La temperatura dell’aria può essere ridotta attraverso la transizione di fase dall’acqua liquida al vapore acqueo (evaporazione), in grado di rinfrescare l’aria utilizzando molta meno energia rispetto alla refrigerazione classica (quella basata sul ciclo frigorifero a compressione di vapore, come nei condizionatori tradizionali).
Semplici esempi naturali di raffreddamento evaporativo sono la sudorazione del nostro corpo, oppure la traspirazione degli alberi e delle piante.
Il raffreddamento per evaporazione provoca una caduta della temperatura dell’aria proporzionale alla caduta di calore sensibile e un aumento dell’umidità proporzionale al guadagno di calore latente.
L’efficacia del raffrescamento evaporativo è quindi inevitabilmente legata all’umidità relativa atmosferica: più bassa è l’umidità relativa, maggiore è l’efficacia del raffrescamento. Questo implica un diffuso utilizzo del raffrescamento evaporativo nei luoghi con clima molto secco (per esempio in alcune regioni dell’Australia o degli Stati Uniti). Nelle zone con umidità moderata questo tipo di raffrescamento trova ampio utilizzo in impianti industriali, ambienti di produzione, serre agricole, allevamenti.
In molti casi il raffreddamento evaporativo ha il vantaggio aggiuntivo di aumentare l’umidità dell’aria e di abbattere le polveri sospese, a beneficio del comfort degli occupanti dell’edificio.
A differenza della refrigerazione a ciclo chiuso, il raffreddamento per evaporazione richiede sempre una sorgente d’acqua e deve continuamente consumare acqua per poter funzionare.
Si possono distinguere sistemi di raffrescamento evaporativo diretto ed indiretto. Il refrigeratore evaporativo diretto (circuito aperto) viene utilizzato per abbassare la temperatura e aumentare l’umidità dell’aria utilizzando il calore latente di evaporazione, trasformando l’acqua liquida in vapore acqueo. L’aria calda e secca viene trasformata in aria fresca e umida. Il calore dell’aria esterna viene utilizzato per far evaporare l’acqua. L’umidità relativa aumenta fino al 70-90%, il che peggiora l’effetto di raffreddamento della traspirazione umana. L’aria umida deve essere continuamente espulsa all’esterno, altrimenti diventa satura e il processo di evaporazione si interrompe.
Il refrigeratore evaporativo indiretto (a circuito chiuso) utilizza il raffreddamento evaporativo diretto in aggiunta ad uno scambiatore di calore per trasferire l’energia fredda (assorbire il calore) all’aria di ingresso. L’aria umida rinfrescata proveniente dal processo di raffreddamento evaporativo diretto non entra mai in contatto direttamente con l’aria di alimentazione condizionata. La corrente d’aria umida viene espulsa all’esterno o utilizzata per raffreddare altri dispositivi. Il raffreddamento indiretto è una strategia efficace per i climi caldo-umidi che non possono permettersi l’aumento del contenuto di umidità dell’aria trattata a causa della qualità dell’aria interna e dei problemi di comfort termico umano.
Raffrescamento adiabatico
I dispositivi di raffreddamento evaporativo per uso residenziale e industriale utilizzano l’evaporazione diretta. L’aria viene mossa da un ventilatore e viene impiegata una pompa di acqua per bagnare i pannelli di raffreddamento evaporativo. Per raffreddare, l’aria viene aspirata dell’ambiente e fatta passare attraverso i pannelli bagnati, il calore nell’aria fa evaporare l’acqua dalle superfici umide che vengono costantemente riumidificate per continuare il processo. Una volta raffreddata, l’aria umida viene immessa nell’edificio, dove è necessario garantire un ricambio di aria per evitare la saturazione e quindi la perdita di efficacia del processo.
Raffrescamento con nebulizzazione
I sistemi di nebulizzazione funzionano forzando l’acqua, tramite una pompa ad alta pressione, a passare attraverso degli ugelli nebulizzatori con degli orifizi di pochi micrometri, producendo così una nebbia sottilissima. Le gocce d’acqua che creano la nebbia sono così piccole che evaporano molto velocemente, riducendo la temperatura dell’aria circostante in pochi secondi. La nebulizzazione viene utilizzata per applicazioni all’aria aperta, in grandi spazi parzialmente coperti, capannoni, serre, allevamenti e permette di raffrescare, umidificare e abbattere polveri ed odori presenti nell’aria.
