Un'analisi comparativa del raffreddamento evaporativo multistadio e dei gruppi frigoriferi convenzionali per carichi di raffreddamento su scala ufficio

Perché mantenere gli edifici freschi conta davvero

Con l’aumento delle temperature urbane e la crescente dipendenza degli uffici dall’aria condizionata, il raffreddamento degli edifici sta diventando in silenzio uno dei maggiori fattori di consumo elettrico e di emissioni che riscaldano il clima. Questo studio pone una domanda pratica con implicazioni globali: è possibile mantenere grandi uffici confortevoli durante gli intensi estati e i monsoni umidi dell’India consumando molto meno elettricità rispetto agli attuali sistemi di raffreddamento standard? I ricercatori si concentrano sulla combinazione di un noto elemento di base — il gruppo frigorifero meccanico — con una forma più intelligente di “raffreddamento dell’aria con acqua” per ridurre i consumi energetici senza rinunciare al comfort.

Una nuova interpretazione del raffreddamento con l’acqua

Molti conoscono i raffrescatori da deserto che spingono aria attraverso pannelli bagnati. Usano acqua invece di refrigeranti chimici, ma faticano in condizioni di alta umidità e non raggiungono sempre i livelli di comfort richiesti negli uffici moderni. Il team ha studiato una versione più avanzata chiamata raffreddamento evaporativo indiretto, in cui l’aria esterna viene raffreddata passando accanto a una superficie bagnata senza però acquisire umidità aggiuntiva. Quest’aria precoolata viene poi inviata a una normale batteria ad acqua refrigerata. L’idea chiave è che, raffreddando l’aria in parte con l’acqua prima, il gruppo frigorifero compie meno lavoro e consuma meno elettricità.

Usare l’aria interna dell’edificio come aiuto

I ricercatori propongono una modifica semplice ma potente: invece di usare l’aria esterna variabile come flusso ‘‘lavorante’’ nell’indiretto, si impiega l’aria di ritorno proveniente dagli uffici. Quest’aria di ritorno è tipicamente più stabile in temperatura e, durante il funzionamento, può essere effettivamente più fresca dell’aria esterna. Facendo passare quest’aria attraverso il lato bagnato dell’indiretto e poi scaricandola, il sistema può estrarre più calore dall’aria fresca in ingresso. In alcuni casi, l’aria precoolata in uscita dall’unità scende al di sotto del limite di temperatura normalmente imposto dal bulbo umido esterno, mostrando che l’approccio con aria di ritorno sfrutta ulteriore capacità di raffreddamento per ogni chilogrammo d’aria.

Testare l’idea attraverso i climi indiani

Per stabilire se si tratta di un trucco da laboratorio o di una soluzione concreta, gli autori hanno modellato un grande edificio industriale su scala ufficio e calcolato carichi termici dettagliati per più città indiane rappresentative dei climi caldo‑secco, caldo‑umido, temperato, freddo e misto. Hanno confrontato tre configurazioni: un solo gruppo frigorifero, un indiretto convenzionale più gruppo frigorifero, e la nuova versione assistita con aria di ritorno. Utilizzando dati meteorologici di progetto standard per i picchi estivi e per la stagione monsonica afosa, hanno seguito quanto raffreddamento ciascun sistema dovesse fornire e quanta energia elettrica il gruppo frigorifero avrebbe consumato per mantenere un set point interno tipico intorno a 27 °C con umidità confortevole.

Quanto si risparmia in energia e apparecchiature

I risultati mostrano che anche una fase evaporativa indiretta convenzionale posta davanti a un gruppo frigorifero può ridurre la capacità richiesta del chiller di circa 50–60 tonnellate di refrigerazione per l’edificio di riferimento. Il sistema multistadio modificato con aria di ritorno va oltre, riducendo la taglia del chiller richiesta di 80–140 tonnellate a seconda della città e della stagione. Poiché l’aria che raggiunge la batteria di raffreddamento è già più fredda, il chiller lavora meno e consuma significativamente meno elettricità. Per lo stesso fabbisogno di raffreddamento, la combinazione chiller più indiretto ordinario ha ridotto il consumo elettrico di circa il 28% rispetto a un chiller standalone, mentre il nuovo sistema assistito con aria di ritorno ha raggiunto risparmi dell’ordine del 35%. È importante notare che questa performance più marcata è rimasta valida anche nelle condizioni umide del monsoni, quando i raffrescatori evaporativi tradizionali normalmente perdono gran parte della loro efficacia.

Cosa significa per gli edifici futuri

In termini semplici, lo studio suggerisce che grandi uffici e stabilimenti in India possono mantenere il comfort dei lavoratori consumando circa un terzo in meno di elettricità per il raffreddamento semplicemente riorganizzando il flusso di aria e acqua attraverso apparecchiature già esistenti. Consentendo al chiller di condividere il suo compito con un raffreddatore a base d’acqua progettato intelligentemente che riutilizza l’aria interna come flusso ausiliario, i proprietari degli edifici possono installare chiller più piccoli, ridurre i costi operativi e diminuire la pressione sulle reti elettriche durante le ondate di calore. Con l’aumento della domanda di raffreddamento legata ai cambiamenti climatici, tali sistemi ibridi offrono una via pratica e scalabile verso edifici più freschi, più economici e più sostenibili per il pianeta.

Citazione: Chiranjeevi, C., Sekhar, Y.R., Javith, J. et al. A comparative analysis of multi-stage evaporative cooling and conventional chillers for office-scale cooling loads. Sci Rep 16, 11244 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41650-9

Parole chiave: raffreddamento evaporativo, uso energetico degli edifici, HVAC ibrido, raffreddamento degli uffici, climi indiani