Logiche di regolazione di ruote essiccanti in impianti di climatizzazione : analisi numerica e sperimentale

Regarding air-conditioning, DEC systems (Desiccant Evaportative Cooling) are able to carry out every thermal hygrometric transformations of air, which is destined to users in particular conditions, and their most important component are desiccant wheels. They are rotary heat exchangers made up of a paper supporting material coated with an adsorbent substance. Desiccant wheels exchange sensible and latent thermal power so that water vapour, adsorbed by material, is removed from principal air flow (named “process air”). Then, a secondary hot air stream (named “regeneration air”) reactivate the wheel, desorbing water vapour. Performance of such a component depends from all boundary conditions: inlet temperature and humidity of both air streams, two air flows and revolution speed. The ability of reaching an optimum in particular design conditions fails when these change. The aim of this thesis is to keep always optimal conditions also in off-design situations. First of all, efficiencies and performance indicators are presented and then a research in literature is carried out to choose particular models, able to evaluate system performances. These models are then implemented in a wheel control system which are used to predict the value of a studied variable, which optimizes performances in every conditions. This system works with traditional regulator which acts on other free variables.

I sistemi di trattamento aria DEC (Desiccant Evaporative Cooling) si collocano nell’ambito della climatizzazione ambientale e permettono di effettuare le trasformazioni termo-igrometriche di cui necessita l’aria per essere inviata all’utenza nelle condizioni desiderate. In tali sistemi, la deumidificazione viene compiuta mediante dei particolari componenti chiamati le ruote essiccanti. Esse sono degli scambiatori di calore rotativi costituiti da una matrice, generalmente realizzata con materiale cartaceo, rivestita con sostanze adsorbenti. La ruota essiccante permette lo scambio di potenza termica sensibile e latente, in modo tale che alla corrente principale (detta “aria di processo”) venga sottratta una parte di vapor d’acqua, la quale viene adsorbita dal materiale adsorbente. Successivamente è necessario procedere alla rigenerazione del rotore mediante una corrente d’aria calda secondaria (detta “aria di rigenerazione”), che ha il compito di rimuovere il vapore precedentemente adsorbito. Le prestazioni di una ruota essiccante dipendono in modo significativo dalle condizioni al contorno: temperatura e umidità d’ingresso lato processo e rigenerazione, le due portate d’aria e la velocità del rotore. La capacità di trovare delle particolari condizioni di progetto che consentono di raggiungere un punto di lavoro ottimale perde significato quando queste condizioni mutano, comportando nella maggior parte dei casi una situazione di lavoro lontana dal punto di ottimo. Lo scopo del lavoro che si sta presentando consiste nel cercare di mantenere le condizioni di lavoro ottimali anche in situazioni off-design e per questo motivo vengono introdotti, in primis, delle efficienze e degli indicatori di performance e in seguito viene effettuata una ricerca sullo stato dell’arte per scegliere quali modelli di calcolo possano essere in grado di stimare le prestazioni. I modelli di calcolo, implementati in un sistema di controllo dedicato alla ruota, predicono il valore di una o più variabili in modo da massimizzare le performance del sistema in qualunque condizione di lavoro. Le altre variabili lasciate libere vengono gestite da un regolatore tradizionale, che opera insieme al sistema di controllo della ruota.