Studio su Scambiatori a Membrana: Analisi delle Prestazioni, Simulazione di Sistema e Campi di Applicazione

Università di Genova – DIPTEM Capitolo 1 7 1. Introduzione La deumidificazione ed il controllo della qualità dell’aria ambiente sono uno dei campi in cui sono stati recentemente fatti i maggiori sforzi volti a ridurre i consumi degli impianti ed a contenere le emissioni di gas inquinanti in ambiente. Il protocollo di Montreal prima ed il protocollo di Kyoto poi hanno tracciato sentieri di ricerca ed innovazione tecnologica comuni alle nazioni sottoscriventi per ridurre i consumi degli impianti, per contenere le emissioni di gas inquinanti in atmosfera e per la ricerca di fluidi refrigeranti a basso impatto ambientale (GWP, LCCP). Le ricerche finora effettuate hanno interessato ogni campo di applicazione, da quello civile per la climatizzazione di ambienti e luoghi pubblici e privati alla deumidificazione e controllo della qualità dell’aria per usi industriali; importante settore è ad esempio quello automobilistico, in cui l’adesione dei paesi dell’unione europea al protocollo di Kyoto si è tradotta nel bando del refrigerante per la climatizzazione automobilistica R134a a favore dell’anidride carbonica come refrigerante alternativo a basso impatto ambientale. Nella climatizzazione una possibilità per contenere i consumi consiste nell’utilizzo di sali liquidi o solidi, che permette di abbattere il carico latente di un ambiente indipendentemente dal carico sensibile, ovvero è possibile controllare l’umidità relativa indipendentemente dalla temperatura dell’aria di processo. Nei casi in cui sia necessario smaltire alti carichi latenti, o sia disponibile calore altrimenti inutilizzato per la rigenerazione dei sali, si possono ottenere considerevoli risparmi energetici. Tuttavia gli impianti ad oggi operanti utilizzano sali solidi o liquidi a contatto diretto con alcuni svantaggi: grandi dimensioni per ottenere sufficienti superfici di scambio, trascinamento di goccioline di soluzione nella corrente di aria di processo nel caso dei sali liquidi e scarsa versatilità di impiego. Il presente lavoro di ricerca è volto allo studio di scambiatori a membrana semipermeabile che permettano l’utilizzo di soluzioni saline liquide per la deumidificazione dell’aria ambiente tramite contatto indiretto. Tramite un codice di calcolo in Fortran sviluppato presso il DIPTEM è stato simulato il comportamento dello scambiatore per individuare le migliori condizioni per il suo funzionamento in deumidificazione ed in rigenerazione. Le indicazioni così ottenute sono servite per lo studio di alcune soluzioni impiantistiche per il condizionamento ambientale: tramite Matlab-Simulink sono stati costruiti i modelli di ciascun impianto e ne sono state confrontate le prestazioni a calcolo. Sulla base dei precedenti risultati, è stata individuata la configurazione di impianto più idonea per un’applicazione di condizionamento civile e per un’applicazione di condizionamento automobilistico. Le prestazioni degli impianti con scambiatori a membrana sono state confrontate con quelle di un impianto tradizionale a ciclo frigo per ciascuna applicazione. Infine, sulla base dei risparmi energetici calcolati tramite i modelli di calcolo, sono state effettuate alcune considerazioni di tipo economico di confronto tra l’innovativo impianto proposto e un impianto di condizionamento tradizionale.