Discussione: Zeolite per accumulare calore in estate

In questo documento Trasporto di calore si prospetta la possibilità di trasportare calore trasportando materiale a bassa temperatura.
Evidentemente perchè il trasporto risulti conveniente il materiale impiegato dovrebbe avere per così dire una alta densità calorica e una facilità di "riempimento" e "svuotamento".
Se così fosse si potrebbe pensare di usarlo in abbinamento con pannelli solari per costituire in estate una riserva di calore da utilizzare in inverno.
Qualcuno potrebbe provare a fare dei calcoli per vedere quanti quintali (o tonnellate ?) bisognerebbe stoccare ?

Alcuni esperimenti di accumulo stagionale di calore, sono stati fatti utilizzando serbatoi di acqua molto grandi, ben coibentati ed interrati
Una stima di massima la trovi quì (cerca "stagionale")
http://acustica.ing.unibo.it/Courses/FTA/EnergiaSolare.pdf

Però c'è anche la possibilità di utilizzare il terreno stesso come accumulatore termico
http://www.energoclub.it/doceboCms/page/10...lo_termico.html

Odisseo

odisseo,
non ho tempo, prova a verificare e a fare una veloce comparazione tra i due sistemi.
Ho la sensazione che il sistema a zeoliti abbia una capacita' termica molto superiore, sia per le temperature che sono molto piu' alte, sia per una trasformazione di stato che dovrebbe aiutare nell'operazione.
Da approfondire ...... ma la vado bene solo per attivita' industriali nelle vicinanze della fonte di calore, ci mancano sulle autostrade solo i camion pieni di materiale incandescente!

Ciao
Mario

Mi interesserebbe conoscere, ad es. per un metro cubo di zeolite, la capacità di accumulo di calore ad una temperatura poco elevata (l'ideale se fosse a meno di 60 °C) nonchè il suo peso, per capire se stoccandone un certo quantitativo in un sottotetto inutilizzato sia possibile un riuso successivo.
Gli altri sistemi mi sono abbastanza noti per aver scorazzato quà e là nel forum.
Grazie

bel problemino, le zeoliti in sè non sono particolarmente dense da 2 a 2,2 gr/cm^3 (a fronte di 1 gr/cm^3 dell'acqua) ma, il loro calore specifico, trattandosi di materiali molto porosi dovrebbe essere più basso di quello dell'acqua (non ho trovato dati specifici in mezz'ora di ricerca in rete, a parte quello di una malta a base di tufo e zeoliti: 0,2 - 0,3 Kcal/Kg °C)
Di contro, trattandosi di materiali idratati, c'è anche da tener conto del calore di idratazione, quando si effettua il passaggio di stato da materiale idratato a materiale disidratato

Continuo a cercare nei momenti liberi

Odisseo

Comunque, quest'azienda sembra si sia specializzata nel settore
(utilizzano zeolite sintetica , densità 0,8 Kg/litro anidra)( il calore di adsorbimento varia in funzione del tipo di materiale, 20 - 100 Kcal/mole )
http://www.zeo-tech.de/e_index.htm

Odisseo

CITAZIONE (Sanromanodoc @ 9/1/2007, 11:03)

Mi interesserebbe conoscere, ad es. per un metro cubo di zeolite, la capacità di accumulo di calore ad una temperatura poco elevata (l'ideale se fosse a meno di 60 °C) nonchè il suo peso, per capire se stoccandone un certo quantitativo in un sottotetto inutilizzato sia possibile un riuso successivo.
Gli altri sistemi mi sono abbastanza noti per aver scorazzato quà e là nel forum.
Grazie

dubito che sia facile da gestire in un sottotetto, dai un'occhiata al sito

Odisseo

Edited by odisseo - 9/1/2007, 13:59

Ok, faccio un calcolo mmooooooolto spannometrico (giusto per avere un'idea dell'ordine di grandezza), visto che dati specifici non ne trovo (per ora)

