione e della temperatura dello stesso. All’uscita del compressore, il fluido refrigerante si trova ad una pressione di 20 atm e una temperatura di 80°C.

Successivamente, il vapore passa attraverso lo scambiatore di calore che, coadiuvato da un ventilatore, ha la funzione di disperdere il calore del fluido refrigerante nell’ambiente esterno e di abbassarne la temperatura. Lo scambiatore di calore viene chiamato, in gergo, condensatore: cedendo calore, una parte del fluido refrigerante condensa e passa dalla fase di vapore a quella liquida. Si ha a questo punto una miscela di vapore e liquido ad un pressione elevata e ad una temperatura più bassa rispetto a quella di entrata nello scambiatore.

Il terzo elemento è costituito da un organo di laminazione, ovvero da un tubo capillare che non è nient’altro che una strozzatura in cui viene fatto passare il fluido refrigerante e che permette l’abbassamento della pressione del fluido, alla quale corrisponde una diminuzione della temperatura. Il fluido in uscita è ora una miscela liquida e gassosa, a bassa pressione e ad una temperatura di circa 5°C.

Attraverso i tubi di collegamento all’unità interna, il fluido refrigerante giunge allo scambiatore di calore dell’unità interna (detto evaporatore): la miscela liquido + vapore è a una temperatura inferiore a quella del locale da raffrescare e con l’aiuto di ventole, la parte liquida del refrigerante assorbe calore dal locale, diventando vapore e permettendo l’abbassamento della temperatura dell’aria interna.

Evaporata completamente la parte liquida, il fluido è presente solo sotto forma di vapore e mediante tubi di collegamento viene riportato all’unità esterna dove inizia nuovamente il ciclo.

Altre funzioni del condizionatore: deumidificatore e pompa di calore

I condizionatori, durante il processo di raffreddamento, deumidificano contemporaneamente l’aria ambiente, ovvero la rendono più secca, contribuendo ad abbassare la temperatura percepita, che dipende sia dalla temperatura che dall’ umidità. Molti condizionatori hanno incorporata una funzione specifica di deumidificazione che permette di diminuire l’umidità presente nel locale, senza raffrescarlo, ma contribuendo in tal modo al benessere dei suoi occupanti.

Durante la stagione fredda, alcuni condizionatori possono essere usati come pompe di calore per riscaldare l’ambiente interno. Questi apparecchi sono dotati di una valvola ad inversione a 4 vie che permette di invertire il ciclo di funzionamento: è come se il condizionatore cercasse di raffrescare l’esterno e il calore prodotto viene rilasciato all’interno dell’ambiente, che quindi si riscalda.

Che tipi di fluidi refrigeranti vengono usati?

Oggigiorno i fluidi refrigeranti utilizzati sono miscele di idrocarburi fluorurati, come R-410A, che hanno sostituito l’utilizzo del freon (famiglia di composti chimici derivanti dal metano e dall’etano contenenti atomi di cloro, fluoro e bromo al posto degli atomi di idrogeno). Con il Regolamento europeo CE2037/00, dal 2015 non possono infatti essere più utilizzati gli idroclorofluorocarburi (HCFC) che contribuivano, a causa della presenza degli atomi di cloro, al danneggiamento dello strato di ozono.

Consigli di mantenimento

E’ importante pulire periodicamente i filtri dello split, sui quali va a depositarsi della polvere, che rende meno efficiente l’apparecchio e può portare a problemi respiratori dovuti all’aria filtrata male.

Per quanto riguarda gli interventi sull’unità esterna, è invece necessario affidarsi a tecnici professionisti: in linea teorica, il fluido refrigerante circola in un circuito chiuso e non dovrebbe scaricarsi a meno di eventuali perdite.

In conclusione, anche se il condizionatore può essere oggetto di dispute, in particolare sul posto di lavoro dove è difficile trovare una condizione di comfort comune a tutti gli occupanti dello stesso locale, il condizionatore, nella sua funzione di raffrescamento o di deumidificatore, rimane un valido aiuto per combattere la calura estiva. Andrebbe comunque usato con moderazione, in modo da non essere soggetti a forti sbalzi di temperatura nel passaggio dai locali chiusi agli ambienti esterni.