Cooling-based vs Desiccant: quale metodo di deumidificazione scegliere per il vostro progetto

Autore: Dipartimento tecnico Mycond

Una deumidificazione dell’aria efficace è fondamentale per un’ampia gamma di ambienti — dagli spazi residenziali agli impianti industriali. Un’eccessiva umidità può portare alla formazione di muffe, alla corrosione delle apparecchiature, alla riduzione del comfort e persino a interruzioni nei processi tecnologici. Oggi gli ingegneri dispongono di due metodi fondamentali di deumidificazione dell’aria, ciascuno basato su principi fisici completamente diversi e con propri vantaggi e limitazioni.

In questo articolo analizzeremo nel dettaglio entrambi gli approcci alla deumidificazione dell’aria: il metodo basato sul raffreddamento (cooling-based dehumidification) e il metodo basato sull’adsorbimento (desiccant dehumidification). Esamineremo i principi fisici di funzionamento, le caratteristiche tecniche, gli aspetti economici e gli ambiti di applicazione ottimali di ciascun metodo, per aiutarvi a scegliere la soluzione più adatta al vostro progetto specifico.

Metodo di deumidificazione basato sul raffreddamento (Cooling-based Dehumidification)

Il deumidificatore a condensazione, o cooling-based dehumidification, funziona secondo un principio familiare a chiunque abbia osservato la condensa formarsi su un vetro freddo. Questo metodo di deumidificazione dell’aria si basa su un fenomeno fisico fondamentale: raffreddare l’aria umida a una temperatura inferiore al punto di rugiada provoca la condensazione del vapore acqueo.

Fisica del processo: come funziona un deumidificatore a condensazione

Il processo di deumidificazione tramite raffreddamento avviene nella seguente sequenza:

1. L’aria umida passa attraverso uno scambiatore freddo (evaporatore)
2. La temperatura dell’aria scende fino al punto di rugiada (dew point temperature)
3. Il vapore acqueo condensa sulle superfici fredde dello scambiatore
4. La condensa viene raccolta e scaricata tramite il sistema di drenaggio
5. L’aria raffreddata e deumidificata viene spesso riscaldata per ridurre l’umidità relativa (UR) e raggiungere una temperatura confortevole

È importante comprendere che il punto di rugiada è la temperatura alla quale l’umidità relativa dell’aria raggiunge il 100% e inizia la condensazione. Più basso è il punto di rugiada, più secca è l’aria. Allo stesso tempo, il punto di rugiada minimo raggiungibile per i deumidificatori a condensazione è limitato dalla temperatura della superficie dello scambiatore di calore.

Tipi di sistemi frigoriferi per la deumidificazione

Esistono tre principali tipologie di sistemi frigoriferi per la deumidificazione dell’aria:

• Sistemi a espansione diretta (DX) — il refrigerante circola direttamente nello scambiatore, garantendo un raffreddamento efficace dell’aria. È il tipo più comune nei deumidificatori domestici e nelle piccole applicazioni commerciali.
• Sistemi ad acqua refrigerata — utilizzano un fluido termovettore intermedio (acqua o glicole), raffreddato da un chiller e inviato allo scambiatore. Tali sistemi sono tipici degli impianti industriali di grandi dimensioni.
• Sistemi dehumidification-reheat — includono un riscaldatore aggiuntivo o impiegano il calore del condensatore per riscaldare l’aria deumidificata, aumentando l’efficienza della deumidificazione senza raffreddare eccessivamente l’ambiente.

