Il ciclo frigorifero è un processo termodinamico che permette di trasferire calore da una sorgente a bassa temperatura a una sorgente a alta temperatura, utilizzando un lavoro meccanico o termico. Il ciclo frigorifero è alla base del funzionamento di apparecchi come il frigorifero, il congelatore, il condizionatore e la pompa di calore.

Esistono diversi tipi di ciclo frigorifero, ma il più comune e semplice è quello a compressione di gas refrigerante, che utilizza un fluido refrigerante che cambia fase da liquido a gassoso e viceversa con relativi parametri di pressione e temperatura.

Proviamo a seguire nel circuito il gas e le grandezze di pressione e temperatura in funzione del suo stato: Liquido o gassoso.

Semplifichiamo molto la cosa per capire le basi essenziali guardando la figura seguente:

Il ciclo a compressione di vapore si compone di quattro fasi principali:

• Compressione: il fluido refrigerante, in forma gassosa ed a bassa pressione e temperatura, entra nel compressore, dove viene compresso allo stato liquido aumentano pressione e temperatura, e cambiando stato da gassoso a liquido.
• Condensazione: il fluido refrigerante, allo stato liquido, passa nel condensatore, dove cede calore all’ambiente esterno tramite la ventola e si trasforma in liquido saturo a alta pressione e temperatura.
• Espansione: il fluido refrigerante, in forma di liquido saturo ad alta pressione e temperatura, attraversa una valvola di laminazione, dove subisce una brusca riduzione di pressione, diventando così una miscela bifase di liquido e gas a bassa pressione e bassa temperatura.
• Evaporazione: il gas refrigerante, in forma di miscela liquido / gassosa (a bassa pressione e bassa temperatura), entra nell’evaporatore, dove assorbe calore tramite la ventola aumentando la percentuale gassosa della miscela.

Il ciclo si ripete continuamente, quando un condizionatore è acceso e deve raggiungere la temperatura di set point.

Se il ciclo del gas può confondere un po’ le idee, possiamo estremizzare con questo riepilogo

• Se il gas refrigerante è compresso, cambia stato e diventa liquido.
• Il gas liquido aumenta pressione e temperatuta
• Il gas liquido se viene “spruzzato” torna allo stato gassoso (immaginate il gas con cui si ricaricano gli accendini)
• Il gas allo stato gassoso scende di pressione e si abbassa di temperatura
• La ventola del condensatore fa uscire dal condensatore stesso aria calda per scambio di calore con la batteria contenete gas caldo
• La ventola dell’evaporatore fa uscire aria fredda dall’evaporatore stesso per scambio di calore con la batteria contenete gas freddo.

Per capire di quali temperature stiamo parlando esistono tabelle di temperatura / pressione per ogni tipologia di gas refrigerante. Indicativamente possiamo dire che il gas, dentro l’evaporatore, ha una temperatura di circa 5°C.

Invertendo il flusso del gas con delle particolari valvole predisposte (pompa di calore), possiamo ottenere in inverno, il riscaldamento di un ambiente utilizzando la funzione del condensatore.

Il più semplice condizionatore è sicuramente il monosplit

Componenti all’interno di un mono split

Collegamento tra unità interna (evaporatore e valvola lamellare) ed unità esterna (compressore e condensatore)

Questo è il concetto di funzionamento di tutti i condizionatori (VRV/VRF – Split – Dual Split – Trial Split – Chiller e pompe di calore). Escludiamo al momento gli assorbitori perchè, invece di utilizzare gas refrigeranti, usano una reazione chimica tra acqua calda e bromuro di litio.

Tenete bene a mente il concetto di scambio termico che avviene sul condensatore e sull’evaporatore perchè è esattamentte lo stesso processo che avviene nei Chiller (o gruppi frigo) dove, sull’evaporatore, non è l’aria a riscaldare il gas, ma è l’acqua. (si genera quindi acqua fredda, detta acqua refrigerata).

Nei chiller, Il processo del condensatore invece può dividersi in due tipologie:

• Ad aria (stesso processo visto nello split)
• Ad acqua con l’abbinamento di torri evaporative o con dry cooler

Nella foto sopra, vediamo un chiller che, vista la mancanza di ventole, possiamo definire condensato ad acqua.

Nella foto sotto, è evidente la presenza dei ventilatori, per cui ci troviamo di fronte ad un chiller condensato ad aria.

L’ultimissima cosa che si può notare da queste foto è quella di capire che lo scambio termico sull’evaporatore tra acqua e gas, avviene con gli stessi scambiatori visti nell’articolo sul riscaldamento (a fascio tubiero per la foto in alto ed a piastre per quella in basso)