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Raffrescamento Adiabatico: Definizione e applicazioni
Contenuti
Conosciuto fin dall’antichità, il raffrescamento adiabatico rappresenta una strategia impiegata tanto in ambito bioclimatico come in sistemi di raffreddamento industriale per ridurre i fabbisogni energetici e migliorare il comfort termo-igrometrico.
Che cos'è il raffrescamento adiabatico?
In termodinamica una trasformazione si definisce adiabatica quando non avviene alcuno scambio di calore con l’esterno. Il raffrescamento adiabatico, detto anche evaporativo, è una strategia di raffrescamento passivo che consiste nell’abbassare la temperatura dell’aria attraverso l’energia latente impiegata nell’evaporazione dell’acqua, senza alterare il computo totale di energia presente nell’ambiente (entalpia).
È un sistema particolarmente efficace in climi caratterizzati da alte temperature e bassa umidità relativa.
Tipi di sistemi adiabatici
Una prima distinzione può essere fatta tra sistemi di raffrescamento adiabatico applicati in spazi esterni e in ambienti climatizzati interni
Raffrescamento evaporativo in spazi esterni
Il funzionamento energetico di un edificio è, come sappiamo, strettamente relazionato alle condizioni climatiche specifiche del luogo in cui si trova. Intervenire sull’ambiente esterno può dunque risultare vantaggioso per ridurre i fabbisogni energetici tanto quanto intervenire sull’edificio stesso.
I dispositivi di raffrescamento adiabatico più utilizzati in questo senso possono essere:
- Bacini o vasche d’acqua
- Vegetazione
- Nebulizzatori
Per far evaporare un grammo d’acqua è necessario apportare all’incirca 0,7 Wh, sufficienti a diminuire la temperatura di un metro cubo d’aria di 2 ºC nell’arco temporale di un’ora. La presenza di bacini o vasche d’acqua in posizioni strategiche, come ad esempio un patio, può dunque contribuire alla formazione di un microclima locale più fresco e umido, che contribuirà al funzionamento energetico dell’edificio.
Allo stesso modo la presenza di vegetazione, oltre ad abbassare la temperatura superficiale del terreno e ridurre gli apporti solari diretti, permette, grazie al processo evaporativo attraverso le foglie, un raffrescamento dell’aria di circa 40 W per m2 di superficie vegetale.
L’utilizzo di nebulizzatori è infine utilizzato per migliorare la sensazione di benessere igrotermico in spazi esterni di locali e attività commerciali, e consiste nel diffondere l’acqua sotto forma di minutissime gocce.
Raffrescamento evaporativo in ambienti interni
Quando l’evaporazione dell’acqua viene utilizzata per raffrescare un ambiente climatizzato,
a seconda della tecnica di umidificazione dell’aria possiamo distinguere tra:
- Raffrescamento diretto: l’aria viene introdotta nell’ambiente con una concentrazione di umidità maggiore dovuta all’evaporazione passando attraverso dei pannelli evaporativi
- Raffrescamento indiretto: l’aria viene introdotta nell’ambiente senza aumentare la concentrazione di umidità grazie all’utilizzo di uno scambiatore di calore. Da un parte l’acqua evapora, dall’altra lo scambiatore si occupa di utilizzare l’energia ottenuta per raffrescare l’aria immessa nell’ambiente.
- Raffrescamento misto: detto anche a due fasi, combina il raffrescamento diretto indiretto. È il metodo che permette di ottenere i rendimenti maggiori.
Questi tipi di sistemi trovano applicazione principalmente nella climatizzazione industriale, ma possono essere implementati anche a piccola scala, ad esempio in case passive ad alta efficienza energetica.
Come funziona questo sistema?
Come detto, nel raffrescamento adiabatico si sfrutta l’energia latente necessaria al passaggio di stato, da liquido a gas. Per comprendere meglio la trasformazione del calore sensibile in calore latente può risultare utile ricorrere al diagramma psicrometrico, attraverso cui possiamo visualizzare e determinare le caratteristiche dell’aria in funzione della sua temperatura e umidità. All’asse X abbiamo la temperatura di bulbo secco, all’asse Y la concentrazione di umidità assoluta, espressa in g/kg aria secca. Fissando queste due variabili possiamo determinare l’umidità relativa e l’entalpia, ovvero la quantità di energia presente nel sistema.
Possiamo vedere che, mantenendo la stessa entalpia, se apportiamo 1 gr di vapore acqueo a una temperatura di 25 ºC, ne aumentiamo l’umidità relativa di un 10% riducendo a cambio la temperatura dell’aria di circa 2 ºC.
Facendo evaporare un grammo al secondo, apporteremmo quindi all’ambiente una carica frigorifera di 2,4 kW, sufficiente a climatizzare uno spazio ben isolato e con schermature solari efficaci.
Raffrescamento adiabatico vs. climatizzazione tradizionale
Il raffrescamento adiabatico si differenzia dalla climatizzazione tradizionale principalmente per:
- L’utilizzo dell’acqua come fluido refrigerante, evitando così l’uso di clorofluorocarburi (CFC), responsabili dell’assottigliamento dello strato di ozono nell’atmosfera
- La necessità di un apporto minimo o nullo di energia per il suo funzionamento
- Il fatto che la temperatura che possiamo raggiungere diminuisce all’aumentare la temperatura esterna, con un miglioramento del rendimento del sistema. Ciò è esattamente l’opposto di ciò che accade in un sistema tradizionale ad aria condizionata.
Tuttavia, rispetto a un sistema tradizionale, la sua applicazione risulta ideale in climi poco umidi e in edifici con indici di affollamento limitati.
Architettura ed energia. Dalla preistoria all'emergenza climatica
Barnabas Calder
Anno: 2022
Attraverso questa storia dell'architettura Calder ci mostra come fin dall'antichità l'architettura sia dipesa dalla capacità delle società di produrre energia: dai ripari primordiali dei cacciatori-raccoglitori alle piramidi egizie, dai Greci e Persiani all'Impero Romano e alla dinastia Song, dalla rivoluzione industriale ottocentesca ai giorni nostri.
Il surplus crescente di cibo ha infatti permesso, storicamente, un'indipendenza e specializzazione crescenti della forza lavoro, con edifici monumentali eretti per celebrare e ostentare il potere e le capacità dei sovrani di quelle che inevitabilmente si convertirono in società fortemente gerarchizzate. Una storia dell'architettura inedita e interessante, che non ti lascerà indifferente!
Manutenzione e pulizia dei sistemi adiabatici
Un aerorefrigerante adiabatico si compone principalmente di:
- Una batteria d’acqua
- Collettori d’acqua
- Ventilatori
- Quadro di controllo
- Pannelli evaporativi
Una revisione e manutenzione periodica di tali elementi è fondamentale per garantire un corretto funzionamento, in particolar modo in relazione alla pulizia dei pannelli evaporativi, generalmente realizzati in cellulosa. La maggiore o minore resistenza al passaggio dell’aria, così come l’uniformità dell’umidificazione del pannello determineranno infatti l’efficienza energetica del sistema.
Quanto costa un sistema di raffrescamento evaporativo?
I costi di installazione e manutenzione di un sistema di raffrescamento adiabatico dipendono dal tipo di sistema utilizzato, dalle potenze termiche e dalla ventilazione necessaria a climatizzare l’ambiente.
L’investimento iniziale è tendenzialmente simile a quello di un sistema di raffrescamento tradizionale, ma suppone ingenti risparmi nel consumo di acqua e negli altri costi operativi e di gestione.
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