Accumulatore di calore

- Laboratorio Idrogeno da FER e Accumulo Termico - Piattaforma Energie Rinnovabili di Sardegna Ricerche - Sviluppo e realizzazione di un sistema di gestione e controllo per l'impianto di produzione, accumulo e impiego dell'idrogeno

Nei mercati con una forte penetrazione degli impianti fotovoltaici ed eolici, che non sono in grado di garantire una produzione regolabile e programmabile, è richiesto un elevato livello di flessibilità nella gestione degli altri impianti di generazione elettrica (tradizionali e rinnovabili), che ne comprometta il meno possibile le prestazioni. In questo scenario, la capacità di inseguimento di un carico da parte degli impianti solari a concentrazione (Concentrated Solar Power - CSP) può giocare un ruolo fondamentale nei Paesi con elevata irradianza diretta. Grazie alla presenza di sistemi di accumulo termico, è possibile sfruttare l'energia solare anche dopo il tramonto e regolare la produzione in funzione del valore istantaneo della domanda elettrica

In questo lavoro sono riportati i risultati di un'indagine sperimentale eseguita su un accumulatore di energia termica di tipo packed-bed sottoposto a cicli ripetuti. Il materiale solido per l'accumulo termico è l'allumina, mentre il fluido termovettore è l'aria. I risultati sperimentali sono stati confrontati mediante alcuni indici di prestazione caratteristici e il rendimento exergetico.

E’ stato presentato in occasione della recente edizione di Mostra Convegno Expocomfort MCE il nuovo tool SCHEMI D’IMPIANTO di Baxi, una libreria con 300 diverse soluzioni impiantistiche per applicazioni residenziali e commerciali a disposizione dei professionisti per agevolare la progettazione e il dimensionamento di impianti di riscaldamento e condizionamento. Elaborati dall’Engineering Team di Baxi, gli schemi di impianto sono consultabili tramite codice prodotto o nome dello schema stesso. In assenza di tali informazioni, il tool mette a disposizione dei filtri per ricercare in base a: categoria prodotto o nome prodotto, fonte di generazione, distribuzione, funzionamento, bollitore per la produzione di acqua calda sanitaria, accumulo termico e livello di separazione idraulica. Ogni schema è dunque contraddistinto da un codice che porta con sé informazioni univoche. Più precisamente, ciascun elemento del codice rappresenta una caratteristica specifica del sistema d’impianto, corrispondente ad un determinato filtro applicato in fase di ricerca. Sempre per agevolare la selezione dello schema d’impianto, ad ogni codice è stata associata una breve descrizione della logica di funzionamento dello stesso. Il tool consente anche di visualizzare l’anteprima dello schema selezionato e di effettuare il download in formato dwg e pdf. Ogni schema d’impianto si compone infine di parte idraulica - con note destinate al progettista termotecnico, e di parte elettrica - con indicazioni per l’elettrotecnico. La Libreria, oggi a disposizione dei professionisti, è il frutto di anni di esperienza dell’Engineering Team Baxi nello sviluppo e dimensionamento di impianti sia per la componente idraulica che elettrica. Un “su misura” puntuale, minuzioso e prezioso, che testimonia la dedizione al servizio di supporto già in fase pre-vendita.

Sistemi solari a circolazione forzata concepiti per la produzione di grandi quantità di acqua calda sanitaria mediante scambio istantaneo in modulo esterno a piastre, alimentato da acqua di processo contenuta in accumulo termico senza serpentini.L’apporto energetico solare è garantito da un campo di collettori solari a tubi sottovuoto SKY 21 CPC 58.

