Impianto di Condizionamento Desiccant Cooling: Come Raffrescare con il Sole



Fare il freddo con il caldo” è un tema che riscuote sempre più interesse nella comunità green, perché permette di utilizzare una fonte come la radiazione solare per produrre un effetto frigorifero proprio quando questa fonte è più abbondante.

L’applicazione più comune di questo approccio è rappresentato dalle macchine frigorifere ad assorbimento, che richiedono energia termica per far evaporare il fluido refrigerante.

Esiste una nuova interessante opportunità di free cooling, impianti di condizionamento desiccant cooling o raffrescamento essiccativo, ottenibile con una combinazione di deumidificazione tramite speciali materiali essiccanti e raffrescamento evaporativo, il tutto con consumo minimo di energia primaria e con la possibilità di sfruttare apporti gratuiti come calore solare o i cascami di calore provenienti da altri processi.

Questi sistemi possono essere molto efficaci se abbinati a impianti esistenti di ventilazione meccanica e trattamento aria, perché sono in grado di produrre un notevole effetto frigorifero quasi senza fabbisogno di energia primaria.

Impianti di Condizionamento Desiccant Cooling: Come Raffrescare con il Sole

I sistemi di condizionamento desiccant cooling (ovvero essiccativi) sono tutti sistemi cosiddetti “a ciclo aperto”. Mentre normalmente in un impianto di raffreddamento il refrigerante circola in un circuito chiuso, in questo caso il “fluido refrigerante” è costituito dal vapore acqueo naturalmente contenuto nell’aria. Il “refrigerante” non viene recuperato a fine ciclo, ma viene espulso.

Questi sistemi offrono un raffrescamento dato dalla combinazione di evaporazione e deumidificazione dell’aria.

La caratteristica che li rende particolarmente interessanti è il processo di raffreddamento, pilotato da energia termica a temperatura relativamente bassa, tipicamente intorno a 70 °C.

Questo significa che i sistemi desiccant possono essere alimentati sia da fonti termiche rinnovabili (collettori solari ad acqua o ad aria), sia da cascami di calore provenienti da altri processi, come ad esempio il calore di risulta di un cogeneratore.

Ecco come funzionano, vantaggi e svantaggi:




Il Ciclo di Raffrescamento di un Impianto di Condizionamento Desiccant Cooling

Ciclo raffrescamento impianto di condizionamento desiccant cooling

Ecco come si raffredda l’aria in un sistema essiccativo-evaporativo:

  1. Deumidificazione. L’aria calda e umida in ingresso cede vapore acqueo per adsorbimento a un deumidificatore igroscopico.
    • Questo componente è un rotore riempito di silica gel, un materiale microporoso in grado di “catturare” l’umidità.
    • L’adsorbimento è un fenomeno chimico-fisico che consiste nell’accumulo di un liquido o gas sulla superficie di un substrato.
  2. Raffreddamento. L’adsorbimento diminuisce il titolo di vapore acqueo nell’aria, ma ne alza la temperatura. L’aria entra quindi in un recuperatore di calore (uno scambiatore rotativo), che ne abbassa sensibilmente la temperatura.
  3. Umidificazione. L’aria pre-raffrescata e secca viene umidificata e subisce un raffrescamento evaporativo, che ne riduce ulteriormente la temperatura.
  4. Ingresso. L’aria di rinnovo entra nell’ambiente climatizzato
  5. Estrazione. L’aria viziata viene estratta dall’ambiente e subisce un raffrescamento evaporativo fino al punto di saturazione. Adesso si trova nelle condizioni ideali per la rigenerazione.
  6. Recupero. Il recuperatore di calore scalda l’aria in uscita prelevando il calore dall’aria in ingresso, senza apporti energetici esterni.
  7. Riscaldamento. L’aria in uscita viene ulteriormente scaldata da una terza sorgente calda. Questo è tipicamente lo stadio alimentato da energia termica rinnovabile.
  8. Rigenerazione. Prima di essere definitivamente espulsa, l’aria calda e secca entra nella sezione rigenerativa del deumidificatore, caricandosi del vapore acqueo sottratto all’acqua in ingresso.

Il ciclo termodinamico è illustrato nel sottostante diagramma psicrometrico.

Impianto di condizionamento desiccant cooling ciclo termodinamico

Photo credit: ENEA “Le tecnologie innovative ed efficienti nei sistemi di generazione in assetto co-trigenerativo e nei sistemi integrati con unità a pompa di calore nelle applicazioni industriali e del terziario”

Vantaggi e Svantaggi di un Sistema Desiccant Cooling

Vantaggi

  • La rigenerazione dell’essiccatore avviene a temperature intorno a 70 °C e si presta quindi a utilizzare fonti rinnovabili di energia, oppure cascami di energia provenienti da altri sistemi.
  • Non vengono usati refrigeranti dannosi, né per l’uomo né per l’ambiente (il “refrigerante” è il vapor d’acqua naturalmente presente nell’aria).

Svantaggi

E’ comunque necessario un apporto di energia primaria, per azionare i ventilatori di immissione ed estrazione dell’aria. Questo svantaggio è ovviamente inesistente in tutti i casi in cui l’essiccatore venga installato in impianti aeraulici esistenti.

Un Caso Pratico del Sistema Desiccant Cooling

Un Caso Pratico del Sistema Desiccant Cooling

Un caso pratico di un impianto di condizionamento desiccant cooling si è presentato a seguito di una diagnosi energetica condotta in provincia di Pavia, su un ex cinema trasformato in sala da ballo.

La struttura era già dotata di un impianto di ventilazione meccanica e di UTA (Unità di Trattamento Aria). Pur essendo occupata solo saltuariamente, durante le serate danzanti la sala soffriva ovviamente di affollamento e surriscaldamento, anche invernale. Per contro, durante i lunghi periodi di chiusura la sala si raffreddava, costringendo l’amministrazione comunale a bruciare una grande quantità di combustibile per portare i locali a una temperatura accettabile anche solo per qualche ora.

In questo caso, la soluzione più economica è stata trovata nei collettori solari ad aria e ad acqua.

Da un lato i collettori ad aria potevano mantenere i locali a una temperatura “intermedia” costante, con il solo apporto solare e dall’altro i collettori ad acqua potevano accumulare sufficiente energia per rigenerare la ruota essiccante, contribuendo ad abbassare temperatura e umidità relativa interna nei momenti di maggior affollamento.

Rotore Munters con azione battericida

A cura di Ing. Luca Cotta Ramusino

Photo credit: beigephotos, munters

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