Il liquido, alla temperatura di 30 gradi e ad alta pressione, fuoriesce dalla valvola di espansione e va nella serpentina ove si espande immediatamente e diminuisce di pressione e di temperatura.

Dopo l'espansione il liquido refrigerante ha modificato il suo equilibrio pressione-temperatura preesistente, 0essendo ora la sua pressione troppo bassa per la temperatura; deve quindi produrre più gas per aumentare la pressione e ristabilire l'equilibrio; ma l'evaporazione richiede la somministrazione di calore che viene prelevato dall'ambiente intorno la serpentina; la temperatura dell'ambiente diminuisce per conseguenza.

Il liquido cambia il suo stato in gas, ma la pressione non aumenta perché c'è il compressore che continua a pompare il gas dal circuito bassa pressione (serpentina) a quello ad alta pressione (condensatore). Il calore ceduto dall'ambiente al gas per l'evaporazione, segue il liquido nel circuito alta pressione e va nel condensatore.

Questa fase è necessaria proprio per fare transitare il calore raccolto (ceduto) dall'ambiente nel circuito alta pressione, e questo calore non può essere ceduto se non ad altro ambiente a temperatura più bassa. Quando tutto il liquido espanso nella serpentina sarà passato al di là del compressore (nel circuito alta pressione) trasportandosi seco tutto il calore sottratto all'ambiente, la valvola di espansione si chiude e nel circuito alta pressione aumenta sia la pressione sia la temperatura.

Il liquido refrigerante, ad alta pressione (e quindi tutto gassificato) e ad alta pressione viene spinto nel condensatore ove per mezzo di un getto di acqua oppure di aria, viene raffreddato. (Si usa l'aria per i piccoli frigoriferi domestici, l'acqua nei grandi frigoriferi industriali). Il gas, che era in equilibrio ad alta temperatura e ad alta pressione ,viene ora a trovarsi ad alta pressione e ad bassa temperatura; deve perciò modificare il suo stato ridiventando liquido e diminuendo la sua pressione. Il calore che viene ceduto all'acqua o all'aria del condensatore è uguale a quello sottratto all'ambiente dalla serpentina.

Dopo la condensazione il liquido cade liberamente nel serbatoio e si accinge a ritornare nella valvola di espansione per ricominciare il ciclo.

Un buon fluido frigorigeno deve avere:

• Bassa temperatura di solidificazione;
• Elevato effetto frigorigeno;
• Composizione chimica stabile;
• Assenza di caratteristiche tossiche;
• Temperatura critica >> temperatura di condensazione nel ciclo.

Il benessere ambientale e' legato all'esigenza da parte dell'organismo umano di smaltire la potenza termica sviluppata in seguito al suo metabolismo basale, senza che la temperatura del corpo si discosti dal suo valore standard di 37 °C.

Lo scambio di calore con l'ambiente di una persona risulta somma di tre quantità:

• calore ceduto all'ambiente per convenzione,
• per irraggiamento (la somma da il c.d. calore sensibile),
• calore ceduto per evaporazione della quantità di vapore emesso dalla pelle e per respirazione.

Occorre, quindi, che l'organismo sia in grado cedere all'esterno la quantità di calore prodotta perché si stabiliscano delle condizioni di benessere da parte dell'individuo. I parametri che concorrono a stabilire le condizioni di benessere sono essenzialmente tre:

• la temperatura dell'aria;
• l'umidità relativa;
• la velocità dell'aria (0,25 - 0,3 m/sec).

Temperatura reale esterna = 32 °C

Temperatura interna (32 + 20) / 2

Umidità relativa = 60% - (32 - 25) = 53%.

Le unità di trattamento dell'aria prevedono in genere il funzionamento con una percentuale più o meno grande di aria esterna.

In alcuni casi, l'impianto aspira tutta l'aria direttamente dall'esterno, mentre l'aria viziata viene espulsa completamente dagli ambienti per sovrappressione e/o con un sistema di estrazione forzata. In altri, esiste una rete di canali che riprendono l'aria dall'ambiente e, in parte, la reimmettono nell'impianto, dove si mescola con una porzione d'aria esterna, prima del trattamento. In questi casi, l'impianto prevede, o dovrebbe prevedere, tre serrande di regolazione sui condotti di espulsione, ricircolo e presa d'aria, che consentono di variare il rapporto tra aria esterna e ricircolata nella miscela inviata alle batterie di scambio termico.

Il trattamento dell'aria esterna, rispetto a quello dell'aria ricircolata, è naturalmente più oneroso.

E', quindi, doveroso chiedersi se il proprio impianto stia funzionando correttamente, dal punto di vista energetico, o se stia invece determinando sprechi di energia. La tabella seguente riporta una serie di valori di portata per persona, individuati dallo Standard ASHRAE come valori di riferimento per il ricambio d'aria minimo e raccomandato in vari ambienti.

Se il ricambio d'aria è superiore ai valori raccomandati, l'impianto sta funzionando in modo energeticamente sfavorevole, senza che vi sia una giustificazione in termini di comfort.

Le economie conseguibili nella climatizzazione degli ambienti con l'utilizzo della pompa di calore si riferiscono al minor consumo che questa consente, rispetto al sistema convenzionale, (caldaia) ne periodo invernale. I consumi estivi per il raffrescamento ambientale sono uguali sia che venga utilizzata la pompa di calore sia il tradizionale condizionatore.

Per il solo riscaldamento ambientale, le numerose configurazioni impiantistiche non consentono una sintesi di validità generale come per gli altri casi; tuttavia si può affermare che, ai costi attuali dei combustibili e dell'energia elettrica, il tempo di ritorno è superiore ad otto anni.

Nel caso di utilizzo della pompa di calore per il solo riscaldamento dell'acqua calda sanitaria i tempi di ritorno dell'investimento sono superiori a 4 anni.