Simulation-based solutions for heat pump optimization for domestic tumble dryer

This thesis addresses the challenge of environmental sustainability in the household appliance sector, focusing on the optimization of the drying cycle in heat pump dryers. In a context where climate change imposes the need to reduce emissions and improve energy efficiency, the work proposes a predictive model that integrates thermodynamic analyses, numerical simulations and experimental validation. The developed model, implemented using platforms such as Simulink and Simscape, allows to analyze both the steady-state behavior and the transient dynamics of the refrigerant cycle and the air cycle. Particular attention is paid to the modeling of evaporation, condensation and heat transfer processes, key elements to improve energy efficiency and reduce drying time. Different optimization proposals are compared, which include variations in the compressor speed and the use of electronic valves (EEV) in place of the traditional capillary valve, in order to dynamically modulate the pressure drop and maximize condensation. The obtained results highlight how an integrated approach, combining accurate simulations and experimental validations, allows to obtain an optimal compromise between energy consumption reduction, cycle time shortening and reduction of residual water content in fabrics. These improvements are remarkable and potentially in line with the new European energy regulations, demonstrating the potential of technological innovation for the development of low environmental impact household appliances. In summary, this thesis contributes to the definition of optimization strategies for drying processes, offering practical solutions to increase energy efficiency and promote a transition towards greater environmental sustainability in the household appliance sector.

La presente tesi affronta la sfida della sostenibilità ambientale nel settore degli elettrodomestici, concentrandosi sull’ottimizzazione del ciclo di asciugatura in asciugatrici a pompa di calore. In un contesto in cui il cambiamento climatico impone la necessità di ridurre le emissioni e migliorare l’efficienza energetica, il lavoro propone un modello predittivo che integra analisi termodinamiche, simulazioni numeriche e validazione sperimentale. Il modello sviluppato, realizzato mediante piattaforme come Simulink e Simscape, consente di analizzare sia il comportamento in regime stazionario che le dinamiche transitorie del ciclo del refrigerante e del ciclo ad aria. Particolare attenzione è dedicata alla modellazione dei processi di evaporazione, condensazione e trasferimento di calore, elementi chiave per migliorare l’efficienza energetica e ridurre il tempo di asciugatura. Vengono confrontate diverse proposte di ottimizzazione, che includono variazioni nella velocità del compressore e l’impiego di valvole elettroniche (EEV) in sostituzione della tradizionale valvola capillare, al fine di modulare in maniera dinamica la caduta di pressione e massimizzare la condensazione. I risultati ottenuti evidenziano come un approccio integrato, che combina simulazioni accurate e validazioni sperimentali, permetta di ottenere un compromesso ottimale tra riduzione dei consumi energetici, abbreviazione dei tempi di ciclo e diminuzione del contenuto residuo d’acqua nei tessuti. Tali miglioramenti sono notevoli e potenzialmente in linea con le nuove normative energetiche europee, dimostrando il potenziale di innovazione tecnologica per lo sviluppo di elettrodomestici a basso impatto ambientale. In sintesi, questa tesi contribuisce alla definizione di strategie di ottimizzazione dei processi di asciugatura, offrendo soluzioni pratiche per aumentare l’efficienza energetica e favorire una transizione verso una maggiore sostenibilità ambientale nel settore degli elettrodomestici.