Vantaggi del metodo di deumidificazione a condensazione

I sistemi di deumidificazione cooling-based presentano una serie di vantaggi significativi:

• Alta efficienza energetica con umidità elevata (COP 2.0-4.5)
• Raffreddamento e deumidificazione simultanei dell’aria (importante nel periodo estivo)
• Tecnologia matura con elevata affidabilità
• Costo iniziale dell’attrezzatura relativamente basso
• Semplicità di controllo e di esercizio

Limitazioni critiche dei sistemi cooling-based

Tuttavia, il metodo a condensazione presenta alcune limitazioni di principio da considerare in fase di progettazione:

• Il punto di rugiada minimo raggiungibile è +4...+7°C a causa del rischio di congelamento della condensa sullo scambiatore
• Brusco calo di efficienza a basse temperature esterne
• L’aria in uscita è spesso prossima alla saturazione (UR elevata), richiedendo ulteriore riscaldamento
• Diminuzione dell’efficienza energetica a carichi parziali
• Questioni ambientali legate all’uso dei refrigeranti

Metodo di deumidificazione basato sull’adsorbimento (Desiccant Dehumidification)

Il deumidificatore ad adsorbimento, o desiccant dehumidifier, si basa su un principio fisico completamente diverso — non sulla condensazione dell’umidità tramite raffreddamento, ma sul suo assorbimento da parte di materiali igroscopici speciali. Questo metodo consente di raggiungere livelli di umidità estremamente bassi, irraggiungibili per i sistemi cooling-based.

Fisica dell’adsorbimento: adsorbimento su gel di silice e altri processi

Il processo di deumidificazione ad adsorbimento si basa su un principio fondamentale: i desiccanti (essiccanti) presentano una pressione di vapore estremamente bassa sulla loro superficie. Quando l’aria umida entra in contatto con il desiccante, il vapore acqueo tende naturalmente a migrare dalla zona a maggiore pressione di vapore (nell’aria) verso la zona a pressione più bassa (sulla superficie del desiccante). Questo processo avviene senza la necessità di raffreddare l’aria ed è persino accompagnato da un rilascio di calore di adsorbimento.

Ciclo di funzionamento del deumidificatore rotativo

La configurazione più comune di un deumidificatore ad adsorbimento è il sistema rotativo, che funziona secondo il seguente principio:

1. L’aria umida attraversa il rotore con desiccante (lato di processo)
2. Il desiccante assorbe l’umidità, restituendo aria secca ma riscaldata
3. Il rotore ruota lentamente, trasferendo il desiccante saturo di umidità nella zona di rigenerazione
4. Aria calda (120-250°C) attraversa il rotore sul lato di riattivazione, evaporando l’umidità accumulata
5. L’aria calda e umida viene espulsa all’esterno e il desiccante rigenerato ritorna nella zona di lavoro

Tipi di desiccanti per la deumidificazione dell’aria

Nell’industria si utilizzano tre principali tipi di desiccanti:

• Gel di silice — il desiccante più comune, con capacità di assorbimento pari al 10-40% del proprio peso, efficace nell’intervallo di umidità relativa 20-70% UR
• Setacci molecolari — consentono punti di rugiada estremamente bassi fino a −40°C e inferiori, particolarmente efficaci a bassa umidità relativa
• Cloruro di litio — ha un’elevata capacità di assorbimento (fino al 1000% del proprio peso), efficace ad alta UR, ma potenzialmente corrosivo

Vantaggi dei sistemi di deumidificazione a desiccante

I deumidificatori ad adsorbimento presentano una serie di vantaggi unici:

• Gamma praticamente illimitata di punti di rugiada raggiungibili (fino a −70°C)
• Possibilità di funzionare efficacemente a qualsiasi temperatura, comprese quelle sottozero
• Umidità relativa in uscita molto bassa
• Possibilità di utilizzare diverse fonti di energia termica per la rigenerazione (gas, vapore, calore di scarto dei processi industriali)
• Combinazione del processo di deumidificazione con il riscaldamento (utile nel periodo freddo)
• Alta affidabilità e lunga vita utile (15-25 anni)

Svantaggi dei deumidificatori a desiccante

Tuttavia, i desiccant dehumidifier presentano anche alcune limitazioni:

