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Studio dell’accumulo termico

EOLIOS ottimizza gli accumuli termici:

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Studio del serbatoio termico

Accumulo termico tramite serbatoio di accumulo

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.

Funzionamento

Accumulo termico dell'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.

Evoluzione nel tempo dell'accumulo termico

Cuve de ballon de stockage thermique - CFD
Simulazione CFD della distribuzione della temperatura nel tempo

Come ottimizzare un accumulo termico?

Ottimizza 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 puffer dipendono esclusivamente dalla stratificazione termica che è influenzata da questi fattori:

  • Perdita di temperatura nell’ambiente dovuta alla conduzione. (Isolamento errato)
  • Progettazione del serbatoio. (Altezza e diametro desiderati, che consentono 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 un diffusore specifico per promuovere il flusso laminare.

Ottimizzazione mediante simulazione CFD

Con l’aiuto di una simulazione di fluidodinamica numerica (CFD), EOLIOS vi assiste nella progettazione dei vostri serbatoi di stoccaggio.

  • La distribuzione della temperatura del serbatoio può essere mappata.
  • La previsione dello spessore del termoclino, che può essere ottimizzato con simulazioni di prova.
  • Progettazione, analisi e ottimizzazione di palloncini
  • 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 del serbatoio in qualsiasi momento del processo.
  • Da ogni condizione di progetto si possono trarre altre osservazioni e conclusioni.
Play Video
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:

  1. 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.
  1. 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.
  1. 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.
  1. 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.
Calcolo della distribuzione della temperatura nel tempo

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.

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