Studio sull’accumulo termico
EOLIOS ottimizza gli accumulatori termici:
- Progettazione, analisi, ottimizzazione
- Distribuzione della temperatura
- Spessore del termoclino
- Studio della compartimentazione
- Studio di transizione
- Ottimizzazione dell'energia
- Ottimizzare le pompe di calore
- Calcolo delle perdite di pressione
- Flusso laminare
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Studio del serbatoio termico
Accumulo termico con un serbatoio tampone
Un accumulatore tampone è una tecnologia ampiamente collaudata per accumulare l’energia termica in eccesso (calda o fredda) durante le ore non di punta. Questo tipo di accumulatore termico può essere accoppiato a sistemi di refrigerazione (pompa di calore) che consentono di utilizzare questa energia immagazzinata nei momenti di picco di carico, riducendo al minimo i costi di consumo e attenuando i picchi di richiesta di potenza.
Come funziona
Accumulo termico ad acqua
Nel caso di un sistema di accumulo di acqua refrigerata, il sistema immagazzina energia termica sotto forma di acqua fredda. Ciò richiede un dispositivo di accumulo di energia termica noto come serbatoio tampone.
L’accumulatore a strati funziona accumulando acqua fredda e calda (di ritorno) in un unico serbatoio. Durante il caricamento, l’acqua refrigerata viene pompata nella parte inferiore del serbatoio attraverso le reti collegate al serbatoio, mentre una quantità uguale di acqua calda viene estratta dalla sezione superiore. Durante lo scarico, l’acqua refrigerata viene prelevata dal basso, mentre una quantità uguale di acqua calda viene riempita dall’alto. Durante le operazioni di carico e scarico, si verifica un fenomeno naturale chiamato stratificazione termica , ovvero l’acqua calda (a bassa densità) rimane in alto mentre l’acqua fredda (ad alta densità) si deposita sul fondo del serbatoio.
Immagazzinamento termico nel tempo
Come si ottimizza un accumulatore termico?
Ottimizzare l'altezza del termoclino
Come risultato della stratificazione termica, tra le regioni calde e fredde si forma una regione di transizione (gradiente di temperatura) chiamata termoclino , con una temperatura compresa tra la mandata e il ritorno dell’acqua refrigerata. Questa zona tiepida ha poco valore energetico. Il Thermocline si sposterà gradualmente dal basso verso l’alto durante la carica e dall’alto verso il basso durante lo scaricamento. Lo spessore del termoclino rappresenta l ‘inefficienza del serbatoio tampone. Più efficiente è il serbatoio tampone, più sottile è il termoclino.
Le prestazioni del serbatoio tampone dipendono esclusivamente dalla stratificazione termica, che è influenzata da questi fattori:
- Perdita di temperatura nell’ambiente dovuta alla conduzione. (Isolamento errato)
- Design del serbatoio. (Altezza e diametro come richiesto – per una migliore stratificazione)
- Design dell’ingresso e dell’uscita del diffusore. (che consente al flusso laminare di impedire la miscelazione delle regioni fluide favorendo così la stratificazione)
- Implementazione della compartimentazione fisica e selezione di diffusori specifici per promuovere il flusso laminare.
Ottimizzazione tramite simulazione CFD
Grazie alla simulazione fluidodinamica computazionale (CFD), EOLIOS può aiutarti a progettare i tuoi serbatoi di stoccaggio.
- È possibile mappare la distribuzione della temperatura della vasca.
- Previsione dello spessore del termoclino, che può essere ottimizzato con simulazioni di test.
- Progettazione, analisi e ottimizzazione del pallone
- Visualizzazione della fisica del flusso del fluido in tutto il serbatoio tampone
- Progettazione e ottimizzazione del numero di scomparti,
- È possibile prevedere la temperatura, la velocità e la pressione in qualsiasi punto della vasca in qualsiasi momento del processo.
- Si possono trarre altre osservazioni e conclusioni da qualsiasi condizione di progetto.
Simulazione CFD di un serbatoio di accumulo di acqua termale
Studio dell'evoluzione della temperatura dell'anello d'acqua
Nel calcolare l’evoluzione della temperatura di un anello d’acqua all’uscita di un serbatoio di accumulo termico è necessario tenere conto di diversi fenomeni fisici. Ecco le fasi principali del calcolo:
- Bilancio energetico del serbatoio di accumulo: prima di tutto, è necessario effettuare un bilancio energetico del serbatoio di accumulo per scoprire l’energia scambiata tra l’acqua e il serbatoio. Questo bilancio tiene generalmente conto della capacità termica dell’acqua, delle perdite di calore dal serbatoio e dei guadagni o delle perdite di energia dagli scambiatori di calore all’interno del serbatoio.
- Perdita di calore: la perdita di calore dal serbatoio di stoccaggio deve essere calcolata in base alla sua progettazione, all’isolamento e alla differenza di temperatura tra l’interno e l’esterno del serbatoio. Queste perdite possono variare a seconda della superficie di scambio termico, della conducibilità termica del materiale e di altre condizioni ambientali.
- Portata dell’acqua in circolazione nell’anello: per tenere conto delle variazioni di temperatura dell’acqua in uscita dal bollitore, è necessario conoscere la portata dell’acqua in circolazione nell’anello. Questa portata può essere influenzata da molti fattori, come la potenza dello scambiatore di calore, la differenza di temperatura tra l’acqua in ingresso e quella in uscita e la resistenza idraulica dell’anello.
- Scambio di calore con l’ambiente: Quando l’acqua circola nel circuito, può perdere o guadagnare energia termica a seconda delle condizioni ambientali. Ad esempio, se il circuito dell’acqua è esposto a un flusso d’aria fredda, l’acqua può raffreddarsi più rapidamente. Lo scambio di calore con l’ambiente deve quindi essere preso in considerazione quando si calcola l’andamento della temperatura.
In base a questi diversi fattori e alla dinamica del circuito dell’acqua, è possibile eseguire una modellazione matematica per calcolare la variazione della temperatura nel tempo. Questa modellazione può essere complessa e richiede equazioni differenziali per tenere conto di tutte le variabili e i fenomeni fisici coinvolti.