Dall’esperienza Daikin, leder nei sistemi di climatizzazione e riscaldamento, nasce un nuova soluzione in grado di rivoluzionare le regole del mercato dei sistemi per la produzione di acqua calda: si tratta dello scaldacqua in pompa di calore ECH2O, che unisce il know how dell’azienda nelle tecnologie in pompa di calore e nella tecnologia di accumulo di calore. Lo scaldacqua in pompa di calore di Daikin è composto da due unità: una motocondensante esterna con controllo a inverter e un serbatoio di accumulo del calore. Disponibile in due modelli (da 300 L e 500 L, a seconda del fabbisogno di acqua calda sanitaria) lo scaldacqua in pompa di calore ECH2O vanta ben quattro modalità di regolazione per rispondere a tutte le esigenze e abitudini di consumo. Grazie all’interfaccia integrata del pannello di controllo, la programmazione è semplice e intuitiva: 1. Modalità ECO: è la soluzione più economica in assoluto. Questa modalità funziona solamente in pompa di calore, con una riduzione notevole del consumo energetico. 2. Modalità AUTO: funziona nello stesso modo della modalità ECO. Tuttavia, in caso di bisogno, la resistenza elettrica integrata nel sistema è abilitata a entrare in funzione per garantire un comfort ottimale in tutte le situazioni. Con questa modalità, la priorità viene data al funzionamento termodinamico per favorire al massimo la parte svolta dalla pompa di calore. Tale modalità è ideale per una famiglia, poiché è possibile programmare gli orari nei quali ci sono maggiori esigenze di acqua calda per il comfort di tutti. 3. Modalità SILENZIO: l'unità esterna della pompa di calore funziona a potenza ridotta, quindi il livello sonoro generato è inferiore. È possibile scegliere il programma AUTO durante la giornata e attivare il programma SILENZIO per la notte. 4. Modalità BOOST: se vi è l'esigenza di una grande quantità di acqua calda per una durata breve, è possibile attivare la modalità BOOST. In questo modo la pompa di calore e la resistenza elettrica ausiliaria funzioneranno contemporaneamente per raggiungere il più rapidamente possibile la temperatura impostata per l'acqua calda. La modalità è direttamente accessibile dall’accumulo azionando il tasto BOOST. Questo nuovo scaldacqua a pompa di calore consente di ottenere notevoli risparmi energetici: la tecnologia in pompa di calore permette di ottenere un rendimento stagionale del 123%; inoltre, la produzione istantanea d'acqua calda, grazie all'assenza di energia supplementare per il ciclo di disinfezione dell'acqua, produce altri guadagni in termini di consumo energetico. Il nuovo scaldacqua Daikin consuma quindi fino a 3 volte di meno rispetto a uno scaldacqua tradizionale elettrico. L’accumulo termico è costituito da due strati di polipropilene tra i quali è iniettata una schiuma di poliuretano, per garantire un isolamento perfetto dello scaldacqua. Nell’accumulo, uno scambiatore corrugato in acciaio inox, con una capacità di circa 29 L, è disposto su tutta la lunghezza dell'accumulatore per garantire una stratificazione perfetta e massimizzare l’efficienza nella produzione dell’acqua. Diversamente dagli accumuli tradizionali, l'acqua calda che si utilizza non viene immagazzinata nel serbatoio di accumulo, ma riscaldata istantaneamente mentre defluisce nel serbatoio. Il serbatoio di accumulo a vaso aperto viene riempito, in fase di installazione, con un’acqua chiamata "acqua tecnica": quest’acqua immagazzina l'energia e la restituisce in un secondo momento per riscaldare l'acqua calda sanitaria. L’acqua di rete, fredda, entra in uno specifico scambiatore corrugato e viene riscaldata secondo il principio della produzione istantanea. L'assenza di stoccaggio dell'acqua influisce fortemente sulla qualità dell'acqua sanitaria prodotta, che risulta pura. In tal modo si elimina completamente ogni rischio di legionella. L’isolamento del serbatoio è realizzato tramite due strati di polipropilene tra i quali è iniettata della schiuma di poliuretano (5,6 cm). Questa tecnologia non necessita di alcuna specifica protezione anticorrosione. Il polipropilene è anche una garanzia di lunga durata e robustezza (resistenza agli urti). Modularità e flessibilità L’unità da 500 L presenta grande flessibilità grazie alla predisposizione di uno scambiatore aggiuntivo, al quale è possibile collegare un sistema solare in pressione o un generatore ausiliario anche preesistente. Flessibilità e modularità rendono l’unità adatta sia a soluzioni residenziali che commerciali: collegando in parallelo più unità posso soddisfare grandi esigenze di acqua calda sanitaria. Semplicità di installazione e manutenzione L'unione della pompa di calore con il serbatoio di accumulo e l'assenza di apparecchiature come il vaso di espansione rendono molto più facile l'installazione di questo sistema. La compattezza consente inoltre l'installazione in spazi ridotti. I vantaggi dello scaldacqua ECH2O Daikin:  Prodotto compatto: ingombro al suolo ridotto, equivalente a quello di un frigorifero domestico.  Semplice da riempire e svuotare: il prodotto è stato pensato per essere semplice da installare, avviare e manutenere.  Manutenzione ridotta e componenti accessibili: l'assenza di stoccaggio di acqua calda sanitaria consente di ridurre notevolmente la manutenzione dell'apparecchio.  Accessibilità connessioni serbatoio: le principali connessioni del serbatoio di accumulo (collegamento frigorifero e collegamento idraulico) sono tutte disposte in alto, e quindi facilmente accessibili. È possibile collegare l’accumulo ai pannelli solari a svuotamento automatico Solaris DB (Drain-Back) posti sul tetto della casa. Il collegamento è semplice poiché lo scaldacqua ECH2O è dotato di uscite per l’impianto solare premontate in fabbrica. L’eccellente scambio termico e la semplicità di installazione e di utilizzo sono i principali vantaggi della soluzione a svuotamento automatico Solaris DB. L’accumulo da 500 L, in alternativa, può essere associato a pannelli solari pressurizzati Solaris P. Funzione Smart Grid per connessione al fotovoltaico L’installazione di una pompa di calore elettrica valorizza il lavoro dell’impianto fotovoltaico, per un miglior risultato in termini di comfort, investimento e autoconsumo. Accrescere la quota di autoconsumo grazie all’utilizzo di pompe di calore significa non solo valorizzare il proprio sistema fotovoltaico ma anche accrescere il proprio grado d’indipendenza energetica rispettando l’ambiente. La funzione Smart Grid consente di trasformare un surplus di energia elettrica proveniente dal fotovoltaico in energia termica stoccata nell’accumulo tecnico integrato. Lo stoccaggio di energia termica si attua a livello pratico tramite innalzamento a un livello superiore della temperatura dell’accumulo tecnico integrato.

