Sistema di Raffreddamento Solare

Nuovo sistema di raffreddamento solare essiccante ad evaporazione basato su letti di assorbimento fissi e refrigerati e scambiatori di calore umido affiancati da un sistema solare integrato all’edificio (RI)

Responsabile: UNIPA-DEIM Partners: EXALTO

La costruzione integrata del collettore solare termico è un importante approccio progettuale per l’ammodernamento energetico degli edifici esistenti; tuttavia, questa strategia deve affrontare molte costrizioni tecniche relative al fatto stesso che l’edificio già esiste. Allo stesso tempo, il concetto NZEB sta diventando un punto di riferimento nelle attività di ricerca, proponendo un approccio integrato per la domanda-offerta di energia  e indirizzando i ricercatori, ma anche gli architetti ingegneri verso la progettazione degli edifici che conciliano le esigenze architettoniche con le attrezzature richieste. Gli edifici esistenti mostrano elevata complessità per l’integrazione in facciata soprattutto quando la superficie finestrata prevale su quella opaca. Per questo motivo i dispositivi di protezione (coperture solari) sono in genere una soluzione adeguata, ma qual’è il loro impatto in condizioni di funzionamento reale? Potrebbe essere utile avere uno sguardo al bilancio energetico complessivo nel corso dell’anno, cosìcome al calore prodotto da tali dispositivi durante la stagione fredda?

E’ stato installato recentemente presso il DEIM un nuovo prototipo di unità solare di trattamento dell’aria (DEC) accoppiato ad un sistema di copertura solare integrata all’edificio.

Questo sistema si basa sul concetto innovativo DEC chiamato freescoo (FREE Solar Cooling) che si basa principalmente sull’impiego di due letti di assorbimento fissi e raffreddati che vengono prodotti in serie e due scambiatori di calore umido. L’innovativo letto di assorbimento proposto è uno scambiatore di calore  costituito da una ventola e un tubo di riscaldamento comunemente usato nel settore del condizionamento, in cui gli spazi tra le alette sono riempiti con granuli di gel di silice.
Tradizionalmente, nei comuni sistemi DEC, sono normalmente utilizzati rotori essiccanti. Tuttavia, il processo di assorbimento realizzato mediante rotori essiccanti presenta lo svantaggio di provocare un aumento di temperatura del materiale essiccante. Questo fenomeno è causato dal rilascio di aria nel processo di assorbimento del calore a causa del calore latente rilasciato dal materiale essiccante e dal residuo di calore immagazzinato dalla sezione di rigenerazione a quella di processo. L’uso di letti di raffreddamento essiccanti fissi permette di superare il limite termodinamico menzionato.
La caratteristica principale di questi prodotti è infatti di consentire la deumidificazione ed il raffreddamento simultaneo dell’aria. Inoltre, poiché il componente ospita una notevole quantità di materiale assorbente, l’energia solare può essere efficientemente memorizzata nei supporti essiccanti in termini di capacità di assorbimento accumulata. Questo può potenzialmente essere utilizzato quando il calore di rigenerazione non è disponibile, riducendo fortemente la necessità di accumulo termico nel circuito solare.
I due setacci molecolari fissi pieni di gel di silice vengono gestiti in serie. Ogni letto di assorbimento ha un volume totale di circa 64 kg di gel di silice in granuli. Un sistema di getti d’aria fornisce lo scambio tra i due letti di assorbimento per garantire un processo di deumidificazione continua.
Il processo di raffreddamento evaporativo indiretto, azionato a valle del processo della deumidificazione, è realizzato da due scambiatori di calore a piastre bagnate collegati in serie. Il processo di raffreddamento evaporativo può funzionare a bassa temperatura, consentendo il rifornimento di aria ad una temperatura della stanza inferiore a 20 ° C.
La torre di raffreddamento è usata per respingere il calore di assorbimento generato nel letto essiccante durante il processo di deumidificazione.
La portata totale erogata per l’edificio è di 2000 mc / h, mentre la potenza massima di raffreddamento è di circa 20 kW. La potenza di raffreddamento può essere controllata attraverso ventole a velocità variabile. La massima potenza elettrica richiesta è di circa 1,8 kW e ciò è principalmente dovuto al funzionamento delle due ventole, delle due pompe e della torre di raffreddamento. La domanda di elettricità può essere coperta da pannelli fotovoltaici integrati nei collettori solari con una potenza di picco di 2,7 kW e che coprono circa il 60% della superficie totale del collettore.
Il sistema solare PVT fornisce calore ed energia elettrica e consente di ridurre la richiesta di energia dalla rete.
I collettori PVT che costituiscono la copertura sono disposti in una stringa. Un comune pannello corrugato a sandwich, sul quale viene stesa una copertura composita (60% della superficie è modulo PV ventilato, il 40% piastra assorbente selettiva), è il nucleo principale della copertura PVT proposta; uno scudo di vetro singolo chiude il collettore solare. In questa configurazione, 4 canali per collettore sono presenti tra il coperchio e il pannello corrugato. L’aria esterna viene forzata nello spazio tra il coperchio di vetro e il PV/assorbitore. Pertanto la rigenerazione del gel di silice può essere effettuata.
Il sistema PVT è stato dimensionato in modo da garantire un’elevata frazione solare termica per il riscaldamento e il raffreddamento dell’edificio e per soddisfare la domanda totale di energia elettrica per gli ausiliari AHU e per l’illuminazione.
Inoltre, una piccola stazione di ricarica per auto è collegata al deposito di energia.
Il sistema integra anche un’ unità di archiviazione intelligente, che ha il ruolo di interfacciare i produttori di energia elettrica (impianti fotovoltaici e anche una piccola turbina a vento), i carichi di costruzione (AHU, illuminazione, stazione di ricarica) e la griglia. Lo scopo principale di questo componente è di limitare lo stress della griglia ed evitare picchi di potenza (Attività 8.3 condotta da CNR-ITAE).

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