DREAM. Gli impianti DEC e il solare termico: un impianto sperimentale a Palermo. Prof. Ing. Marco Beccali

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1 DREAM Dipartimento di Ricerche Energetiche ed Ambientali Gli impianti DEC e il solare termico: un impianto sperimentale a Palermo Prof. Ing. Marco Beccali Collaboratori: Ing. Pietro Finocchiaro Ing. Bettina Nocke Ing. Guido Sammartano

2 Installazione di un impianto di condizionamento Desiccant Cooling alimentato ad energia solare Il progetto riguarda l installazione ed il monitoraggio di un unità di trattamento aria desiccant cooling in connessione con un soffitto radiante. Il progetto è cofinanziato dalla Giacomini s.p.a. Gli obiettivi del progetto in corso sono: la verifica di analisi teoriche eseguite e valutazione delle prestazioni energetiche dell impianto sulla base dei dati ottenuti dal monitoraggio l uso del calore a temperature medie (al di sopra di 50 C) prodotto dal condensatore di una motoevaporante per la rigenerazione della ruota deumidificante studio della strategia di controllo, in particolare riguardo la motoevaporante (modulazione di potenza, modi on/off, regolazione della temperature sul lato condensatore ecc.) e riguardo il soffitto radiante (ottimizzazione della prestazione termica, controllo dell umidità ecc.)

3 Il processo Desiccant Cooling, rigenerazione del materiale adsorbente alimentato ad energia solare struttura impregnata di gel di silicio Aria da deumidificare Aria espulsa Unità di riscaldamento solare Aria di rigenerazione

4 Sistemi desiccant cooling: ciclo standard Deumidificazione adiabatica tramite il gel di silicio Raffrescamento tramite evaporazione dell acqua bypass 10 calore calore Aria espulsa Aria di ritorno dall ambiente umidificatori 7 Aria esterna Aria in mandata Ruota deumidificante Recuperatore di calore

5 Sistemi desiccant cooling: ciclo DEC per climi caldi e umidi con batterie fredde Necessario l inserimento di batterie di raffreddamento ausiliarie bypass calore temperatura [ C] % umidità assoluta [g/kg] 1 20 % 30 % 40 % 50 % 70 % 100 % Aria espulsa umidificatori 7 Aria di ritorno Aria esterna Acqua refrigerata ruota deumidificante recuperatore dicalore Acqua refrigerata Aria in mandata

6 Componenti per il laboratorio solare nel DREAM

7 Dati di progetto Superficie utile [m 2 ] 107 Volume [m 3 ] 450 Tipo di occupazione Sala di lettura Numero di persone [-] 60 Portata d aria minima di ventilazione [m 3 /h] 1250 Carico invernale [kw] 11 Carico estivo totale [kw] 28,8 di cui sensibile [kw] 12.7 di cui latente [kw] 16.1 Copertura del carico sensibile estivo dal soffitto radiante [%] 47 Copertura del carico sensibile invernale dal soffitto radiante [%] 60

8 Planimetria del laboratorio solare Unità di trattamento aria, motoevaporante e collettori solari 3 piano del Dipartimento di Ricerche Energetiche ed Ambientali

9 Il soffitto radiante per il carico latente estate/inverno Modello: Giacoklima GK 60 (Giacomini) 124 pannelli, superficie attiva totale: 76 m 2 2 collettori di distribuzione T mandata minima estiva: 15 C T mandata massima invernale: 35 C

10 Il soffitto radiante rendimento estivo/invernale t = Tr T ln T Tm T T amb amb r m Rendimento specifico W/m 2 T acqua -T ambiente Resa attendibile alle condizioni di progetto: rendimento frigorifero (cooling): 60 W/m 2 rendimento termico (heating) : 81 W/m 2

11 L impianto solare Collettori piani con superficie selettiva Superficie effettiva dei collettori: 22 m 2 Accumulo di acqua calda: 600 l

