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 immagazzinare l’energia termica in eccesso (calda o fredda) durante le ore non di punta.
Questo tipo di serbatoio termico può essere combinato con sistemi di raffreddamento (pompe di calore) per utilizzare l’energia immagazzinata nei momenti di picco, minimizzando così i costi di consumo e attenuando i picchi di domanda.
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 refrigerata.
Per questo è necessario un dispositivo di accumulo di energia termica noto come serbatoio tampone.
L’accumulatore a strati funziona immagazzinando sia l’acqua refrigerata che quella calda (di ritorno) in un unico serbatoio.
Durante il carico, l’acqua refrigerata viene pompata nella sezione inferiore del serbatoio attraverso le reti collegate all’accumulatore, mentre una quantità uguale di acqua calda viene estratta dalla sezione superiore.
Durante lo scarico, l’acqua refrigerata viene estratta dalla parte inferiore, mentre un’uguale quantità di acqua calda viene riempita dalla parte superiore.
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 calda ha uno scarso valore energetico.
Il termoclino si sposta progressivamente verso l’alto e verso il basso durante la carica e verso l’alto e verso il basso durante la scarica.
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 non corretto) - Design del serbatoio. (Altezza e diametro come richiesto – per una migliore stratificazione)
- Design dell’ingresso e dell’uscita del diffusore.
(Questo permette un flusso laminare che impedisce 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
Per calcolare l’evoluzione della temperatura di un anello d’acqua all’uscita di un accumulatore termico è necessario tenere conto di diversi fenomeni fisici.
Ecco le fasi principali del calcolo:
- Bilancio energetico del serbatoio di accumulo: il primo passo consiste nell’effettuare un bilancio energetico del serbatoio di accumulo per determinare l’energia scambiata tra l’acqua e il serbatoio.
In genere si tiene 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.
- Perdite di calore: le perdite di calore dal serbatoio devono essere calcolate in base al suo design, 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 che circola nell’anello: per tenere conto delle variazioni di temperatura dell’acqua che esce dal serbatoio, è necessario conoscere la portata dell’acqua che circola nell’anello.
Questa portata può essere influenzata da diversi fattori, come la potenza dello scambiatore di calore, la differenza di temperatura tra l’acqua in entrata e quella in uscita e la resistenza idraulica dell’anello.
- Scambio di calore con l’ambiente: Quando l’acqua circola nel circuito, può anche perdere o guadagnare energia termica a seconda delle condizioni ambientali.
Ad esempio, se il circuito è esposto a un flusso di aria fredda, l’acqua può raffreddarsi più rapidamente.
Lo scambio di calore con l’ambiente deve quindi essere preso in considerazione quando si calcolano le variazioni di temperatura.
A seconda di questi diversi fattori e della 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.
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