Nel corso della storia, alcune invenzioni hanno notevolmente migliorato la qualità della vita delle persone, inclusa la misura di temperatura sempre più precisa. Tra queste c’è senza dubbio l’aria condizionata.
Il riscaldamento non è mai stato un grosso problema: gli esseri umani hanno scoperto il fuoco e i focolari circa 2 milioni di anni fa, il che ha permesso loro di migrare verso climi più freddi. Il raffreddamento, invece, è stato a lungo una sfida.
Breve storia dell’aria condizionata moderna
Fino alla fine del 1800, i modi principali per sconfiggere il caldo erano solo la circolazione dell’aria (ventilatori) e il raffreddamento per evaporazione. Nel 1902, un ingegnere di nome Willis Carrier cercò di risolvere il problema della elevata umidità che influenzava negativamente i rotoli di carta, l’inchiostro e i macchinari di una tipografia di Buffalo (N.Y.). Un giorno di nebbia, mentre osservava la foschia, Carrier si rese conto che l’aria poteva essere asciugata facendola passare attraverso l’acqua fredda producendo condensa. Nel giro di un anno, aveva inventato un sistema alimentato elettricamente per rimuovere l’umidità dall’aria interna, che aveva anche l’effetto di ridurre la temperatura dell’aria. Questo fu l’inizio del moderno condizionamento dell’aria e del controllo per la corretta misura di temperatura.
Carrier non avrebbe potuto immaginare la miriade di modi in cui la sua invenzione avrebbe cambiato radicalmente il nostro modo di lavorare e di vivere. Non solo le macchine da stampa funzionavano meglio, ma il raffreddamento meccanico migliorò la produzione di cibo e bevande, prodotti farmaceutici e petrolchimici. Gli ospedali, i negozi, i teatri e l’industria dei trasporti, specialmente i viaggi aerei, hanno beneficiato della possibilità di controllare la temperatura e l’umidità. Raffreddando le stanze dei server e i centri elaborazione dati, l’aria condizionata ha anche reso possibile l’informatica high-tech e internet. In breve, l’aria condizionata con il suo preciso controllo della misura di temperatura ha dato origine all’economia globale, per non parlare del fatto che ha reso case, uffici, scuole, negozi e luoghi di culto più sopportabili nel tempo soffocante. Non c’è da stupirsi che la rivista TIME abbia nominato Carrier come una delle 100 persone più influenti del 20° secolo.
Misura della temperatura: tipi di HVAC residenziale, commerciale e industriale
Dopo più di un secolo dopo il brevetto iniziale di Carrier, oggi esistono diverse tipologie di sistemi di climatizzazione di varie dimensioni e con diverse tecnologie e capacità, a seconda dell’area che deve essere raffreddata. Naturalmente, i sistemi residenziali differiscono da quelli commerciali e industriali, poiché gli spazi e le esigenze degli utenti sono diversi.
Unità di condensazione A/C centrale
Per le case e gli edifici più vecchi, le unità con finestre indipendenti forniscono un gradito sollievo durante i periodi di calore e umidità elevati, ma in genere per una sola stanza. A partire dal 1970 circa, l’aria condizionata centralizzata è diventata onnipresente nelle case americane. Ha il vantaggio di essere silenziosa, discreta ed efficace nel raffreddare un’intera casa e assicura un preciso controllo della misura di temperatura. I sistemi ad aria forzata possono funzionare con elettricità o gas naturale e sono meno costosi rispetto alle tecnologie più recenti. Lo svantaggio è che richiedono una rete di conduttura, difficile e costosa da estendere per le aggiunte di stanze o da adattare nelle vecchie costruzioni. Negli edifici storici, tale retrofit è indesiderabile o addirittura impossibile.
Sistema mini-split
I mini-split, che non richiedono canalizzazioni e sfiati, sono un’eccellente alternativa all’aria condizionata centralizzata. La parte “mini” del loro nome deriva dalle unità interne a basso profilo dell’evaporatore che sono montate sulle pareti e richiedono solo piccoli fori per le varie linee: refrigerante, scarico della condensa ed elettricità. La parte “split” si riferisce all’unità di condensa esterna, che è separata (o “split”) dalle unità interne. Mentre i sistemi mini-split sono più costosi e hanno una capacità inferiore a causa delle loro dimensioni più piccole, sono più efficienti dal punto di vista energetico rispetto all’aria forzata, quindi costano meno per funzionare. Molte nuove case ed edifici sono costruiti con sistemi mini-split prive di condotti, in quanto servono anche come riscaldatori e permettono ad ogni stanza di impostare la propria temperatura.
