Comprensione di Direct raffrescamento evaporativo
Per capire come funziona un raffrescatore evaporativo è necessario conoscere le proprietà del calore, dell'aria e del vapore acqueo. Il tipo più comune di raffrescatore evaporativo è quello diretto, in cui l'aria calda esterna viene raffreddata all'interno della macchina e forzata nell'edificio per poi essere nuovamente espulsa all'esterno. Altri tipi sono l'indiretto e il lavaggio ad aria. In questo articolo ci concentreremo solo su raffrescamento evaporativo diretto.
Che cos'è il calore?
Prima di parlare del processo di raffreddamento, dobbiamo comprendere un po' la natura del calore, che esiste in due forme: calore sensibile (che si può percepire o "sentire") e calore latente (calore nascosto che non può essere rilevato con un termometro).
Il calore utilizzato per far evaporare l'acqua in vapore acqueo è chiamato "calore latente di evaporazione". Ad esempio, è il calore del pavimento caldo che viene ceduto per far evaporare l'acqua dopo un temporale estivo, o il calore del bruciatore della stufa che viene ceduto per far evaporare l'acqua in un bollitore. Quando l'acqua liquida si trasforma in vapore (il vapore acqueo non si vede) assorbe calore dall'ambiente circostante; la temperatura non cambia, ma la quantità di calore o di energia assorbita è contenuta nella struttura molecolare del vapore. raffrescamento evaporativo è possibile solo grazie a questo fenomeno naturale del calore latente.
Da dove proviene il calore latente?
Proviene dall'aria e dai materiali circostanti. Ogni volta che una sostanza cambia il suo stato da solido a liquido (da ghiaccio ad acqua) e da liquido a vapore (da acqua a vapore o da acqua a vapore), assorbe calore dall'ambiente circostante. Ciò significa che l'aria circostante, gli oggetti solidi e i liquidi si raffreddano cedendo il loro calore al processo di fusione o evaporazione.
Il calore totale è la somma del calore latente e del calore sensibile. È la quantità totale di calore in una stanza, composta da calore percepibile e calore non percepibile. Il calore totale si misura in kilojoule (kJ): 1000kJ corrispondono a circa 1000 BTU. L'evaporazione completa di un litro d'acqua assorbe circa 2000kJ di energia termica e ciò avviene all'interno del processo senza alcun apporto di energia esterna. Per questo motivo i condizionatori d'aria evaporativi utilizzano una quantità molto ridotta di energia elettrica per funzionare. L'unica energia richiesta è quella per l'azionamento della ventola e della pompa.
Il processo di raffreddamento ad aria evaporativa
Nelle macchine di raffreddamento ad aria a evaporazione diretta, il processo di scambio di calore è attivato da una pompa dell'acqua che eroga l'acqua ai pannelli di raffreddamento e da una ventola azionata da un motore che spinge l'aria esterna calda attraverso i pannelli di supporto. Questi componenti si combinano per accelerare il processo naturale di scambio di calore.
Durante il processo, parte del calore sensibile dell'aria (il calore che si percepisce) viene trasformato in calore latente (il calore che non si percepisce) quando l'acqua contenuta nel raffrescatore evaporativo si trasforma in vapore acqueo.
Questo processo di trasformazione del calore sensibile in calore latente fa sì che l'aria calda diventi più fredda, poiché parte del suo calore (sensibile) è stato utilizzato come spiegato sopra. La temperatura dell'aria si abbassa quindi. L'aria fredda viene quindi pompata nell'edificio e alla fine viene espulsa dall'edificio. Non viene mai rimessa in circolo.
I raffreddatori d'aria evaporativi aumentano leggermente l'umidità all'interno dell'edificio. Tuttavia, dobbiamo ricordare che anche la temperatura si è abbassata. È la combinazione di temperatura 
I raffrescatori d'aria evaporativi sono molto utilizzati in tutto il mondo perché sono in grado di creare condizioni confortevoli. Ad esempio, un'umidità dell'80% a 30°C è molto fastidiosa, ma un'umidità dell'80% a 16°C è abbastanza confortevole. Inoltre, il comfort è migliorato anche dall'aumento della velocità dell'aria in condizioni di caldo e i raffrescatori evaporativi creano un movimento d'aria sufficiente a minimizzare gli effetti dell'umidità.
