Sistema di climatizzazione a pompa di calore
Il componente principale che consente la funzionalità del sistema di climatizzazione a pompa di calore è la valvola di inversione a quattro-vie. Regola la direzione del flusso del refrigerante all'interno del sistema, consentendo il passaggio tra le modalità di raffreddamento e riscaldamento della cabina. Il più grande vantaggio del sistema è la sua elevata efficienza energetica.
Principio di raffreddamento dell'aria condizionata con pompa di calore
Componenti principali: compressore elettrico, valvola di inversione a quattro-vie, condensatore esterno, valvola di espansione, evaporatore interno.
Processo del ciclo di raffreddamento:
1) Processo di compressione
Il compressore aspira il refrigerante gassoso a bassa-temperatura e bassa-pressione dall'evaporatore, lo comprime e scarica il refrigerante gassoso ad alta-temperatura e alta-pressione verso la valvola di inversione a quattro-vie.
In modalità di raffreddamento, la valvola a quattro-vie cambia il percorso del flusso per dirigere il gas ad alta-temperatura e alta-pressione al condensatore esterno.
2) Condensazione e smaltimento del calore (condensatore esterno)
Il refrigerante gassoso ad alta-temperatura e alta-pressione entra nel condensatore esterno e rilascia calore nell'ambiente esterno. Il refrigerante si condensa da gas in un liquido a media-temperatura e alta-pressione, respingendo il calore (etichettato "Heat Rejection" nel diagramma).
3) Strozzamento e riduzione della pressione (valvola di espansione)
Il refrigerante liquido ad alta-pressione scorre attraverso la valvola di espansione. Mentre passa attraverso il piccolo orifizio (strozzamento), la sua pressione e temperatura scendono bruscamente, trasformandolo in una miscela di gas e liquido a bassa-temperatura e-pressione-simile a una miscela di gas e liquido, che scorre verso l'evaporatore interno.
4) Evaporazione e assorbimento di calore (evaporatore interno)
Il refrigerante bifase a bassa-temperatura e-pressione-entra nell'evaporatore interno e assorbe il calore dall'aria della cabina, provocando l'ebollizione e la vaporizzazione del refrigerante; l'aria della cabina viene raffreddata, abbassando così la temperatura della cabina. Dopo aver assorbito il calore, il refrigerante diventa un gas a bassa-temperatura e bassa-pressione.
5) Flusso di ritorno e completamento del ciclo
Il refrigerante gassoso a bassa-temperatura e-pressione ritorna alla valvola di inversione a quattro-vie; la valvola dirige il flusso verso l'ingresso di aspirazione del compressore, avviando il ciclo successivo. Principio di riscaldamento dell'aria condizionata con pompa di calore
Componenti principali: compressore elettrico, valvola di inversione a quattro-vie, condensatore in-cabina, valvola di espansione, evaporatore esterno.
Processo del ciclo di riscaldamento
1) Processo di compressione
Il compressore aspira il refrigerante gassoso a bassa-temperatura e bassa-pressione dall'evaporatore esterno, lo comprime eseguendo lavoro ed emette refrigerante gassoso ad alta-temperatura e alta-pressione nella valvola di inversione a quattro-vie. La bobina della valvola si sposta per reindirizzare il flusso, inviando il refrigerante gassoso ad alta-temperatura e alta-pressione al condensatore in-cabina.
2) Condensa e rilascio di calore (in-cabina; fase di riscaldamento centrale)
Il refrigerante gassoso ad alta-temperatura e alta-pressione entra nel-condensatore dell'abitacolo e scambia calore con l'aria fredda all'interno dell'abitacolo, rilasciando una grande quantità di calore (etichettata "Rilascio di calore" nel diagramma) per riscaldare l'aria e aumentare la temperatura dell'abitacolo. Dopo aver rilasciato calore, il refrigerante subisce un cambiamento di fase, condensando da gas a liquido a media-temperatura e alta-pressione prima di fuoriuscire dal condensatore.
3) Strozzamento e riduzione della pressione (valvola di espansione)
Il refrigerante liquido a media-temperatura e alta-pressione scorre attraverso la valvola di espansione; a causa dell'orifizio di strozzamento, la sua pressione e temperatura scendono bruscamente, trasformandolo in una miscela di gas-liquido a bassa-temperatura e-pressione-simile a una miscela liquida che scorre verso l'evaporatore esterno.
4) Evaporazione e assorbimento di calore (scambiatore di calore esterno)
Il refrigerante bifase a bassa-temperatura e-pressione-entra nell'evaporatore esterno e assorbe calore dall'aria ambiente, provocando l'ebollizione e la vaporizzazione del refrigerante in un gas a bassa-temperatura e-pressione; estrae energia termica di bassa-gradazione dall'ambiente anche quando la temperatura ambiente è bassa.
5) Flusso di ritorno e completamento del ciclo
Il refrigerante gassoso a bassa-temperatura e bassa-pressione rientra-nella valvola di inversione a quattro-vie e ritorna alla porta di aspirazione del compressore, avviando il ciclo successivo.