Unità di condensazione A/C centrale
La società giapponese Daikin ha inventato il flusso di refrigerante variabile), VRF (variable refrigerant flow) nel 1982 ma questa tecnologia non si è diffusa nel mercato fino ai primi anni 2000. Il suo nome deriva dai compressori inverter e dai ventilatori dell’unità esterna che variano la loro velocità regolando l’alimentazione. La velocità variabile determina la quantità di refrigerante che i compressori erogano. Il VRF è simile ai mini-split in quanto ha unità interne/esterne, non prevede canalizzazioni e può riscaldare e raffreddare. La differenza principale è che le unità VRF hanno una capacità molto più alta, rendendo questo sistema una buona scelta per magazzini, strutture industriali ed edifici commerciali. È anche flessibile: un sistema può riscaldare o raffreddare diverse zone di un edificio allo stesso tempo.
Unità RTU
Molti edifici commerciali hanno sul tetto un’unità RTU (rooftop unit) per il raffreddamento e talvolta il riscaldamento. Come il nome implica, tutti i componenti HVAC per il ciclo del refrigerante (e del riscaldamento) sono alloggiati in un grande contenitore di metallo. In effetti, si potrebbe pensare a questo come a un cugino gigante dell’unità standard applicabile a finestra! La canalizzazione si collega direttamente al fondo della RTU per convogliare l’aria raffrescata all’edificio sottostante e ricevere l’aria calda. (Le unità di trattamento aria possono anche avere connessioni orizzontali se, per esempio, vengono collocate accanto a un edificio). Le prime applicazioni delle RTU furono i sistemi a volume d’aria costante (CAV), il che significa che avevano una portata d’aria fissa ottimizzata per una zona particolare. Tuttavia, questa portata non variabile portava, a volte, a un raffreddamento non uniforme in alcune parti dell’edificio e l’aria circolava più del necessario in altre. I sistemi a volume d’aria variabile (VAV) risolvono questi problemi, aumentando il comfort e incrementando l’efficienza energetica.
Sistema chiller
L’acqua è sia un fluido termico che un refrigerante. In un sistema tradizionale a caldaia, che si trova sia nelle case che negli impianti industriali, l’acqua calda o il vapore irradiano il calore negli spazi interni. Al contrario, un sistema ad acqua refrigerata assorbe il calore mentre spinge l’acqua raffreddata a circa 7 °C attraverso le tubature sotto i pavimenti, nei muri o sui soffitti. Questo metodo può raffreddare un edificio o, nel caso di un impianto di raffreddamento, serve diversi edifici o anche un’intera area ad alta densità (raffreddamento di quartiere).
Riscaldamento e raffreddamento geotermico
La temperatura dell’aria fluttua in modo diverso, ma a soli 3 metri di profondità si trova alla temperatura di 13 °C tutto l’anno. Il riscaldamento e il raffreddamento geotermico sono costosi in partenza, ma stanno attirando sempre più interesse in quanto i consumatori e le imprese cercano modi per ridurre il consumo di energia. Fondamentalmente, questi sistemi comprendono un anello di tubi interrati attraverso i quali circola l’acqua. Nella stagione fredda, l’acqua alla temperatura dell’aria viene mandata nel sottosuolo per riscaldarsi; quando torna in superficie, una pompa di calore porta l’acqua alla temperatura desiderata e la invia attraverso i tubi nell’edificio. Nella stagione calda, il sistema usa lo stesso principio ma al contrario. Senza unità esterne/RTU, i sistemi geotermici sono molto silenziosi ed esteticamente piacevoli. Ma più di questo, sempre più designer commerciali puntano alla certificazione LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) per i loro progetti, e le soluzioni alternative HVAC come il geotermico giocano un ruolo importante in questo obiettivo.
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