Validation of a 2-D model of a solar desiccant evaporative cooling system in Modelica

Solar cooling is an area of solar thermal engineering that has caught the attention of researchers since the advances in this field can contribute to an enormous reduction of energy consumption in buildings as well as a decrease in the use of ozone-depleting substances. Desiccant Evaporative Cooling (DEC) systems have shown many advantages compared to the traditional air-conditioning, and several prototypes have been proposed and studied. The scope of this thesis is to make the validation of a 2-D model done in Modelica for an innovative system that uses a fixed adsorption bed: the Frescoo system. The results of the experiments carried out at ReLab (Renewable Heating and Cooling Laboratory) are compared to the ones obtained from the model. The construction and simulation of the model was performed in Dymola. The validation results evidence that the 2D model can approximate very good the mass adsorbed by the silica gel during the adsorption phases, especially when the initial values of this phase are well determined. The heat flow comparison with experimental results shows a good agreement for the useful effect of the Freescoo device, which is the adsorption heat rate, while there is more refinement to do regarding the evaporation side of the heat exchanger. This could be also due to the evidence that the ratio between the evaporating water area and the total area of the evaporator side of the heat exchanger is very small, 5%, which gives the suggestion to revise the design of the device in order to optimize this component.

Il raffreddamento solare è un'area dell'ingegneria solare termica che ha attirato l'attenzione dei ricercatori poiché i progressi in questo campo possono contribuire a un'enorme riduzione del consumo di energia negli edifici, nonché a una diminuzione dell'uso di sostanze che riducono lo strato di ozono. I sistemi di Raffreddamento Evaporativo Desiccant (DEC) hanno mostrato molti vantaggi rispetto alla climatizzazione tradizionale e sono stati proposti e studiati diversi prototipi. Lo scopo di questa tesi è quello di fare la validazione di un modello 2-D fatto in Modelica per un sistema innovativo che utilizza un letto di adsorbimento fisso: il sistema Frescoo. I risultati delle sperimentazioni effettuate presso ReLab (Renewable Heating and Cooling Laboratory) vengono confrontati con quelli ottenuti dal modello. La costruzione e la simulazione del modello è stata eseguita a Dymola. I risultati della validazione dimostrano che il modello 2D può approssimare molto bene la massa adsorbita dal gel di silice durante le fasi di adsorbimento, soprattutto quando i valori iniziali di questa fase sono ben determinati. Il confronto del flusso di calore con i risultati sperimentali mostra un buon accordo per l'effetto utile del dispositivo Freescoo, che è la velocità di assorbimento del calore, mentre c'è più raffinamento da fare per quanto riguarda il lato di evaporazione dello scambiatore di calore. Ciò potrebbe essere dovuto anche all'evidenza che il rapporto tra la superficie dell'acqua di evaporazione e la superficie totale del lato evaporatore dello scambiatore di calore è molto piccolo, 5%, il che suggerisce di rivedere il design del dispositivo in modo da ottimizzare questo componente.