Quando pensiamo al condizionamento dell’aria, soprattutto quello estivo, la nostra mente si dirige istinitivamente verso le pompe di calore, la tecnologia maggiormente utilizzata in questo ambito. Se tuttavia in campo residenziale questa è effettivamente l’alternativa più valida, in contesti differenti, come industrie, ospedali, grandi alberghi o centri commerciali e fieristici, esistono altre possibilità ugualmente interessanti.
Una di queste sono, ad esempio, le torri evaporative o di raffreddamento. Si tratta, in sostanza, di grossi scambiatori di calore gas-liquido, nei quali la fase liquida (in genere acqua) cede energia alla fase gassosa (in genere aria o vapore d’acqua), riducendo così la propria temperatura.
Una torre evaporativa, se correttamente dimensionata, può fornire acqua fredda ad una temperatura pari alla temperatura di bulbo umido più 3 - 4 gradi. Questo vuol dire che, in un giorno ventilato e sereno di mezza stagione, è ragionevole pensare ad una temperatura di uscita intorno ai 20 - 25 °C, mentre, in un giorno caldo e afoso di estate, ci si aspetta di ottenere acqua di poco al di sotto di 30 °C.
Da un punto di vista costruttivo, le torri evaporative si differenziano soprattutto in base a come l’aria viene fatta circolare all’interno dell’impianto. Esistono quindi torri a circolazione forzata, dove l’aria viene movimentata per mezzo di ventilatori, e torri a flusso indotto (o a circolazione naturale), dove invece i ventilatori non sono presenti e viene sfruttata l'evaporazione stessa dell'acqua e la differenza di densità della miscela aria-vapore acqueo per creare il flusso. Queste ultime, riconoscibili per la caratteristica sagoma a sezione verticale costituita da un iperboloide a una falda, sono preferite in impianti di grandi dimensioni, come nelle centrali nucleari e geotermiche, dove entrano in gioco portate di aria elevate.
Indipendentemente da come vengano realizzate, il principio di funzionamento rimane però invariato. Esse sfruttano infatti la legge naturale per cui l’evaporazione forzata di una minima quantità d’acqua provoca un abbassamento della temperatura della massa di fluido principale. Questo principio era noto anche agli antichi che, per mantenere fresca l'acqua, usavano anfore di terracotta con pareti porose, riservando le anfore verniciate o decorate, e quindi impermeabilizzate, al contenimento di olii o vini. In questo tipo di contenitori, infatti, una piccola quantità di liquido filtra attraverso le pareti e, giunta a contatto con l'atmosfera, evapora, mantenendo freschi i recipienti e ciò che in essi è contenuto.
Nel caso delle torri evaporative quindi, mentre dal basso entra aria ambiente, indotta a salire dal ventilatore o dalla differenza di densità, dall'alto viene spruzzata l'acqua da raffreddare. Questa avrà in entrata una temperatura elevata, in quanto ha precedentemente ricevuto calore da un ambiente, da un motore o da un qualsiasi componente. A contatto con l'aria più fredda, il liquido spruzzato nella torre cede energia, evaporando parzialmente e raffreddandosi secondo il principio esposto in precedenza. La gran parte dell’acqua tuttavia non evapora, ma precipita verso il fondo della torre, dove viene raccolta in un bacino e reinviata alle utenze.
Si noti che la condizione essenziale per il funzionamento è la non saturazione dell'aria (in vapore acqueo). Di conseguenza il rendimento della torre risente fortemente delle condizioni atmosferiche e dell’umidita, arrivando quasi a zero in situazioni estreme, come in caso di pioggia.
Un altro problema tipico delle torri di raffreddamento è invece legato alla salute umana. Infatti, all’interno della torre si possono facilmente verificare una serie di condizioni per cui viene favorito lo sviluppo del batterio della legionella. L’acqua infatti può permanere nel bacino di raccolta anche per lunghi periodi e proprio alla temperatura ideale per lo sviluppo del germe. Lo stesso processo di raffreddamento comporta poi la formazione di un aerosol (dispersione di gocce d’acqua in una corrente d’aria), che, nonostante apposite schermature, può accidentalmente essere immesso in atmosfera e diffondere il germe.
È quindi estremamente importante eseguire una corretta e costante manutenzione e pulizia degli impianti, perché le conseguenze della negligenza potrebbero essere disastrose. Basti pensare infatti all’epidemia scoppiata nei giorni scorsi a New York, che ha mietuto 12 vittime ed il cui focolaio principale è stato individuato proprio all’interno della torre di raffreddamento di un albergo.
Al di là di questi inconvenienti, a cui è comunque possibile trovare una soluzione, le torri evaporative risultano essere la soluzione vincente in tutte quelle situzioni in cui è essenziale mantenere la temperatura costante per lunghi periodi ed in strutture di dimensioni elevate, in quanto uniscono buone prestazioni a consumi che, in proporzione, sono estremamente ridotti.
Ing. Alfero Daniele
Professional Team
Collaboratore tecnico