12 Impianto DEC con motoevaporante integrata funzionamento estivo Soffitto radiante per carico lensibile UTA DEC per il cambio d aria e il controllo di umidità Calore proveniente dall impianto solare per a rigenerazione della ruota deumidificante (a C) Motoevaporante fornisce l energia frigorifera per il soffitto radiante e per le due batterie fredde Il calore rigettato dal condensatore viene usato per il preriscaldamento dell aria di rigenerazione (50 55 C)

13 Impianto DEC con motoevaporante integrata funzionamento estivo Dai collettori solari Dal condensatore esterno temperature [ C] humidity ratio [g/kg] Dall evaporatore PdC Controllo umidità Dall evaporatore PdC Controllo temperatura 1 2 batteria fredda deumidificazione 3 4 scambiatore sensibile 4 5 batteria fredda edificio 6 7 umidificazione 7 8 scambiatore sensibile 8 9 batteria calda (cond.) 9 10 batteria calda (solare) rigenerazione

14 Impianto DEC con motoevaporante integrata funzionamento invernale Soffitto radiante per carico sensibile L impianto solare fornisce il calore per il soffitto radiante e per il riscaldamento dell aria nell UTA (30 35 C) Accumulo caldo in funzione anche d inverno; motoevaporante è spenta

15 Impianto DEC con motoevaporante integrata funzionamento invernale Fuori esercizio temperature [ C] humidity ratio [g/kg] 1 2 scambiatore sensibile 2 3 batteria calda (solare) 3 4 edificio 4 5 scambiatore sensibile Fuori esercizio Dall accumulo caldo

16 Soffitto radiante Unità di trattamento dell aria Schema impianto Gruppo freddo Gruppo caldo

17 Funzionamento di controllo Componenti attivi Modo di funzionamento Ruota al silica gel Recuperatore di calore Umidificatore di mandata Ventilatore di mandata Ventilatore di ritorno Macchina frigorifera Umidificatore di ritorno Condizione 0 Ventilazione T e UR int. accettabili 1 Raffr. indiretto evaporativo T int. eccede il set point 2 Desiccant cooling T o UR int. eccede il set point 3 Des. cooling,+ Aux. T o UR int. eccede il set point

18 Schema per l acquisizione dei dati

19 Impianto Desiccant Cooling indici di prestazione Il COP di un sistema desiccant cooling con ausiliario COP termico = Q& Q& DEC rig = ( Q& Q& ) frig _ UTA Q& rig BF _ aux Il consumo di energia primaria EP = En el _ totale η el + En η term c [ MJ ] η el = rendimento del sistema elettrico nazionale η c = rendimento termico della caldaia

20 Prestazioni energetiche risultati di simulazioni TRNSYS COP termico atteso per varie configurazioni d impianto Liquido Aria Ibridi [-] TA - 2 BF / PdC TA - 2 BF TA - 2 DE / PdC TA - 2 DE AP - 2 BF / PdC AP - 2 BF AP - 2 DE / PdC AP - 2 DE

21 Bilancio di energia primaria - risultati di simulazioni TRNSYS Percentuale di energia primaria risparmiata in confronto con un unità di trattamento aria convenzionale (COP=3,5 e con scambiatore entalpico) 100% 90% 80% Liquido Aria Ibridi 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% TA - 2 BF / PdC TA - 2 BF TA - 2 DE / PdC TA - 2 DE AP - 2 BF / PdC AP - 2 BF AP - 2 DE / PdC AP - 2 DE

22 Prossime finalità del laboratorio solare Monitoraggio del funzionamento estivo/invernale dell intero impianto ed elaborazione dei dati su piattaforma LabView Verifica delle prestazioni reali dei vari componenti Confronto fra i risultati dalle simulazioni e i comportamenti reali di varie configurazioni d impianto Ricerca delle strategie ottimali di controllo e di regolazione Sintesi delle esperienze in termini energetici ed economici per la valutazione di un impianto Desiccant Cooling assistito dall energia solare collegato con un sistema radiante