Come si può vedere dal grafico sottostante, la temperatura e l'umidità sono inversamente proporzionali: durante la parte del giorno in cui le temperature sono più alte, l'umidità relativa è più bassa. Ecco perché le tecnologie raffrescamento evaporativo sono efficaci: funzionano meglio quando la temperatura è elevata, perché un'umidità relativa più bassa lascia spazio all'evaporazione.
Per capire come funziona un raffrescatore evaporativo come Breezair , è necessario avere una chiara idea della psicrometria: questa consiste nelle interazioni tra calore, umidità e aria, e in particolare come cambiare l'aria da una condizione all'altra. All'aumentare della temperatura, aumenta anche la sua capacità di trattenere l'umidità: l'umidità è quindi un fattore molto influente per il guadagno di calore. L'interazione tra i tre elementi sopra citati può essere spiegata in un unico diagramma, chiamato diagramma psicrometrico.
Chiariamo gli elementi del grafico stesso:
- TEMPERATURA A BULBO SECCO (DBT) Si riferisce alla temperatura dell'aria ambiente misurata con un normale termometro: è detta "secca" perché non è influenzata dall'umidità dell'aria. La temperatura di bulbo secco è un indicatore del contenuto di calore dell'aria se tutti gli altri fattori rimangono costanti. All'aumentare della temperatura DBT, aumenta anche la capacità di trattenere l'umidità dell'aria.
- TEMPERATURA DI BULBO UMIDO (WBT): La temperatura di bulbo umido è la temperatura misurata utilizzando un termometro il cui bulbo di vetro è coperto da un panno umido. La temperatura di bulbo umido indica il contenuto di umidità dell'aria. È estremamente importante considerare la WBT per i processi di raffreddamento per evaporazione, perché la differenza tra la temperatura di bulbo secco e quella di bulbo umido è una misura dell'efficienza di raffreddamento. Al 100% di umidità relativa, la temperatura di bulbo umido è uguale alla temperatura di bulbo secco.
- UMIDITÀ: Descrive la quantità di vapore acqueo presente nell'aria. Possiamo considerare due tipi di umidità:
- Umidità assoluta: la massa di vapore acqueo presente in una data massa d'aria, espressa in grammi di vapore acqueo (g) per chilogrammo di aria secca (kg).
- Umidità relativa (RH): la quantità effettiva di umidità nell'aria rispetto all'umidità totale o massima che l'aria può contenere a una determinata temperatura. Quando l'aria ha il 50% di RH, si dice che è satura al 50%. Man mano che l'aria si avvicina al 100% di saturazione, può assumere sempre meno acqua, finché, al 100% di UR, l'aria non può più contenere acqua.
Il grafico a destra rappresenta una tipica giornata estiva che mostra la temperatura e l'umidità relativa in una regione non tropicale.
Se abbiamo due di questi elementi, utilizzando il diagramma psicrometrico possiamo trovare facilmente il terzo: ad esempio, data una certa temperatura di bulbo secco e una certa temperatura di bulbo umido, è facile trovare l'umidità relativa, controllando l'intersezione di questi due valori.
In raffrescamento evaporativo, ci muoviamo nel grafico lungo linee di entalpia costante: ciò significa che stiamo parlando di un processo adiabatico, in cui non avviene alcun trasferimento di calore.
Quando si umidifica l'aria con l'evaporazione, le molecole d'aria portano con sé una parte di vapore acqueo, oltre al calore latente, che rappresenta quindi la quantità di umidità presente nell'aria. Grazie a una parte del calore latente, l'aria che entra nell'edificio dopo essere passata attraverso l'unità è più fredda.
Spostandosi nel diagramma psicrometrico dal punto A lungo una linea di entalpia costante, si aggiunge umidità all'aria (asse verticale), ottenendo proporzionalmente una diminuzione della temperatura di bulbo secco (asse orizzontale). Con raffrescamento evaporativo, la possibile riduzione massima della temperatura è il differenziale tra la temperatura di bulbo secco e quella di bulbo umido (chiamata depressione di bulbo umido): ciò significa che potremmo muoverci lungo la linea fino al punto C, dove l'umidità relativa è del 100%. Tuttavia, nessuna apparecchiatura è perfetta, quindi ci saranno alcune perdite nel raffreddatore: se consideriamo un raffreddatore efficiente al 90%, potremo quindi raggiungere il punto B, ottenendo così una riduzione di temperatura di 11,5°C.