Le unità di trattamento d'aria sono dotate di scambiatori di calore rotativi con trattamento igroscopico, offrono significative opportunità di risparmio di energia e riduzione delle emissioni di CO2, migliorando anche l'ambiente interno. Ma cos'è esattamente che li rende così vantaggiosi? Ecco una guida passo-passo per capire quali sono i vantaggi della tecnologia del rotore ad adsorbimento, con un'attenzione particolare alle applicazioni di raffreddamento.
Tecnologia ad adsorbimento
Il materiale del rivestimento ha la capacità di adsorbire l'umidità dall'aria quando è presente un elevata concentrazione e di rilasciarla quando è presente una bassa concentrazione. Ciò significa che l'umidità viene recuperata; si ottiene quindi un recupero di energia latente e un recupero di energia sensibile.
In estate, quando l'umidità è elevata, l'umidità viene rimossa dall'aria esterna e trasferita all'aria di estrazione. In inverno, l'umidità viene trasferita dall’aria di ripresa alla mandata.Il trasferimento di umidità avviene quando c'è una differenza di umidità specifica tra l'aria di ripresa e l'aria esterna. La quantità trasferita è data dalle prestazioni di efficienza latente del rotore.
Efficienza latente dell'aria di mandata = (x22-x21)/(x11-x21 ) %
Dove
x11 = umidità specifica nell'aria di ripresa g/kg
x21 = umidità specifica dell'aria esterna g/kg
x22 = umidità specifica nell'aria di mandata g/kg
Riduzione della potenza di raffreddamento
Grazie del recupero di energia latente nel rotore, si riduce significativamente la richiesta di potenza nel sistema di raffreddamento. Anche con un semplice scambiatore di calore in alluminio otteniamo un sensibile recupero del raffreddamento. Il seguente diagramma illustra quanto si recupera in raffreddamento con il rotore ad adsorbimento. L'esempio si basa su un'aria esterna di 30°C e una temperatura di mandata di 12°C. Il rotore sensibile fornisce circa il 20% del raffreddamento mentre il rotore ad adsorbimento è in grado di fornire circa la metà della potenza di raffreddamento. Questo varierà a seconda delle condizioni, ma mostra che la riduzione della potenza di raffreddamento è molto significativa con il rotore ad adsorbimento.
Questo recupero latente di raffreddamento permette quindi di ridurre radicalmente le dimensioni dell'impianto di raffreddamento. Ciò significa che la capacità del refrigeratore e il sistema di distribuzione saranno ridotte; di conseguenza costi di installazione notevolmente inferiori, minore ingombro e una minore carica di refrigerante.
Riduzione dell'energia di raffreddamento
La riduzione dell'energia di raffreddamento dipenderà ovviamente dalla durata del clima estivo. Il seguente esempio è stato calcolato con le seguenti condizioni:
Portata d'aria: 2 m3/s
Temperatura aria di mandata: 16°C
Temperatura aria estratta: 22°C
- Il rotore ad adsorbimento ha un'efficienza in temperatura dell'82% e un'efficienza in umidità del 74% in estate.
- Il rotore in alluminio ha un'efficienza termica dell'82% in estate.
- La caduta di pressione del rotore ad adsorbimento è di circa 10 Pa in più rispetto a quella del rotore in alluminio, quindi la differenza di energia del ventilatore è ridotta.
- Il primo diagramma mostra il recupero di raffreddamento utilizzando il rotore in alluminio e il secondo diagramma mostra il recupero di raffreddamento utilizzando il rotore ad adsorbimento.
In questo esempio la riduzione del consumo di energia per il raffrescamento è di circa il 50% nei climi più caldi (come Milano e Francoforte) mentre nei luoghi più freddi è di circa il 20%.
Rispetto alle apparecchiature di raffreddamento, i rotori ad adsorbimento sono macchine relativamente semplici, quindi abbiamo l'ulteriore vantaggio che il costo di manutenzione è molto più basso per kW/ora.
Riduzione del picco di potenza
Occasionalmente il meteo porta temperature e livelli di umidità più elevati rispetto a quelli di progetto. Questo, ovviamente, porterà ad un aumento della temperatura all'interno. La potenza frigorifera recuperata dello scambiatore di calore è proporzionale alla differenza di temperatura e umidità : quando la condizione esterna aumenta e la differenza aumenta con l’ambiente interno, si ottiene una maggiore potenza recuperata.
Recupero umidità
Nella stagione invernale, l'aria esterna che viene riscaldata avrà una bassa umidità, quindi l'aria interna diventerà secca. In queste condizioni, lo scambiatore recupera l’umidità nell'aria di ripresa e la trasferisce all'aria di mandata; il che significa che l'aria interna viene mantenuta più umida, confortevole e salutare. Potrebbe essere necessario aggiungere umidità utilizzando un umidificatore; il rotore ad adsorbimento ha il vantaggio di un carico di umidificazione inferiore, quindi l'installazione sarà più economica e i costi di esercizio inferiori.
In questo esempio l'aria fredda viene riscaldata dal rotore a 13°C e quindi riscaldata a 20°C.
Con il rotore in alluminio l'aria di mandata risultante ha un'umidità relativa di appena il 10% mentre con il rotore ad adsorbimento è superiore al 25%.
Linea rossa = rotore in alluminio, Linea verde = rotore ad assorbimento
Riduzione della potenza di umidificazione
Possiamo vedere dal diagramma che il costo dell'umidificazione è notevolmente ridotto. Se supponiamo che la condizione dell'aria di mandata debba essere compresa tra il 30% e il 40% di umidità relativa, invece di dover aggiungere circa 5-6 g di umidità per kg di aria, sarà necessario aggiungere solo 2-3 g di umidità; il costo sarà quindi dimezzato utilizzando il rotore ad adsorbimento. Se si utilizza un umidificatore adiabatico, il rotore ad adsorbimento può offrire il vantaggio di una ridotta potenza di riscaldamento e di un ridotto consumo di acqua.
Perdita
Lo svantaggio degli scambiatori di calore rotativi è il problema delle perdite interne tra l'aria di ripresa e quella di mandata. Se progettato e installato correttamente, la perdita può essere ridotta a meno dell'1%. Il rotore deve essere dotato di guarnizioni efficaci, un separatore di flusso e il sistema deve essere impostato con il corretto bilanciamento della pressione.
Per ottenere il corretto bilanciamento della pressione, i ventilatori devono essere posizionati correttamente. Sia l'alimentazione che i ventilatori di estrazione sono posizionati al meglio a monte del rotore nei rispettivi flussi d'aria. Talvolta potrebbe essere necessario introdurre un dispositivo di riduzione della pressione nell'aria di ripresa.
Conclusione
La capacità del rotore ad adsorbimento di recuperare sia il raffreddamento sensibile che quello latente ha un profondo impatto sia sulla richiesta di potenza di raffreddamento che sul consumo di energia di raffreddamento. Il sistema di raffreddamento è reso molto più piccolo risparmiando spazio e costi. Un refrigeratore più piccolo significa anche una quantità ridotta di refrigerante. Tutto considerato, un rotore del tipo ad adsorbimento presenta una serie di vantaggi significativi in termini di risparmio energetico e costi di investimento ridotti, garantendo al contempo un maggiore livello di comfort e benessere.
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