Panoramica sull' installazione di un impianto solare termico a circolazione forzata, con 1 collettore piano ed un accumulo termico da 200 litri, completo di stazione solare e regolatore, per la produzione di acqua calda sanitaria ad uso residenziale.

Scopo di questa tesi è la modellizzazione ed il controllo di un impianto di accumulo di ghiaccio tramite tecniche di controllo predittivo. Questo tipo di impianti si inseriscono nella categoria degli impianti HVAC atti al controllo del riscaldamento (Heating), ventilazione (Ventilating) e condizionamento dell’aria (Air Conditioning). Solitamente ci si riferisce ai sistemi HVAC in relazione a quei sistemi di grandi dimensioni come industrie, ospedali, centri commerciali, in cui i controlli accurati su temperatura, umidità e qualità dell’aria sono indispensabili.

La prima parte della tesi ho lo scopo di evidenziare lo stato dell’arte di alcune tecnologie di accumulo di energia elettrica e come queste possano apportare benefici al sistema elettrico. I sistemi di stoccaggio dell’energia presi in considerazione sono le batterie elettrochimiche, i volani meccanici, i supercondensatori, gli impianti di stoccaggio ad aria compressa e gli impianti di pompaggio. I sistemi di accumulo termico, il vettore energetico idrogeno ed altre forme di accumulo di energia non sono presi in considerazione in tale trattazione. La seconda parte presenta una modellazione dinamica dell’esercizio annuo di un impianto di accumulo ad aria compressa CAES mediante il software Simulink.

In questa tesi è stato sviluppato un algoritmo MPC per risolvere il problema della regolazione di impianti di tipo HVAC. Un problema tipico dei sistemi di accumulo è la gestione ottimale dell'energia accumulata. Spesso questo problema è risolto localmente vincolando le temperature o i tassi di carica e scarica.L’obiettivo che ci si è posti è stato quello della gestione ottima di queste energie, al fine di limitare al massimo gli sprechi e all'applicazione di tecniche di supervisione capaci di limitare gli assorbimenti in determinate fasce orarie. La validazione del modello proposto e la successiva verifica utilizzando il controllore predittivo hanno dimostrato che gli strumenti per un più corretto utilizzo delle risorse sono disponibili.