Calcolatore free cooling (decisione entalpica)
Conviene ora immettere più aria esterna per raffrescare? Dagli stati esterna, ripresa e obiettivo in uscita e dalla portata di mandata ricava il carico batteria con aria minima, 100 % esterna e aria modulata, e mette affiancate le decisioni a entalpia differenziale, bulbo secco differenziale e bulbo secco fisso.
Principio ed equazioni
Il free cooling apre di più la serranda dell'aria esterna finché l'esterno è «più fresco» della ripresa e riduce il carico della batteria. La batteria deve togliere una differenza di entalpia: se l'entalpia esterna è sotto quella di ripresa, più aria esterna conviene. In miscela entalpia e umidità specifica si combinano linearmente sulla massa di aria secca.
| Voce | Equazione | Note · base |
|---|---|---|
| Portata massica di aria secca | ṁ = V / v_SA | V è la portata di mandata, v_SA il volume specifico allo stato obiettivo (eq. 28). I tre modi usano lo stesso ṁ |
| Punto di miscela | h_M = (1 − x)·h_RA + x·h_OA, W_M = (1 − x)·W_RA + x·W_OA | x = frazione di aria esterna (massa di aria secca). Miscela adiabatica secondo la frazione di massa |
| Carico batteria | Q = ṁ · (h_in − h(t_SA, min(W_in, W_SA))) | La batteria non umidifica: se l'ingresso è più secco dell'obiettivo, l'umidità in uscita resta quella d'ingresso (solo sensibile). Negativo = 0 (serve riscaldare) |
| Aria esterna modulata (C) | t_M(x_C) = t_SA, x_min ≤ x_C ≤ 1 | Se l'esterna è più fredda dell'obiettivo: la frazione che porta la miscela alla temperatura di mandata (metodo di Brent). Se l'umidità non supera l'obiettivo, carico 0 |
| Decisione (arresto limite alto ASHRAE 90.1) | (h_OA ≤ h_RA, t_OA ≤ t_limit) · t_OA ≤ t_RA · t_OA ≤ t_limit | Entalpia differenziale · bulbo secco differenziale · bulbo secco fisso. Oltre la soglia si spegne e torna all'aria minima |
I tre metodi a confronto
I metodi a bulbo secco usano sonde più semplici, ma nei giorni umidi con aria esterna fresca e umida possono immetterla e aumentare il carico della batteria. ASHRAE 90.1 indica per zona climatica metodi e limiti ammessi (valori di riferimento).
| Metodo | Aria esterna se | Aria umida (es. 24 °C, 90 %) | Sonde |
|---|---|---|---|
| Entalpia differenziale + bulbo secco fisso | h_OA ≤ h_RA, t_OA ≤ t_limit | Spento (conta il latente) | Temperatura e umidità esterna e ripresa (tarare le sonde di umidità) |
| Bulbo secco differenziale | t_OA ≤ t_RA | Acceso (può immettere umidità e alzare il carico) | Temperatura esterna e ripresa |
| Bulbo secco fisso | t_OA ≤ t_limit | Acceso sotto il limite (ignora l'umidità) | Solo temperatura esterna (limite per zona, es. 24, 21, 18 °C) |
Esempio: aria esterna umida nella stagione delle piogge
Aria esterna 24 °C e 90 %; ripresa 26 °C e 50 %; obiettivo in uscita 14 °C e 90 %; mandata 10,000 CMH; aria minima 20 %; limite fisso 24 °C; 101.325 kPa. Le due tabelle derivano dalle stesse funzioni del calcolatore di questa pagina.
| Metodo | Aria esterna | Criterio |
|---|---|---|
| Entalpia differenziale + bulbo secco fisso | Spento (aria esterna minima) | h_OA 67.27 > h_RA 52.91 kJ/kg(DA) · t_OA 24.0 ≤ 24.0 °C |
| Bulbo secco differenziale | Acceso (immettere aria esterna) | t_OA 24.0 ≤ t_RA 26.0 °C |
| Bulbo secco fisso | Acceso (immettere aria esterna) | t_OA 24.0 ≤ 24.0 °C |
| Modo | Frazione est. % | Ingresso batteria °C · kJ/kg | Carico batteria kW | RT | kcal/h |
|---|---|---|---|---|---|
| (A) Aria esterna minima | 20.0 | 25.6 · 55.78 | 64.17 | 18.24 | 55 172 |
| (B) 100 % aria esterna | 100.0 | 24.0 · 67.27 | 102.82 | 29.23 | 88 408 |
| (C) Aria esterna modulata | Non applicabile: l'aria esterna è più calda dell'obiettivo, la sola miscela non raggiunge la temperatura di mandata. | ||||
Entrambi i metodi a bulbo secco dicono «acceso», quello entalpico «spento». Con il 100 % di aria esterna il carico è 102.82 kW, 38.65 kW in più dei 64.17 kW con aria minima. In un giorno umido decidere solo sul bulbo secco costa energia.
Limiti
Si confronta un solo istante. Niente risparmi orari o annui, niente setpoint del regolatore (temperatura di commutazione, isteresi), niente potenza di ventilatori, serrande o espulsione, bypass della batteria o recupero di calore.
L'uscita della batteria è fissata al bulbo secco obiettivo e l'umidità è la minore tra ingresso e obiettivo. Una batteria reale varia con il carico, e l'aria esterna secca abbassa l'umidità ambiente cambiando anche la ripresa.
L'errore delle sonde di umidità cambia molto la decisione entalpica. Se le entalpie esterna e di ripresa differiscono di pochi kJ/kg, la scelta conta poco.
L'aria modulata (C) raggiunge il bulbo secco di mandata con la sola miscela, senza post-riscaldamento. Se serve deumidificare si mostra solo il carico della batteria (latente); il post-riscaldamento dopo il sottoraffreddamento non è calcolato.
Fonti
- ASHRAE Standard 90.1, 6.5.1 arresto per limite alto dell'economizzatore (high-limit shutoff): metodi e impostazioni per zona variano per edizione; verificare quella applicata
- ASHRAE Handbook, Fundamentals 2017 (SI), cap. 1 Psychrometrics: entalpia (eq. 32), volume specifico (eq. 28), miscela adiabatica
Domande frequenti
Quando conviene il free cooling?
Quando serve raffrescare e l'entalpia esterna è sotto quella di ripresa. La batteria toglie «entalpia in ingresso meno entalpia di mandata», quindi miscelare più aria esterna a bassa entalpia abbassa l'ingresso. Se l'esterna è addirittura più fredda dell'obiettivo, basta regolare la frazione perché la batteria quasi si fermi.
Che differenza c'è tra controllo a bulbo secco ed entalpico?
Il controllo a bulbo secco guarda solo la temperatura, quello entalpico anche l'umidità (calore latente). Aria a 24 °C e 90 % è più fresca di un ambiente a 26 °C e 50 %, ma ha circa 14 kJ/kg di entalpia in più: il bulbo secco la fa entrare, l'entalpico no. Come mostra l'esempio di questa pagina, quel giorno immetterla aumenta il carico della batteria.
Che limite fisso di bulbo secco usare?
ASHRAE 90.1 indica il limite per zona climatica: circa 24 °C (75 °F) nei climi secchi e circa 18~21 °C (65~70 °F) in quelli umidi, più basso dove è più umido. Il valore di 24 °C dello strumento è solo un riferimento; verifica la tabella dell'edizione applicata. Nelle zone umide l'entalpia differenziale è più sicura.
Ultimo aggiornamento: 2026-10-19.