Climatizzazione: human factor ed efficienza energetica

Nelle estati sempre più torride i climatizzatori diventano grandi compagni dell’uomo. Il fenomeno dei cambiamenti climatici mette però a dura prova anche i più avvezzi ecologisti. L’aumento della temperatura media della Terra comporta una variazione della cadenza delle precipitazioni: piogge meno frequenti ma più intense, con conseguente aumento dei periodi di siccità e caldo intenso. L’utilizzo dei sistemi di climatizzazione non è solo utile ma in alcune situazioni diventa indispensabile.

Human factor e microclima

Per tutte quelle mansioni ad alto coefficiente di difficoltà e concentrazione è indispensabile fornire all’operatore un microclima confortevole. È provato da numerosi studi in materia di human factor che la qualità climatica incide in modo determinante sulla prestazione. Nel metodo TESEO (Tecnica Empirica Stima Errori Operatore) la probabilità di errore umano (Human Error Probability) è valutata a partire dalla probabilità nominale di errore dell’operatore P_NOM, associata alla mansione da svolgere, da moltiplicare con 4 fattori:

HEP = P_NOM ∙ ∏ k_i con i che va da 1 a 4.

Tra i fattori rientra il fattore ergonomico, che ingloba considerazioni dell’analista su microclima e interfaccia della strumentazione della sala di controllo. Questo fattore assume valori compresi tra 10 (condizioni peggiori) e 0,7 (condizioni ottimali).

Ciò significa che un operatore, in una sala di controllo correttamente climatizzata e con interfaccia chiara, riduce la sua probabilità di errore del 30% (se X = P_NOM*k₁*k₂*k₃, allora HEP = X*0,7) rispetto al caso di neutralità ergonomica k₄=1. Quindi se da un lato i climatizzatori installati nelle abitazioni civili sono una comodità, che sta scivolando verso una necessità dettata dagli effetti dei cambiamenti climatici, in altri casi diventano un fattore imprescindibile per la redazione di analisi di rischio degli impianti industriali.

Impatto energetico della climatizzazione

Un rapporto della IEA (International Energy Agency) prospetta come i sistemi di climatizzazione aumenteranno fino a 14 miliardi di unità al 2050, a fronte dei 3,6 miliardi attuali. Considerando che tali sistemi consumano grandi quantitativi di energia, quasi l’80% dell’energia da fonte rinnovabile generata nei prossimi decenni servirà per la climatizzazione. Per questo motivo i governi si stanno attivando per mettere in piedi strategie di efficientamento che possono portare a un risparmio energetico di 1300 GWh (1,3×10¹² Wattora), a patto che si raddoppi l’efficienza dei sistemi di climatizzazione.

Per efficientamento, poi, non bisogna pensare solo al miglioramento dell’apparecchio in sé, quanto anche a un miglioramento dell’isolamento termico degli edifici. Diciamo anzi che nei paesi sviluppati, dove in commercio gli apparecchi rispettano già alti standard d’efficienza, per abbattere il consumo energetico “basta” implementare l’isolamento di pareti e infissi. A parità di efficienza del climatizzatore, l’energia assorbita dall’impianto in una giornata sarà sensibilmente minore se l’ambiente da servire è ben isolato termicamente dall’esterno. Questo perché viene raggiunto in tempi più brevi il preset di temperatura impostato e sarà più facile mantenerlo.

Climatizzazione ed efficienza energetica

Gli indici con i quali viene valutata l’efficienza dell’apparecchio sono due: SEER e SCOP. Sono degli indici nuovi che sostituiscono i vecchi EER e COP. Viene aggiunta la lettera “S” che sta ad indicare che i nuovi indici tengono conto della stagionalità. In sostanza, i vecchi indici si riferivano a condizioni ambientali determinate e fisse, i nuovi invece sono funzione dei parametri climatici stagionali variabili. In questo modo gli indici risultano più raffinati, restituendo un consumo energetico dei climatizzatori più accurato. L’EER è l’Energy Efficiency Ratio: rapporto tra energia termica raffrescante ceduta all’ambiente da controllare e l’energia elettrica assorbita. Il COP è il Coefficient of Performance, dove al numeratore del rapporto figura l’energia termica riscaldante ceduta all’ambiente da controllare. Nelle etichette degli elettrodomestici quest’ultimo indice mostra una dipendenza rispetto alle tre fasce climatiche: fredda, moderata e calda.

Principio di funzionamento

Il principio di funzionamento alla base dei climatizzatori/condizionatori è molto semplice. Esiste un circuito percorso dal fluido termovettore che trasferisce energia termica tra ambiente da controllare ed esterno. Questo circuito conta svariati elementi circuitali, tra cui due scambiatori di calore, un compressore e una valvola di espansione. In accordo con i principi della termodinamica il calore viene trasferito tra due sorgenti a una certa temperatura, sfruttando compressione ed espansione del fluido, che ne alterano il carattere termodinamico.

Quando nell’ambiente si vuole generare freddo, il fluido termovettore, a bassa pressione, sottrae il calore latente di evaporazione, evaporando. Successivamente il fluido attraversa il compressore in modo che ad alta pressione questo riesca a condensare, scambiando termicamente con l’esterno nel secondo scambiatore di calore. L’elemento attivo essenziale del circuito è il compressore, che ne determina il funzionamento e l’assorbimento energetico. Senza la sua presenza il fluido non sarebbe in grado di evaporare a bassa temperatura, cedendo il calore alla sorgente più calda (l’esterno).

Principali categorie di climatizzatori

Esistono diverse categorie di climatizzatori per soddisfare svariati usi e destinazione del trattamento dell’aria. La configurazione standard nelle unità abitative prevede l’installazione di climatizzatori mono o multi-split. Questo indica il numero di unità interne servite da un’unica unità esterna. Solitamente nelle unità civili una unità esterna serve al massimo due o tre ambienti. Sebbene questa configurazione sia la più largamente diffusa, esistono climatizzatori senza unità esterna. Tutto è racchiuso all’interno della macchina installata in ambiente e il contatto termico con l’esterno viene garantito tramite dei canali.

Molto promettenti sotto il profilo dell’efficienza energetica e dell’impatto ambientale sono poi i climatizzatori a pompa di calore. Questi sono in grado di generare anche aria calda in ambiente fino alle mezze stagioni, con temperature poco sotto i 10 °C. Ciò è reso possibile invertendo il verso di percorrenza del circuito. In questo caso lo scambiatore nell’ambiente da controllare funziona come condensatore, immettendo aria che si carica del calore latente di condensazione rilasciato dal fluido termovettore.