• Elevato consumo di energia termica per la rigenerazione del desiccante
• Temperatura dell’aria in uscita aumentata (spesso richiede ulteriore raffreddamento)
• Sistema di controllo più complesso rispetto ai deumidificatori cooling-based
• Rischio di contaminazione del desiccante in caso di filtrazione dell’aria insufficiente
• Costo iniziale dell’attrezzatura più elevato

Confronto dei metodi di deumidificazione: cooling-based vs desiccant

Sistemi di deumidificazione combinati

In molti casi la soluzione ottimale consiste nel combinare entrambi i metodi di deumidificazione, così da sfruttarne i vantaggi e compensarne gli svantaggi. Ecco tre schemi principali di sistemi di deumidificazione combinati:

Pre-raffreddamento prima del desiccante

In questo schema, il sistema cooling-based riduce l’umidità dell’aria fino a un punto di rugiada di +4°C, dopodiché il deumidificatore desiccant asciuga ulteriormente l’aria fino al punto di rugiada basso desiderato. Questa configurazione consente di ridurre i costi energetici per la rigenerazione del desiccante del 30-50%, poiché la maggior parte dell’umidità è già stata rimossa nella fase di raffreddamento.

Commutazione stagionale

Alcuni sistemi sono progettati con la possibilità di commutazione stagionale tra i metodi: la deumidificazione cooling-based viene utilizzata in estate (quando è desiderabile un raffreddamento aggiuntivo), mentre la deumidificazione desiccant in inverno (quando un riscaldamento aggiuntivo è utile). Ciò consente di ottimizzare i consumi energetici durante l’anno.

Utilizzo del calore di scarto

Nei sistemi industriali, il calore prodotto durante il funzionamento degli impianti frigoriferi (calore di condensazione) può essere utilizzato per la rigenerazione del desiccante. Tale integrazione consente un risparmio energetico fino al 40% ed è spesso impiegata nei supermercati, dove operano sia impianti di refrigerazione sia sistemi di deumidificazione.

Economia della scelta: da cosa dipende l'efficienza della deumidificazione

Nella scelta del metodo di deumidificazione è necessario considerare non solo i parametri tecnici, ma anche gli aspetti economici. Esaminiamo due casi tipici che illustrano la logica decisionale.

Caso 1: Seminterrato residenziale

Per un seminterrato residenziale con elevata umidità e un punto di rugiada target moderato (+15...+18°C), la soluzione ottimale è un deumidificatore a condensazione. Motivi:

• Il punto di rugiada target è significativamente più alto dei limiti dei sistemi cooling
• Nessuna necessità di umidità estremamente bassa
• Costo iniziale dell’attrezzatura inferiore
• Semplicità di utilizzo e manutenzione
• Il raffreddamento aggiuntivo dell’aria può essere un vantaggio nel periodo caldo

Caso 2: Laboratorio farmaceutico

Per un laboratorio farmaceutico con punto di rugiada target inferiore a 0°C, i sistemi cooling non possono essere applicati fisicamente a causa del congelamento della condensa. Soluzione ottimale:

• Deumidificatore desiccant per ottenere un’umidità estremamente bassa
• Oppure sistema combinato, se è importante l’efficienza energetica
• Considerando il valore del prodotto e i requisiti GMP, il maggiore costo iniziale dell’attrezzatura si ripagherà rapidamente

Diagramma decisionale: come scegliere il tipo di deumidificatore

Per accelerare il processo di scelta del metodo di deumidificazione ottimale è possibile utilizzare la seguente logica decisionale:

1. Se il punto di rugiada target è superiore a +5°C e l’umidità esterna è alta — scegliete la deumidificazione cooling-based
2. Se il punto di rugiada è inferiore a +5°C ed è disponibile energia termica a basso costo — scegliete la deumidificazione desiccant
3. Se sono richiesti punti di rugiada bassi con elevata efficienza energetica — considerate un sistema combinato
4. Se la temperatura dell’aria è inferiore a +10°C — i sistemi cooling-based sono inefficaci, meglio usare il desiccant
5. Per uso stagionale con requisiti variabili — considerate un sistema ibrido con possibilità di cambio modalità

Domande frequenti sui metodi di deumidificazione dell'aria

Perché un deumidificatore a condensazione è inefficace in inverno?

