Esperto risponde: la temperatura di evaporazione

Negli impianti frigoriferi per il raffrescamento dell’aria la temperatura di evaporazione è sempre all’incirca di 5°C o poco meno. Come in qualsiasi impianto frigorifero, anche in quelli che sono dedicati al condizionamento dell’aria la temperatura di evaporazione del refrigerante deve sempre essere inferiore a quella del fluido che si desidera raffreddare.

Laddove il fluido da trattare è l’aria, per il suo raffreddamento alle consuete temperature, che garantiscono il benessere degli occupanti l’ambiente condizionato nei casi in cui non siamo in presenza di alti tassi di umidità, sarebbe sufficiente, quindi, mantenere una temperatura di evaporazione intorno ai 18-20°C giacchè le temperature che vengono impostate dagli utenti generalmente non sono mai inferiori ai 22-24°C (a meno di scriteriati casi!). L’aria è un fluido che ha una capacità termica molto bassa e quindi un differenziale di temperatura di evaporazione di 4-6°C potrebbe essere sufficiente per ottenere il suo raffreddamento fino alle temperature desiderate.

Tuttavia non bisogna dimenticare che uno degli scopi, se non lo scopo principale, del condizionamento dell’aria è quello di esercitare un’azione deumidificante sull’aria stessa, poichè generalmente essa è sempre caratterizzata da elevati tassi di contenuto di vapor acqueo, che inducono le persone a percepire temperature molto superiori a quelle effettive che caratterizzano l’aria. Per ottenere un effetto deumidificante sull’aria non è sufficiente far lavorare il circuito frigorifero con differenziali di temperatura di evaporazione di piccola entità, come riportato in precedenza. Per sottrarre umidità all’aria è indispensabile scendere con la temperatura al di sotto della sua temperatura di rugiada: solo in questo caso è possibile deumidificarla, in maniera tanto maggiore quanto più è alto il raffreddamento a cui la si sottopone. Per ottenere un elevato raffreddamento la temperatura di evaporazione del fluido frigorifero all’interno del circuito deve essere mantenuta a valori bassissimi.

A fronte dell’esigenza di raffreddare l’aria fino a basse temperature per poterla deumidificare efficacemente, si contrappone l’altra priorità che risulta essere più una scelta tecnica di convenienza che essere fondata su motivazioni tecnologiche. Tale esigenza è quella che nel campo del raffrescamento dell’aria si preferisce non scendere mai con le temperature di evaporazione al di sotto di 0°C per evitare fenomeni di brinamento della batteria evaporante. Questo perchè, in caso contrario, si dovrebbe provvedere a dotare l’apparecchiatura di condizionamento anche di un sistema di sbrinamento, cosa non impossibile o difficoltosa da realizzare ma che si preferisce evitare in quanto richiederebbe soluzioni non banali dal punto di vista tecnico ed economico.

Per tali opposte ragioni normalmente si preferisce tenere una temperatura di evaporazione del refrigerante all’interno del circuito frigorifero attorno ai 5°C: mediante essa si riesce ad avere un elevato differenziale di temperatura tra aria da raffreddare e temperatura della batteria evaporante (circa 20°C) cosicchè è possibile ottenere un soddisfacente grado di deumidificazione dell’aria che viene trattata. Nel contempo, non scendendo con la temperatura del refrigerante al di sotto di 0 °C non si verificano fenomenti di brinamento della batteria stessa che, infatti, normalmente, durante il funzionamento dell’apparecchiatura di condizionamento, risulta essere solamente bagnata.

La temperatura di evaporazione e il raffreddamento dell’acqua di un circuito secondario

Nel caso in cui il circuito frigorifero debba raffreddare l’acqua di un circuito secondario, destinata al raffrescamento di un ambiente, come nel caso dei chiller, ad esempio, la temperatura di evaporazione viene mantenuta attorno a valori leggermente inferiori a 5°C. Infatti, molto spesso, 5°C è la temperatura che deve raggiungere l’acqua che esce dallo scambiatore di calore e che viene inviata alle utenze (ventilconvettori, travi fredde ecc.) dell’impianto. Per tale motivo si ha la necessità di avere una temperatura di evaporazione inferiore a tale valore sempre mantenendo l’accortezza, però, che l’acqua che viene raffreddata non subisca alcun processo di congelamento perchè, in tale caso, si avrebbero conseguenze molto negative sul funzionamento del circuito frigorifero.

Tale acqua, infatti, anche se può essere miscelata con additivi che ne abbassano il suo punto di congelamento, corre sempre il rischio di solidificare quando all’interno dell’evaporatore si raggiungono temperature negative. Tali temperature si possono raggiungere in occasione di malfunzionamenti dell’impianto e, per evitare tale eventualità, particolare cura va posta ai dispositivi di protezione installati sul circuito idraulico. Tra i principali sicuramente possiamo ricordare il termostato antigelo ed il flussostato, di solito montati sulla mandata dell’acqua refrigerata, che hanno il compito di arrestare l’impianto frigorifero non appena si entra in condizioni critiche di funzionamento. Il primo interviene quando la temperatura dell’acqua in uscita dall’evaporatore scende a valori troppo bassi mentre il secondo arresta il compressore quando la portata di acqua che lascia l’evaporatore è troppo esigua. La loro funzione è complementare ed è finalizzata ad evitare che dentro l’evaporatore risulti esserci un flusso di acqua troppo ridotto rispetto alla potenza frigorifera che il compressore sta erogando: proprio in tal caso, infatti, si può avere un principio di congelamento dell’acqua.