Condizionatore d'aria

Storia

Nel XIX secolo lo scienziato e inventore britannico Michael Faraday scoprì che comprimendo e liquefacendo l'ammoniaca si poteva raffreddare l'aria quando l'ammoniaca liquefatta veniva lasciata evaporare.

Nel 1842, il medico americano Dr. John Gorrie usò la tecnologia del compressore per creare ghiaccio, che usava per raffreddare l'aria per i suoi pazienti. ^[] Sperava alla fine di usare la sua macchina per fare il ghiaccio per regolare la temperatura degli edifici e pensò addirittura di raffreddare intere città con un sistema di unità di condizionamento centralizzato.

Applicazioni dell'aria condizionata

Gli ingegneri dell'aria condizionata dividono ampiamente le applicazioni dell'aria condizionata in comfort e processo.

Le applicazioni di comfort mirano a fornire un ambiente interno che rimane relativamente costante in una gamma preferita dagli esseri umani nonostante i cambiamenti nelle condizioni atmosferiche esterne o nei carichi termici interni.

Le applicazioni di processo mirano a fornire un ambiente adatto a un processo industriale o commerciale, indipendentemente dai carichi termici interni e dalle condizioni atmosferiche esterne. Anche se spesso nella stessa gamma di comfort, sono i requisiti del processo a determinare le condizioni, non le preferenze umane. Le applicazioni di processo includono:

• Sale operatorie ospedaliere in cui l'aria è filtrata ad alti livelli per ridurre il rischio di infezioni e l'umidità è controllata per limitare la disidratazione del paziente. Anche se le temperature sono spesso nella gamma di comfort, alcune procedure specialistiche come la chirurgia a cuore aperto richiedono temperature basse (circa 18 °C, 64 °F), e altre come quelle neonatali relativamente alte (circa 28 °C, 82 °F).

• Camere bianche per la produzione di circuiti integrati, prodotti farmaceutici ecc. in cui sono richiesti livelli estremamente elevati di pulizia dell'aria e di controllo della temperatura e dell'umidità per il successo del processo.

• Strutture per l'allevamento di animali da laboratorio. Poiché molti animali si riproducono normalmente solo in primavera, tenerli in stanze che rispecchiano le condizioni primaverili può farli riprodurre tutto l'anno.

• Condizionamento dell'aria degli aerei. Anche se nominalmente finalizzata a fornire comfort ai passeggeri e al raffreddamento delle apparecchiature, l'aria condizionata degli aerei presenta un processo speciale a causa della bassa pressione dell'aria all'esterno dell'aereo.

Altri esempi sono:

• Centri di elaborazione dati
• Fabbriche tessili
• Strutture per i test fisici
• Piante e aree di coltivazione agricola
• Strutture nucleari
• Miniere
• Ambienti industriali
• Aree di cottura e lavorazione degli alimenti

Sia nelle applicazioni di comfort che in quelle di processo, l'obiettivo non è solo quello di controllare la temperatura (anche se in alcune applicazioni di comfort questo è tutto ciò che viene controllato) ma anche fattori come l'umidità, il movimento dell'aria e la qualità dell'aria.

Nozioni di base e teorie sul sistema di condizionamento dell'aria

Ciclo di refrigerazione

Nel ciclo di refrigerazione, una pompa trasferisce il calore da una fonte a bassa temperatura in un dissipatore di calore a temperatura più alta. Il calore fluirà naturalmente nella direzione opposta. Questo è il tipo più comune di aria condizionata. Un sistema di aria condizionata refrigerata funziona più o meno allo stesso modo, pompando il calore fuori dalla stanza in cui si trova.

Questo ciclo sfrutta la legge universale dei gas PV = nRT, dove P è la pressione, V è il volume, R è la costante universale dei gas, T è la temperatura e n è il numero di molecole di gas (1 mole = 6,022×1023 molecole).

Il ciclo di refrigerazione più comune usa un motore elettrico per azionare un compressore. In un'automobile il compressore è azionato da una puleggia sull'albero motore, ed entrambi usano motori elettrici per la circolazione dell'aria. Poiché l'evaporazione si verifica quando il calore viene assorbito, e la condensazione si verifica quando il calore viene rilasciato, i condizionatori d'aria sono progettati per utilizzare un compressore per causare cambiamenti di pressione tra due compartimenti, e pompare attivamente un liquido refrigerante in un sistema chiuso. Il liquido di raffreddamento, o refrigerante, viene pompato nel compartimento raffreddato (la bobina dell'evaporatore). La bassa pressione fa sì che il refrigerante evapori portando con sé il calore. Nell'altro compartimento (il condensatore), il vapore del refrigerante viene compresso e forzato attraverso un'altra bobina di scambio termico, condensato in un liquido che poi rigetta il calore precedentemente assorbito dallo spazio raffreddato.

Un semplice schema stilizzato del ciclo di refrigerazione: 1) batteria di condensazione, 2) valvola di espansione, 3) batteria dell'evaporatore, 4) compressore.

Implicazioni per la salute

L'aria condizionata ha la stessa influenza sulla salute umana di qualsiasi sistema di riscaldamento generico. I sistemi di aria condizionata in cattivo stato di manutenzione (specialmente i grandi sistemi centralizzati) possono occasionalmente promuovere la crescita e la diffusione di microorganismi come la Legionella pneumophila, l'agente infettivo responsabile della malattia del legionario. L'aria condizionata può avere un effetto positivo su chi soffre di allergie e asma.

In gravi ondate di calore, l'aria condizionata può salvare la vita degli anziani. Alcune autorità locali hanno persino creato centri di raffreddamento pubblici a beneficio di coloro che non hanno l'aria condizionata in casa.

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