Nell’ambito di un accordo di cooperazione internazionale tra l’Agence Marocaine pour l’Efficacité Energétique (AMEE) e il Ministero dell’Ambiente della Tutela del Territorio e del Mare (IMELS), è stata installata una centrale di trattamento dell’aria freescoo presso la biblioteca dell’AMEE a Marrakech. Il progetto è gestito dal Dipartimento di Energia del Politecnico di Milano ed è stato realizzato in collaborazione con l’azienda Pleion, che ha messo a disposizione per l’installazione i propri collettori solari.
Il sistema ha una portata d’aria massima di 1500 m3/h, una potenza frigorifera nominale di 6,2 kW e può fornire aria fresca ad una stanza di 400 m3.
La potenza elettrica nominale necessaria è di circa 250 W. Per mantenere il processo di raffreddamento sono necessari circa 2 lt/kWh di energia frigorifera.
In modalità di funzionamento invernale, il sistema fornisce anche il riscaldamento per il locale in presenza di radiazione solare e il ricambio d’aria necessaria in inverno e nelle stagioni intermedie.
Il funzionamento del sistema in estate può essere descritto come segue:
- L’aria esterna (elevata umidità e alta temperatura) attraversa un innovativo letto adsorbente raffreddato per essere fortemente deumidificata a temperatura costante;
- Successivamente l’aria viene raffreddata in uno scambiatore di calore indiretto, senza aumentare l’umidità;
- Quando il materiale adsorbente si satura, il calore solare viene utilizzato per la sua rigenerazione (50-60 ° C);
- Il calore di adsorbimento viene smaltito da uno scambiatore di calore.
Le prestazioni energetiche saranno testate per un anno secondo la procedura di monitoraggio per sistemi di raffrescamento solari sviluppata dagli esperti del Task 38 e 48 dell’IEA (International Energy Agengy). Per le prestazioni in riscaldamento sono stati usati i dati raccolti tra Gennaio e Febbraio 2017, invece per il raffredamento i dati riguardano il periodo tra maggio e settembre. Le analisi basate sui dati di monitoraggio, mostrano che, per il funzionamento tipico in raffredamento, il risparmio di energia elettrica rispetto ad un climatizzatore convenzionale, può essere superiore al 70%. Riportiamo di seguito i dati di due giornate di Luglio in modalità di raffrescamento.
Descrizione | Primo giorno |
Secondo giorno | Unità di misura |
Energia frigorifera prodotta dall’UTA | 91 | 29 | [kWh] |
Portata d’aria media | 881 | 376 | [m3/h] |
Radiazione solare incidente | 52.9 | 43.3 | [kWh] |
Calore al collettore solare | 31.9 | 24.1 | [kWh] |
Consumo elettrico | 8.4 | 3.62 | [kWh] |
Consumo specifico di energia per ventilazione | 0.40 | 0.96 | [W/m3/h] |
Ore di funzionamento | 24 | 10 | H |
EER | 10.8 | 7.92 | [-] |
COP th | 2.88 | 1.12 | [-] |
Efficienza collettori solari | 60% | 56% | [-] |
La radiazione solare incidente totale si aggira tra i 50-60 kWh al giorno, e l’energia frigorifera prodotta dall’UTA è intorno ai 2,5-5,5 kW, con una temperatura di mandata di 19-22°C. Il primo giorno è caratterizzato da un’alta radiazione solare, e temperatura ambiente estrema (valore massimo di circa 50°C).
Il secondo giorno ha una radiazione solare più bassa ed una temperatura ambiente fino a 40°C. Il sistema è stato attivato per 24 ore durante il primo giorno, e 10 ore il secondo giorno. Nel primo giorno l’energia frigorifera prodotta durante la notte è dovuta soltanto all’effetto del raffrescamento evaporativo indiretto.
In questo grafico sono riportate le prestazioni giornaliere a Luglio. L’EER è sempre maggiore di 5, con picchi superiori a 10, ed un valore medio di circa 7. Grazie alle ottime prestazioni del modulo di raffreddamento evaporativo dell’UTA, il COP termico si è attestato tra 1 e 2, con la forte influenza delle condizioni ambientali esterne sia in termini di temperatura che di umidità relativa.
In questo secondo grafico sono rappresentate le prestazioni su base mensile della macchina: la portata d’aria media ha un valore minimo nel mese di Maggio, 400 m³/h , invece viene raggiunto un valore di picco di circa 900 m³/h nel mese di Agosto. Il consumo elettrico varia in corrispondenza dell’incremento della portata d’aria e della quantità di ore di funzionamento giornaliero.
Prestazioni stagionali e annuali
Descrizione | Raffrescamento | Riscaldamento | Annuale | Unità di misura |
Energia termica – UTA | 5527 | 960 | 6487 | [kWh] |
Energia termica – edificio | 2250 | 1109 | 3359 | [kWh] |
Portata d’aria media | 714 | 623 | 668 | [m3/h] |
Radiazione solare incidente | 6859 | 2008 | 8867 | [kWh] |
Calore collettore solare | 3966 | 1235 | 5200 | [kWh] |
Consumo elettrico | 820 | 90 | 910 | [kWh] |
Consumo d’acqua | 11.6 | 0 | 11.6 | [m3] |
Consumo d’acqua giornaliero | 83 | 0 | – | [liters/day] |
Consumo specifico di energia per ventilazione | 0.46 | 0.35 | 0.40 | [W/m3/h] |
Ore di funzionamento | 2524 | 412 | 2937 | [h] |
Giorni di funzionamento | 139 | 59 | 198 | [day] |
EER | 6.7 | 11 | 7.1 | [-] |
COP th | 1.39 | 0.78 | – | [-] |
Efficienza collettori solari | 58% | 61% | 59% | [-] |
Sulla base dei risultati ottenuti, è stato stimato un confronto con un’UTA accoppiata ad una pompa di calore reversibile a compressione di vapore. L’ipotesi principale sul sistema convenzionale riguarda il rapporto tra l’efficienza energetica del chiller/pompa di calore ed il consumo elettrico per la ventilazione. I risultati mostrano un risparmio di elettricità del 70% in un anno.
Prestazioni energetiche annuali stimate per un’UTA accoppiata ad una pompa di calore reversibile a compressione di vapore.
Descrizione | Valore |
|
|
EER chiller/pompa di calore (assunto) | 3 | [-] | |
Elettricità consumata dal chiller/pompa di calore | 2162 | [kWh] | |
Consumo specifico di energia per ventilazione (assunto) | 0.30 | [W/m3/h] | |
Consumo elettrico perventilazione dell’UTA | 589 | [kWh] | |
Totale consumo elettrico | 2751 | [kWh] | |
Risparmio sul consumo elettrico | 70 | [%] |