A basse temperature il contenuto assoluto di umidità nell’aria diminuisce significativamente. I sistemi cooling-based diventano poco efficienti, poiché la differenza tra la temperatura dell’aria e il punto di rugiada si riduce, e il COP del sistema frigorifero cala. Inoltre, a temperature inferiori a +10°C aumenta il rischio di formazione di ghiaccio sull’evaporatore.

Qual è il punto di rugiada minimo per i sistemi cooling?

Il limite fisico per i deumidificatori a condensazione è circa +4...+7°C. Ciò è dovuto al fatto che a temperature dello scambiatore inferiori la condensa congela, bloccando il flusso d’aria e interrompendo il processo di deumidificazione.

Quando il desiccant è più conveniente dal punto di vista economico?

La deumidificazione ad adsorbimento diventa economicamente vantaggiosa nei seguenti casi:

• Quando è necessario raggiungere un punto di rugiada inferiore a +5°C
• Quando si opera a basse temperature (inferiori a +10°C)
• Quando sono disponibili fonti di energia termica a basso costo
• In progetti in cui sono critiche l’affidabilità e la lunga vita utile

È possibile combinare entrambi i metodi?

Sì, i sistemi combinati sono spesso la soluzione più efficiente dal punto di vista energetico, soprattutto quando è necessario raggiungere punti di rugiada bassi. Lo schema tipico prevede la rimozione preliminare della maggior parte dell’umidità tramite un sistema cooling-based, dopodiché il deumidificatore desiccant assicura l’asciugatura finale al livello richiesto.

Come la temperatura influisce sulla scelta del metodo?

La temperatura dell’aria influisce notevolmente sulla scelta del metodo di deumidificazione:

• A temperature superiori a +25°C i sistemi cooling-based sono generalmente più efficienti
• A temperature inferiori a +10°C i sistemi desiccant hanno il vantaggio
• Per temperature intermedie, la scelta dipende dal punto di rugiada target e dai fattori energetici

Quali settori necessitano della deumidificazione a desiccante?

I deumidificatori ad adsorbimento sono indispensabili nei settori in cui è richiesta un’umidità estremamente bassa:

• Produzione farmaceutica
• Elettronica e microelettronica
• Produzione di batterie al litio
• Stoccaggio di materiali igroscopici
• Industria alimentare (per l’essiccazione dei prodotti)
• Apparati militari e stoccaggio di munizioni

Conclusioni: cosa influisce sulla scelta del metodo di deumidificazione

La scelta tra i metodi di deumidificazione cooling-based e desiccant è una decisione ingegneristica complessa che dipende da molti fattori:

• Punto di rugiada target — criterio principale: se inferiore a +5°C, allora desiccant
• Temperature operative — a basse temperature il cooling-based è inefficiente
• Risorse energetiche disponibili — la presenza di energia termica a basso costo favorisce il desiccant
• Spese in conto capitale — i sistemi cooling-based sono solitamente più economici
• Costi operativi — dipendono dalle condizioni climatiche e dalle tariffe energetiche

Entrambe le tecnologie di deumidificazione dell’aria sono valide e ampiamente utilizzate in vari settori. Per molti progetti complessi, la combinazione di entrambi i metodi consente di raggiungere un equilibrio ottimale tra prestazioni tecniche ed efficienza economica.

Nella progettazione dei sistemi di deumidificazione è importante coinvolgere specialisti qualificati, in grado di condurre un’analisi dettagliata dei requisiti del progetto e selezionare la soluzione ottimale tenendo conto di tutti gli aspetti tecnici, economici ed ecologici.