Come funziona il tuo sistema di condizionamento domestico?

Il funzionamento di un sistema di climatizzazione domestico è mistificante per molti di noi. I forni sono facili da capire: riscaldano l'aria e la soffiano intorno alla casa attraverso le condutture. Le caldaie producono acqua calda o vapore e lo spostano in casa attraverso i tubi. Ma come fanno i sistemi di climatizzazione a rendere piacevole l'aria fredda e deumidificata durante i giorni estivi? Per capirlo, devi tornare a un principio che potresti aver appreso durante un corso di fisica al liceo o all'università: la legge scientifica secondo cui qualsiasi gas si raffredda mentre si espande di volume.

I componenti

Sebbene sia una leggera semplificazione, puoi pensare a un condizionatore d'aria come a una macchina che prende il calore dalla tua casa e lo scarica all'esterno utilizzando cinque parti correlate:

• Refrigerante
• Compressore
• Condensatore
• Valvola di espansione
• Serpentina evaporatore

Esistono molti tipi di sistemi di condizionamento d'aria che possono essere utilizzati in casa, tra cui unità per finestre, condizionatori d'aria portatili, condizionatori d'aria senza condotti e sistemi di condizionamento d'aria centralizzati. Nonostante le loro differenze, tuttavia, la fisica di come funzionano è la stessa e utilizzano tutti il processo di refrigerazione ad espansione diretta. In linea di principio, funziona in modo molto simile al frigorifero della cucina di casa tua.

Refrigerante

Il refrigerante è il "sangue" che pompa attraverso i tubi di raffreddamento nel sistema del condizionatore d'aria. Cambia stato da vapore gassoso a liquido mentre raccoglie il calore dalla tua casa e lo espelle all'esterno. Un refrigerante è una sostanza unica in quanto ha un punto di ebollizione molto basso. Ciò significa che cambia da liquido a vapore a basse temperature. Questa è la chiave per far funzionare in sicurezza un impianto di climatizzazione senza generare un pericoloso livello di calore. Il refrigerante, tuttavia, non si muove attraverso il sistema da solo; richiede un compressore per pomparlo.

Compressore

Pensa al compressore come al "cuore" del sistema, il componente che pompa il refrigerante attraverso tutti i componenti di refrigerazione in un grande circuito di rame. Il refrigerante entra nel compressore come vapore caldo a bassa pressione e lo lascia come vapore caldo ad alta pressione. Questa trasformazione sarà resa possibile dal condensatore.

Condensatore

Dal compressore, il vapore caldo del refrigerante si sposta verso il condensatore. Qui, il vapore del refrigerante caldo ad alta pressione viene raffreddato mentre passa attraverso le serpentine di condensazione. Le batterie hanno sottili alette metalliche (simili alla struttura sulla parte anteriore del radiatore di un'auto) che conducono il calore dalle batterie. Un ventilatore del condensatore soffia aria sulle alette per accelerare il raffreddamento del vapore all'interno delle batterie. (L'uso di un pettine ad alette durante la manutenzione ordinaria aiuta a mantenere queste alette in forma.) Quando il refrigerante si raffredda, cambia stato da vapore caldo a liquido caldo ad alta pressione e si sposta sulla valvola di espansione. Il compressore, la batteria del condensatore e la ventola del condensatore si trovano tutti in quella grande scatola rumorosa nel tuo cortile, che viene spesso chiamata unità di condensazione.

Valvola di espansione

La valvola di espansione è ciò che fa veramente il lavoro di raffreddamento. Quando il refrigerante liquido caldo passa attraverso una minuscola apertura ad alta pressione nella valvola su un lato, emerge come una nebbia fredda a bassa pressione sull'altro lato. Questo è il risultato di una proprietà naturale dei gas: quando un gas si espande, si raffredda. Il condizionatore d'aria non è altro che un dispositivo progettato per forzare l'espansione del gas refrigerante, ed è questo che crea la sua capacità di raffreddare l'aria espellendone il calore.

Serpentina evaporatore

Il prossimo passo è dove la tua casa viene effettivamente raffreddata. Il liquido freddo a bassa pressione che ora sta lasciando la valvola di espansione esterna scorre all'interno della batteria dell'evaporatore situato nel plenum della tua fornace. (Il plenum è la grande scatola di metallo tra il forno e le condutture.) Qui, l'aria più calda all'interno della tua casa soffia attraverso la serpentina dell'evaporatore e la riscalda, mentre allo stesso tempo la serpentina che trasporta il gas refrigerante espanso freddo raffredda il aria che soffia attraverso l'evaporatore. Questa aria raffreddata viene quindi fatta circolare attraverso la canalizzazione. Quando il refrigerante inizia a riscaldarsi, inizia a bollire e passa da un liquido freddo a un vapore caldo (un processo di evaporazione). Il vapore del refrigerante caldo torna quindi al compressore e all'unità di condensazione esterna, quando si espande e si raffredda ancora una volta, continuando il ciclo di raffreddamento.

Mettendolo insieme

Nella tipica unità di condizionamento d'aria centrale, il ciclo di raffreddamento è un processo continuo di refrigerante freddo che assorbe calore dall'aria interna e si espande in un gas caldo, viaggiando verso un'unità esterna dove espelle il calore e ritorna a un liquido freddo, quindi torna indietro all'interno per assorbire più calore e continuare il ciclo. Nonostante l'apparente complessità dei componenti, la fisica coinvolta è abbastanza semplice: il principio in base al quale un gas si raffredda sempre mentre si espande. Qualsiasi sistema di condizionamento o refrigerazione è semplicemente un sistema mediante il quale l'espansione e la condensazione del gas refrigerante viene attentamente controllata per sfruttare tale proprietà fisica.