L’attività di ricerca riguarda la progettazione costruttiva di un serbatoio di accumulo a cambiamento di fase (PCM, Phase Change Material). Si tratta di dimensionare in maniera opportuna un prototipo di accumulo di questo tipo a servizio dell’impianto di solar heating e cooling che assicura la climatizzazione sia estiva che invernale dell’edificio F-92 del C.R. ENEA di Casaccia. L'impianto prevede la presenza di un accumulo sia dal lato “caldo” (interfacciato con il campo solare ed utilizzato sia nella stagione del riscaldamento che in quella del raffrescamento) sia dal lato freddo (utilizzo solo estivo). Per tale ragione si pone il problema di valutare su quale delle seguenti tre opzioni sia maggiormente conveniente fondare il dimensionamento del serbatoio PCM: a) accumulo caldo di tipo latente progettato per accumulare a T=45 °C (per il riscaldamento invernale degli ambienti); b) accumulo caldo di tipo latente progettato per accumulare a T=88 °C (per alimentare il gruppo frigo ad assorbimento); c) accumulo freddo di tipo latente progettato per accumulare a T=7 °C (dedicato alla climatizzazione estiva degli ambienti). Le simulazioni effettuate hanno avuto lo scopo di capire in quale direzione cambiano le indicazioni di ottimizzazione delle prestazioni energetiche dell’impianto per ognuno dei tre casi citati. L’idea è quella di scegliere la capacità di accumulo, in termini energetici, che ottimizzi le prestazioni (minimizzazione del consumo di energia primaria, massimizzazione del Primary Energy Ratio) con un occhio anche al lato economico (massimizzazione del valore attuale netto e minimizzazione del tempo di ritorno dell’investimento). Una volta individuata la capacità ottimale, ed individuata la sostanza PCM in commercio maggiormente adatta all’applicazione, si è verificato il funzionamento dell’impianto con un accumulo a PCM della medesima capacità termica. Tale verifica è stata calcolata sulla scorta delle proprietà del materiale scelto ed esplicitata in termini di numero di ore di copertura della potenza di picco di riscaldamento da parte dell’accumulo stesso, fissate le condizioni al contorno (ad esempio il delta T fra mandata e ritorno). Si è verificato poi il comportamento della stessa capacità di accumulo nel funzionamento estivo come alimentazione del generatore del chiller ad assorbimento, sempre in termini di numero di ore di autonomia di alimentazione. Il dimensionamento finale dell’accumulo deve ovviamente tenere conto del budget a disposizione, con il quale si procede alla costruzione dello stesso presso il fornitore individuato.

 Progettazione di un serbatoio di accumulo a cambiamento di fase

BUSATO, FILIPPO;LAZZARIN, RENATO;NORO, MARCO
2012

Abstract

L’attività di ricerca riguarda la progettazione costruttiva di un serbatoio di accumulo a cambiamento di fase (PCM, Phase Change Material). Si tratta di dimensionare in maniera opportuna un prototipo di accumulo di questo tipo a servizio dell’impianto di solar heating e cooling che assicura la climatizzazione sia estiva che invernale dell’edificio F-92 del C.R. ENEA di Casaccia. L'impianto prevede la presenza di un accumulo sia dal lato “caldo” (interfacciato con il campo solare ed utilizzato sia nella stagione del riscaldamento che in quella del raffrescamento) sia dal lato freddo (utilizzo solo estivo). Per tale ragione si pone il problema di valutare su quale delle seguenti tre opzioni sia maggiormente conveniente fondare il dimensionamento del serbatoio PCM: a) accumulo caldo di tipo latente progettato per accumulare a T=45 °C (per il riscaldamento invernale degli ambienti); b) accumulo caldo di tipo latente progettato per accumulare a T=88 °C (per alimentare il gruppo frigo ad assorbimento); c) accumulo freddo di tipo latente progettato per accumulare a T=7 °C (dedicato alla climatizzazione estiva degli ambienti). Le simulazioni effettuate hanno avuto lo scopo di capire in quale direzione cambiano le indicazioni di ottimizzazione delle prestazioni energetiche dell’impianto per ognuno dei tre casi citati. L’idea è quella di scegliere la capacità di accumulo, in termini energetici, che ottimizzi le prestazioni (minimizzazione del consumo di energia primaria, massimizzazione del Primary Energy Ratio) con un occhio anche al lato economico (massimizzazione del valore attuale netto e minimizzazione del tempo di ritorno dell’investimento). Una volta individuata la capacità ottimale, ed individuata la sostanza PCM in commercio maggiormente adatta all’applicazione, si è verificato il funzionamento dell’impianto con un accumulo a PCM della medesima capacità termica. Tale verifica è stata calcolata sulla scorta delle proprietà del materiale scelto ed esplicitata in termini di numero di ore di copertura della potenza di picco di riscaldamento da parte dell’accumulo stesso, fissate le condizioni al contorno (ad esempio il delta T fra mandata e ritorno). Si è verificato poi il comportamento della stessa capacità di accumulo nel funzionamento estivo come alimentazione del generatore del chiller ad assorbimento, sempre in termini di numero di ore di autonomia di alimentazione. Il dimensionamento finale dell’accumulo deve ovviamente tenere conto del budget a disposizione, con il quale si procede alla costruzione dello stesso presso il fornitore individuato.
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