Suppongo di utilizzare la zeolite-a
Na12[(SiO2)12(AlO2)12].27 H2O

Se ho fatto bene le addizioni, i pesi molecolari sono:
anidra = 1842
idratata = 2328

equivale a dire che una grammomole di zeolite-a anidra (1842 gr), resituisce almeno 20 Kcal (stò usando il valore minimo possibile) quando viene completamente idratata (arriva a pesare 2328 gr)
cioè:
20/1,842 = 10,8 Kcal/Kg

Odisseo
p.s. prendete questi conti con il beneficio di inventario, almeno fintanto che non riesco a trovare dati decenti

Odisseo, intanto grazie.

CITAZIONE (odisseo @ 9/1/2007, 14:46)

... equivale a dire che una grammomole di zeolite-a anidra (1842 gr), resituisce almeno 20 Kcal (stò usando il valore minimo possibile) quando viene completamente idratata (arriva a pesare 2328 gr)
cioè:
20/1,842 = 10,8 Kcal/Kg

Ho visto il sito tedesco, mi sembrano ancora all'inizio ma le idee non sono male.
Forse possiamo cominciare a fare qualche prima timida considerazione.
1. Per estrarre l'acqua dalle zeoliti occorre somministrare calore a temperatura elevata (circa 200 °C).
2. Le zeoliti quando "contengono energia" sono prive di acqua (e quindi meno pesanti) e debbono essere conservate (bollenti ?) in contenitori sigillati (e altamente coibentati ?).
3. 10,8 Kcal/Kg equivale a raffreddare di 10 °C 1 litro di acqua : non tanto ma nemmeno poco, anzi.

Se ho scritto stupidaggini correggimi subito.

Attendo altre considerazioni.

CITAZIONE (Sanromanodoc @ 9/1/2007, 16:36)

Odisseo, intanto grazie.

CITAZIONE (odisseo @ 9/1/2007, 14:46)

... equivale a dire che una grammomole di zeolite-a anidra (1842 gr), resituisce almeno 20 Kcal (stò usando il valore minimo possibile) quando viene completamente idratata (arriva a pesare 2328 gr)
cioè:
20/1,842 = 10,8 Kcal/Kg

Ho visto il sito tedesco, mi sembrano ancora all'inizio ma le idee non sono male.
Forse possiamo cominciare a fare qualche prima timida considerazione.
1. Per estrarre l'acqua dalle zeoliti occorre somministrare calore a temperatura elevata (circa 200 °C).
2. Le zeoliti quando "contengono energia" sono prive di acqua (e quindi meno pesanti) e debbono essere conservate (bollenti ?) in contenitori sigillati (e altamente coibentati ?).
3. 10,8 Kcal/Kg equivale a raffreddare di 10 °C 1 litro di acqua : non tanto ma nemmeno poco, anzi.

Se ho scritto stupidaggini correggimi subito.

Attendo altre considerazioni.

1. diciamo un flusso d'aria ad una temperatura sufficiente a disidratare la zeolite (poi, occorre trovare qualche dato, le zeoliti, tra naturali e non sono una massa)
2. la zeolite anidra è priva di acqua, pesa meno, và conservata in un ambiente sigillato, se deve essere anche coibentato, dipende da cosa vuoi, conservare ed utilizzare la quantità di calore accumulata nel materiale in virtù della sua temperatura ? vuoi calore ad alta temperatura, quando reidrati ?
3. come stima di massima, l'ordine di grandezza dovrebbe essere quello, ovviamente dipende dal materiale

Odisseo

L'idea dalla quale ero partito era :
- disidratare in estate la zeolite con un flusso di aria calda proveniente da pannelli posti sul tetto, conservarla (in contenitore sigillato, come ho scoperto ora) e
- riusarla in inverno idratandola e scaldando acqua a bassa temperatura per alimentare un impianto di riscaldamento a pavimento.
Mi sembra però che i volumi (e i pesi) coinvolti siano veramente troppo alti.

