Nowadays the company “FantiniCosmi” produces and sells the “Ecocomfort 2.0” which is a decentralized controlled mechanical ventilation unit (CMV). This device has the aim to recirculate the air into a certain indoor environment to guarantee the well-being of the occupants. Thus, this device has to work both in supply and extraction mode. This particular working principle leads to the need of a rotor profile which is bidirectional, in the sense that it gives the possibility to move the airflow in both directions. Another implication of this operation is that it allows the heat recovery from the exiting airflow to the entering one, giving the possibility to reduce the conditioning consumption of the considered environment. Since the device is monodirectional and works alternatively in expulsion or supply mode, the heat exchange mechanism is based on the thermal capacity of the material composing the heat exchanger, which is made by Silicon Carbides. The aim of this project is to analyze the thermal behavior of this product using a numerical model built with the CFD software “Autodesk CFD”. Once the model is ready, the grid is validated through a Grid Convergence Analysis carried out on the pressure drop experienced into the device. Then, three different thermal recovery efficiency are defined: one for the expulsion phase, one for the supply phase and one accounting for the whole heat recovery cycle referred as total efficiency. Experimental data for the total efficiency are available, and they have been compared with numerical results in order to further validate the model. After that, the same model is used for two sensitivity analysis: cycle duration and external temperature. In particular, the attention is focused on how the supply air temperature and the different thermal efficiencies varies with different cycle periods and outdoor temperatures. Basing on the results of these sensitivity analysis and more in general on the outputs of the numerical model, major weaknesses are identified, and possible solutions are presented. Considerations regarding aspects as noise mitigation, prevalence, industrializability and maintenance will impact the final configuration of the two proposed solutions

L’azienda “FantiniCosmi” produce l’”Ecocomfort 2.0”, un’unità per la ventilazione meccanica decentralizzata. Questa macchina ha come scopo il ricircolo dell’aria in un certo ambiente interno per garantire il benessere degli occupanti. Per questo motivo, questo device deve poter lavorare sia in expulsion mode che in supply mode. Questa particolare tipologia di funzionamento comporta la necessità di un profilo rotorico bidirezionale, cioè che permetta un flusso d’aria in entrambe le direzioni. Un’altra implicazione di un funzionamento bidirezionale è quello di fornire la possibilità di poter recuperare il calore dal flusso d’aria in uscita a benefico di quello in ingresso, così da ridurre il consumo per il condizionamento dell’ambiente considerato. Tuttavia il device lavora in modo monodirezionale alternato, questo dunque implica che il meccanismo di scambio termico sia basato sulla capacità termica del materiale che costituisce lo scambiatore: carburo di silicio. Lo scopo del progetto è quello di valutare le performance di recupero termico della macchina utilizzando un modello numerico costruito nell’ambiente di simulazione “Autodesk CFD”. Una volta pronta, la mesh viene validata tramite una grid convergence analysis rispetto al pressure drop che si verifica nel device. A quel punto tre diverse efficienze di recupero termico vengono definite: una per la expulsion phase, una per la supply phase ed una per il ciclo completo chiamata total efficiency. Sono disponibili dati sperimentali riguardo la total efficiency in condizioni di lavoro nominali, questi vengono confrontati con i risultati del modello numerico al fine di validare lo stesso. Una volta validato il modello, esso è poi utilizzato per valutare le performances di recupero termico in diverse condizioni di funzionamento: temperature esterne e duty cycle. Sulla base dei risultati di queste due sensitivity analysis, sono identificati i maggiori limiti della macchina attuale, e considerando questi insieme ad aspetti come la riduzione del rumore, industrializzabilità, portata e prevalenza, possibili nuove soluzioni sono presentate.

Decentralized heat recovery mechanical ventilation unit : CFD modeling and analysis

Mannara, Fabiano
2020/2021

Abstract

Nowadays the company “FantiniCosmi” produces and sells the “Ecocomfort 2.0” which is a decentralized controlled mechanical ventilation unit (CMV). This device has the aim to recirculate the air into a certain indoor environment to guarantee the well-being of the occupants. Thus, this device has to work both in supply and extraction mode. This particular working principle leads to the need of a rotor profile which is bidirectional, in the sense that it gives the possibility to move the airflow in both directions. Another implication of this operation is that it allows the heat recovery from the exiting airflow to the entering one, giving the possibility to reduce the conditioning consumption of the considered environment. Since the device is monodirectional and works alternatively in expulsion or supply mode, the heat exchange mechanism is based on the thermal capacity of the material composing the heat exchanger, which is made by Silicon Carbides. The aim of this project is to analyze the thermal behavior of this product using a numerical model built with the CFD software “Autodesk CFD”. Once the model is ready, the grid is validated through a Grid Convergence Analysis carried out on the pressure drop experienced into the device. Then, three different thermal recovery efficiency are defined: one for the expulsion phase, one for the supply phase and one accounting for the whole heat recovery cycle referred as total efficiency. Experimental data for the total efficiency are available, and they have been compared with numerical results in order to further validate the model. After that, the same model is used for two sensitivity analysis: cycle duration and external temperature. In particular, the attention is focused on how the supply air temperature and the different thermal efficiencies varies with different cycle periods and outdoor temperatures. Basing on the results of these sensitivity analysis and more in general on the outputs of the numerical model, major weaknesses are identified, and possible solutions are presented. Considerations regarding aspects as noise mitigation, prevalence, industrializability and maintenance will impact the final configuration of the two proposed solutions
LACAPRUCCIA, ROBERTO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
28-apr-2022
2020/2021
L’azienda “FantiniCosmi” produce l’”Ecocomfort 2.0”, un’unità per la ventilazione meccanica decentralizzata. Questa macchina ha come scopo il ricircolo dell’aria in un certo ambiente interno per garantire il benessere degli occupanti. Per questo motivo, questo device deve poter lavorare sia in expulsion mode che in supply mode. Questa particolare tipologia di funzionamento comporta la necessità di un profilo rotorico bidirezionale, cioè che permetta un flusso d’aria in entrambe le direzioni. Un’altra implicazione di un funzionamento bidirezionale è quello di fornire la possibilità di poter recuperare il calore dal flusso d’aria in uscita a benefico di quello in ingresso, così da ridurre il consumo per il condizionamento dell’ambiente considerato. Tuttavia il device lavora in modo monodirezionale alternato, questo dunque implica che il meccanismo di scambio termico sia basato sulla capacità termica del materiale che costituisce lo scambiatore: carburo di silicio. Lo scopo del progetto è quello di valutare le performance di recupero termico della macchina utilizzando un modello numerico costruito nell’ambiente di simulazione “Autodesk CFD”. Una volta pronta, la mesh viene validata tramite una grid convergence analysis rispetto al pressure drop che si verifica nel device. A quel punto tre diverse efficienze di recupero termico vengono definite: una per la expulsion phase, una per la supply phase ed una per il ciclo completo chiamata total efficiency. Sono disponibili dati sperimentali riguardo la total efficiency in condizioni di lavoro nominali, questi vengono confrontati con i risultati del modello numerico al fine di validare lo stesso. Una volta validato il modello, esso è poi utilizzato per valutare le performances di recupero termico in diverse condizioni di funzionamento: temperature esterne e duty cycle. Sulla base dei risultati di queste due sensitivity analysis, sono identificati i maggiori limiti della macchina attuale, e considerando questi insieme ad aspetti come la riduzione del rumore, industrializzabilità, portata e prevalenza, possibili nuove soluzioni sono presentate.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/187651