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Una delle prime cose che ogni studente di HVAC/R impara è che i condizionatori non creano aria fresca. Quello che fanno in realtà è rimuovere il calore da una data area.
Tutti i sistemi di refrigerazione funzionano trasferendo il calore, spostandolo da un’area designata a un’altra, raffreddando così quell’area designata e invertendo il flusso naturale di calore con l’applicazione di energia. Il modo in cui questo avviene, tuttavia, varia tra i quattro diversi tipi di sistemi di refrigerazione.
Quali sono i diversi tipi di sistemi di refrigerazione?
Mentre i quattro tipi di sistemi di refrigerazione hanno molte somiglianze, hanno altrettante differenze. Per aiutarti ad andare avanti, abbiamo suddiviso ognuno di essi in alcuni riassunti qui sotto.
Sistemi di refrigerazione a compressione meccanica
Il metodo del ciclo di refrigerazione più usato è la compressione meccanica. Ha applicazioni sia nel condizionamento dell’aria che nella refrigerazione commerciale e industriale.
Come suggerisce il nome, questi tipi di sistemi trasferiscono calore comprimendo meccanicamente il refrigerante in un liquido freddo a bassa pressione ed espandendolo in un gas caldo ad alta pressione. I refrigeranti sono sostanze che possono bollire a una vasta gamma di temperature con l’applicazione o la rimozione della pressione.
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Come tutti i liquidi, assorbono calore quando bollono in un gas e lo rilasciano quando condensano di nuovo in un liquido.
Le basi del processo riguardano lo spostamento del refrigerante dal lato a bassa pressione del sistema chiuso al lato ad alta pressione. Il refrigerante liquido bolle a 40°F sul lato a bassa pressione e assorbe il calore dall’aria interna calda.
Sul lato ad alta pressione del sistema, il calore viaggia dal refrigerante a vapore a 110°F all’aria esterna più fredda, e il processo si ripete.
Refrigerazione ad assorbimento
Il calore viene trasferito anche nei sistemi di refrigerazione ad assorbimento comprimendo ed espandendo il refrigerante.
Questi sistemi si basano sul processo di assorbimento e calore, invece di un compressore meccanico alimentato elettricamente, per spostare il refrigerante dal lato a bassa pressione a quello ad alta pressione. A differenza dei sistemi di refrigerazione a compressione meccanica, che tipicamente usano R-22 e R-410A come refrigeranti, i sistemi di refrigerazione ad assorbimento usano refrigeranti che altre sostanze sono attratte e assorbono.
Per esempio, i refrigeratori HVAC residenziali spesso usano ammoniaca come refrigerante e acqua come assorbente. L’acqua si trova in un componente chiamato assorbitore, dove aspira l’ammoniaca dal lato a bassa pressione del sistema e rimuove il calore mentre lo assorbe. Una pompa invia la soluzione acqua-ammoniaca a un generatore, che la fa bollire, separando l’ammoniaca dall’acqua prima di inviarla al lato ad alta pressione.
Oltre al processo di assorbimento, il calore viene utilizzato anche per spostare il refrigerante in tutto il sistema. Il calore può derivare da acqua calda, vapore, gas naturale o altre fonti di combustibile.
Raffreddamento evaporativo
A differenza dei sistemi di refrigerazione a compressione meccanica e ad assorbimento discussi sopra, il raffreddamento evaporativo non usa il tradizionale ciclo di refrigerazione. Invece, queste unità, spesso chiamate raffreddatori a palude, raffreddano l’aria esterna più calda soffiandola su cuscinetti imbevuti d’acqua quando entra in casa.
L’acqua assorbe il calore dall’aria ed evapora. L’aria più fredda viene incanalata nella casa e l’aria calda fuori di essa.
I raffreddatori evaporativi possono ridurre la temperatura dell’aria da 15° a 40°F ma sono più adatti per climi secchi, come quelli del sud-ovest degli Stati Uniti. Sono anche meno costosi da installare e usano circa un quarto dell’energia dei condizionatori d’aria centrali.
Refrigerazione termoelettrica
I sistemi di refrigerazione termoelettrica sono unici dagli altri tre tipi di refrigerazione in quanto non vengono usati refrigeranti o acqua. Questi sistemi usano una corrente elettrica e una termocoppia.
Una termocoppia è composta da due fili di metallo diversi che sono uniti alle due estremità. L’isolamento separa il resto dei fili l’uno dall’altro. Quando la corrente è diretta sulla termocoppia, un’estremità diventerà calda e l’altra fredda.
Invertendo la direzione della corrente si ha l’effetto di scambiare le giunzioni fredda e calda. L’estremità calda sarà tipicamente posta all’esterno dell’area da raffreddare con un dissipatore di calore collegato ad essa per mantenerla alla stessa temperatura dell’aria circostante.
Il lato freddo, che è sotto la temperatura ambiente, è posto nell’area da raffreddare, attirando il calore dall’aria.
Questo tipo di refrigerazione è generalmente usato per piccoli carichi di raffreddamento che possono essere difficili da accedere, come i sistemi elettronici.
L’ampio mondo della refrigerazione
La refrigerazione è solo una parte di un’intera industria costruita intorno al mantenimento di un’aria interna confortevole e sana, chiamata riscaldamento, aria condizionata, ventilazione e refrigerazione (HVAC/R).
Un intero universo di scienza esiste dietro ai modi in cui la refrigerazione opera per mantenere il mondo più fresco. Scopri di più su come funziona la refrigerazione.