Modellazione e ottimizzazione del controllo di un impianto di solar desiccant cooling assistito da una pompa di calore elettrica

The system studied in this thesis is based on the SDEC technology for the air conditioning and is assisted by an heat pump. This system will be installed at the student residence at 62 of Viale Romagna, in Milan. In winter operation mode, the system can heat air by using solar energy. With low radiation, the heat pump, using heat from the solar tank or from the return air stream, is working. In summer, the solar system allows the regeneration of the desiccant wheel that dehumidifies the process air. The cooling effect is obtained with the heat recovery from the return air, pre-cooled through a direct evaporative cooler. If additional cooling of process air is needed or the solar radiation is not sufficient to the regeneration process, the heat pump in reversible-cycle is activated. This work is focused on the TRNSYS model and simulation of the system, in order to improve the control strategy, related to the priority management of the different operation-modes provided by the plant and its individual components. The results show that the set-point temperature of the supply air affects the humidity control and the use of solar heat in the system. The analysis shows a proper control strategy and an increase of the electricity consumption during the cooling period, due to the regeneration fan and to the heat pump. Finally the energetic efficiency of the system is proved: the “Primary Energy Saving” of the plant is equal to 36% during cooling-season and 26% during heating-season.

L’impianto oggetto di studio prevede l’impiego della tecnologia SDEC assistita da una pompa di calore elettrica per la climatizzazione dell’aria. Tale sistema sarà prossimamente installato presso la residenza studentesca situata in viale Romagna 62, nella città di Milano. Durante il funzionamento invernale l’impianto consente di riscaldare l’aria da trattare tramite l’apporto di calore solare. In presenza di bassa radiazione solare, interviene la pompa di calore che preleva calore o dal serbatoio solare o dal flusso d’espulsione. In estate l’impianto solare consente di rigenerare il rotore essicante, che deumidifica il flusso d’aria di mandata. L’effetto di raffreddamento è ottenuto tramite il recupero di calore dal flusso d’aria di ritorno, preraffreddato dall’umidificatore. Nel caso in cui sia necessario un maggior raffreddamento o la radiazione solare sia insufficiente alla rigenerazione, interviene la pompa di calore in ciclo inverso. Il lavoro si è incentrato sulla modellazione e simulazione in TRNSYS al fine di ottimizzare la strategia di controllo, sia per quanto riguarda le differenti modalità operative previste dall’impianto sia per il controllo dei singoli componenti. Dai risultati emerge che il set-point della temperatura dell’aria di mandata influenza il controllo dell’umidità e l’uso del calore solare effettuato dall’impianto. Si evidenzia il coretto funzionamento della strategia di controllo implementata e l’aumento dei consumi elettrici nel periodo di raffreddamento legati al ventilatore di rigenerazione e alla pompa di calore elettrica. Infine emerge la bontà energetica dell’impianto: in termini di “Primary Energy Savings” l’impianto consente un risparmio di energia primaria pari al 36% e al 26% rispettivamente nei periodi di raffreddamento e riscaldamento.