Realizzazione e ottimizzazione di un sistema per l'umidificazione dell'aria mediante sostanze adsorbenti

Air humidification is a very important issue in environmental climate. It is a process of great influence on thermo-hygrometric comfort; in particular, failure to control environmental humidity can lead to some disturbances. Viruses and bacteria are more easily propagated in environments where relative humidity is outside the range of 40% -60%. As part of this thesis, the design and analysis of an innovative humidification system integrated with adsorbent materials arranged in packed beds is proposed. The system has been developed to be placed within a residential ventilation unit. The idea behind the design is to exploit the latent load present in the exhaust flow to be reintegrated into fresh air. The process cannot be defined as a simple latent recovery. Considering certain conditions, it is capable of reaching a higher humidity level than the one present in indoor environment. An existing numerical model was used as a support, both in the preliminary design phases and in the system performance analyses. The model has made it possible to consider different operating conditions to test the device's performance and energy consumption. The physical prototype has been realized and tested in the laboratory in order to validate the numerical model. A possible system’s regulation with variable internal loads has been investigated. For this purpose, two different operating methods have been analysed., For some desired output humidity values, this operation leads the reduction of energy consumption by a value between 45% and 60% depending on the operating conditions. Finally, a comparison was developed at the level of power consumption between different humidification technologies. The results lead to the conclusion that the system is completely competitive. The reasons that led to the development of this thesis are the advantages that this system can bring compared to the most common humidification systems, including the absence of liquid water with a consequent reduction in the proliferation of microbiological contaminants and best energy saving.

L’umidificazione dell’aria è un tema molto importante nell’ambito della climatizzazione ambientale. Esso è un processo di grande influenza sul comfort termo igrometrico in particolare il mancato controllo di umidità può comportare alcuni disturbi. Inoltre, virus e batteri si propagano più facilmente in ambienti in cui l’umidità relativa risulta fuori dall’intervallo 40%-60%. Nell’ambito di questa tesi si propone la realizzazione e l’analisi di un innovativo sistema di umidificazione che sfrutta materiali adsorbenti disposti in letti fissi. Il sistema è stato sviluppato per essere collocato entro un'unità di ventilazione in ambito residenziale. L’idea che sta alla base della progettazione è quella di sfruttare il carico latente presente nel flusso di espulsione per essere reintegrato attraverso l’aria di rinnovo. Il processo non si può definire un semplice recupero latente in quanto per certe condizioni esso è in grado raggiungere un livello di umidità di mandata superiore a quello già presente in ambiente. Un modello numerico esistente è stato impiegato come supporto, sia nelle fasi di progettazione preliminari, sia nelle analisi di prestazione del sistema. Esso ha permesso di considerare diverse condizioni operative con le quali testare le prestazioni e i consumi energetici del dispositivo. Il prototipo fisico è stato realizzato e testato in laboratorio allo scopo di validare a sua volta il modello numerico. Si è approfondita inoltre una possibile regolazione del sistema a carichi interni variabili. A tale scopo si sono analizzati due diversi metodi di funzionamento tramite i quali, per certi valori di umidità in uscita desiderati, è possibile ridurre le spese energetiche di un valore compreso tra 45% 60% a seconda delle condizioni operative. Infine, si è sviluppato un confronto a livello di potenza necessaria al funzionamento, tra diverse tecnologie di umidificazione. I risultati portano a dedurre che il sistema sia del tutto competitivo. Le motivazioni che hanno portato allo sviluppo di questa tesi sono i vantaggi che questo sistema può apportare rispetto ai più comuni sistemi di umidificazione, tra i quali l’assenza di acqua liquida con conseguente riduzione di proliferazione dei contaminanti microbiologici e un minor dispendio energetico.