L’idea
Freescoo è un’innovativa tecnologia di trattamento dell’aria che utilizza energia termica di bassa qualità (solare termico, pompa di calore, calore di scarto, teleriscaldamento e cogenerazione) con funzioni di raffreddamento, deumidificazione, riscaldamento, recupero di calore e ventilazione in edifici ove sia necessario il ricambio dell’aria.
La tecnologia di climatizzazione freescoo sviluppata da Solarinvent è basata sul fenomeno dell’adsorbimento del vapore acqueo in materiali solidi altamente igroscopici e sul processo di raffreddamento evaporativo che utilizza l’acqua come refrigerante.
La deumidificazione dell’aria tramite adsorbimento
Nei processi di trattamento dell’aria è di notevole importanza il carico latente legato alla deumidificazione dell’aria. La deumidificazione dell’aria tramite adsorbimento sfrutta il processo fisico per cui le molecole del vapore d’acqua contenuto nell’aria si depositano sulla superficie interna di un materiale ad elevata porosità. Il vapore acqueo dell’aria migra verso la superficie del materiale adsorbente a causa della differenza di pressione parziale. Quando, a causa del processo di adsorbimento avvenuto, questo si satura diventando caldo ed umido, il gradiente di pressione diminuisce fino a raggiungere l’equilibrio.
Per la successiva eliminazione del vapore acqueo dal materiale essiccante saturo, è necessario portare quest’ultimo in contatto con una corrente d’aria calda la cui temperatura dipende dal tipo di materiale impiegato (fase di rigenerazione). Nei sistemi DEC la temperatura di rigenerazione è dell’ordine di 50-90°C a seconda dell’applicazione.
I materiali più utilizzati nei sistemi di deumidificazione per essiccazione sono il gel di silice, il cloruro di litio e le zeoliti.
I comuni sistemi DEC che utilizzano materiali essiccanti allo stato solido sono basati sui rotori deumidificanti. Nei sistemi di trattamento aria Desiccant and Evaporative Cooling (DEC) normalmente vengono utilizzati i rotori adsorbenti. L’utilizzo di rotori adsorbenti implica che il calore di adsorbimento venga prima rigettato sull’aria di processo per poi essere rimosso dal sistema di raffreddamento evaporativo. Durante il processo infatti, mentre si abbassa l’umidità assolutà, la temperatura dell’aria aumenta, ottenendo così una trasformazione quasi isoentalpica, ovvero nessuna produzione di potenza frigorifera. Inoltre, un aumento della temperatura del materiale nella fase di adsorbimento necessita una maggiore temperatura di rigenerazione. Infine, nei rotori adsorbenti è presente una quantità di materiale essiccante relaivamente bassa, per cui un eventuale accumulo di energia può essere realizzato solo ricorrendo alla capacità del fluido utilizzato per la rigenerazione (normalmente acqua).
Il sistema freescoo utilizza invece la nuova tecnologia DEC a letti fissi raffrreddati o CPB (Cooled Packed Bed). Grazie all’utilizzo di questa tecnologia il calore rilasciato durante la fase di deumidificazione dell’aria può essere smaltito per mezzo di un flusso di acqua di raffreddamento. Ciò comporta diversi vantaggi da un punto di vista energetico rispetto alla soluzione basata sui rotori deumidificanti, ed in particolare:
- maggiore capacità di adsorbimento del materiale grazie alle basse temperature che caratterizzano il processo di deumidificazione;
- maggiore efficienza energetica dell’intero processo di trattamento dell’aria grazie alle minori temperature di uscita dell’aria deumidificata;
- possibilità di accumulare l’energia solare nel materiale adsorbente sotto forma di capacità di adsorbimento
Principio di funzionamento
- Nei sistemi tradizionali la deumidificazione dell’aria avviene attraverso il passaggio in una batteria di raffreddamento dove circola un fluido refrigerante a bassa temperatura (6-7°C) e che causa la condensazione sulle superfici dello scambiatore del vapore acqueo presente nell’aria. La condensa viene puoi raccolta in una bacinella ed evacuata all’esterno; In tal modo, al processo di deumidificazione dell’aria è associato inevitabilmente quello di raffreddamento.
- Nel sistema freescoo il processo di deumidificazione e di raffreddamento avvengono all’interno di uno scambiatore di calore contenente il materiale essiccante che cattura e trattiene all’interno della sua struttura porosa il vapore acqueo presente nell’aria. Il calore generato dal fenomeno dell’adsorbimento viene poi rigettato sull’altro flusso d’aria dello scambiatore. Per incrementare lo scambio termico viene sfruttato il fenomeno del raffreddamento evaporativo che utilizza l’acqua come refrigerante.
- Dopo un certo tempo di funzionamento, il materiale essiccante tende a saturarsi in umidità, per cui è necessaria la sua rigenerazione. In questa fase, lo scambiatore viene investito da una corrente di aria calda che secca nuovamente il materiale adsorbente ripristinando la sua capacità iniziale di attrarre l’umidità dall’aria.
- Per la continuità di servizio nel sistema sono presenti due scambiatori funzionanti alternativamente in adsorbimento e desorbimento (rigenerazione)
Punti di forza della tecnologia
- Elevato rapporto di efficienza energetica nominale (EER > 10 e > 20 in regime ridotto dei ventilatori). EER è il rapporto tra l’energia frigorifera fornita dall’impianto e l’energia elettrica necessaria per il suo funzionamento (l’energia elettrica viene utilizzata solo per azionare i ventilatori, le pompe di circolazione e alcuni ausiliari);
- Impegno di potenza elettrica installata pari a 6-8 volte minore rispetto ad altre soluzioni convenzionali per la climatizzazione;
- Utilizzo di calore a bassa entalpia: la temperatura minima richiesta per il funzionamento del sistema è di 55°C. Particolarmente interessante risulta l’integrazione con i gruppi frigoriferi a pompa di calore a recupero totale o parziale.
- Elevata efficienza termica – L’efficienza termica è il rapporto tra la capacità di raffreddamento e la fonte di calore fornita. L’efficienza termica per le soluzioni DEC basate su rotori adsorbenti è <0,8 mentre freescoo può raggiungere circa 1;
- Risparmio energetico e riduzione delle emissioni di CO2 (fino al 70-80%) nel caso di utilizzo di calore da fonte rinnovabile;
- Totale assenza di fluidi refrigeranti nocivi: il sistema utilizza solo acqua come fluido refrigerante (GWP = 0).
- Scalabile: è possibile realizzare unità con potenza frigorifera da 2kW fino a 30-40 kW
La tecnologia freescoo in accoppiamento con le pompe di calore a recupero
Il sistema può essere accoppiato a qualsiasi fonte di calore avente una temperatura minima > 55°C (Solare termico, pompa di calore a recupero, calore di scarto, teleriscaldamento).
Un’applicazione particolarmente interessante è quella in combinazione con pompe di calore a recupero.
In tal modo l’efficienza della pompa di calore diventa massima potendo essere utilizzati sia l’effetto frigorifero sia la produzione di calore. In particolare, in questo caso la pompa di calore putrà essere utilizzata per fornire l’energia frigorifera ai terminali in ambiente (evaporatore) e il calore necessario alla macchina freescoo (condensatore).
Grazie a questo l’efficienza elettrica del sistema combinato aumenta di circa il 70%.