Forse si potrebbe ripiegare su una ipotesi di immagazzinamento con una autonomia limitata a pochi giorni e quindi con volumi, e pesi, più accettabili. Una specie di volano termico per appianare i picchi di consumo e sopperire alle mancanze di sole.
In tale ipotesi, nella stagione invernale, nei giorni di sole il calore verrebbe solo in parte utilizzato immediatamente ed in parte accumulato nella zeolite per essere riusato di notte e in parte nei giorni privi di sole.
Dovrebbe essere presupposto, credo, un edificio a basso consumo energetico.
Ipotesi che nel mio caso non mi pare ora praticabile in quanto la coibentazione del fabbricato di cui sto parlando è tutt'altro che buona e quindi la quantità di pannelli e di zeolite necessari dovrebbe essere molto grande e forse spropositata.

Behh un accumulo di calore a temperature medio basse, progettato per sopperire alla mancanza di sole per uno o più giorni è la soluzione adottata universalmente per questo genere di applicazioni

Non fosse altro che per un problema di costi

Però, secondo mè, dovresti pensarci bene, prima di pensare ad un sistema complesso come quello che ipotizzi

1. per disidratare la zeolite, non puoi ricorrere a temperature basse e devi utilizzare un flusso di aria
quindi dovrai utilizzare sistemi di focalizzazione della radiazione solare e, l'impianto dovrà essere in grado di sopportare temperature piuttosto elevate

2. accumulatore termico ben coibentato e a tenuta stagna

3. sistema per insufflare aria umida nell'accumulatore, per reidratare gradualmente la zeolite anidra

4. circuito di prelievo ad acqua per prelevare il calore prodotto dalla re-idratazione della zeolite


Molto meglio utilizzare pannelli solari termici ad acqua e, un accumulo ad acqua
Tra l'altro, sono ben conosciuti e collaudati, riservano poche sorprese in fase di impianto e conduzione

Cercando sl forum o sul link che ti ho postato prima di energoclub, dovresti trovare molti spunti al riguardo e, molti indirizzi utili

odisseo

Odisseo

CITAZIONE (odisseo @ 10/1/2007, 00:23)

Molto meglio utilizzare pannelli solari termici ad acqua e, un accumulo ad acqua.
Tra l'altro, sono ben conosciuti e collaudati, riservano poche sorprese in fase di impianto e conduzione.

Concordo con te.

Tuttavia ammetterai che se si potesse disidratare la zeolite con aria appena tiepida [.. ma sei proprio sicuro che occorrono temperature elevate ?] sarebbe veramente una bella soluzione. Infatti per reidratare e estrarre calore non dovrebbero esserci grossi problemi.

Grazie comunque

Sanromanodoc

Ecco un'altra appicazione con accumulo di calore nella base dell'edificio:

Labyrinth To Store Energy in Basement for Later Use - Renewable Energy World

Ciao
Mario

Un saluto a tutti, sono un nuovo iscritto appassionato di energie alternative.

La stima spannometrica che è stata fatta in questa discussione credo sia molto per difetto, forse perché chi ha letto i valori pensava si riferissero a moli di zeolite, mentre probabilmente si riferivano a moli di acqua.
Il calore che si accumula nel processo di adsorbimento del vapore acqueo nei materiali adsorbenti, tipo zeoliti, silica gel o certi tipi di argille, tutti usati diffusamente come disseccanti, è pari alla somma del calore latente di evaporazione/condensazione dell'acqua + un'energia di legame che varia secondo il materiale adsorbente. Come molti sapranno l'evaporazione/condensazione dell'acqua è tra i processi fisici più energetici in natura, basti pensare che l'energia che occorre per far evaporare un litro d'acqua è tra 5 e 6 volte quella necessaria per innalzarne la temperatura di 100 gradi. Nell'adsorbimento l'energia in gioco è ancora più alta per via del forte legame tra le molecole d'acqua e il materiale adsorbente. Ad esempio per le zeoliti di tipo 13X, per ogni mole di acqua, o meglio di vapore d'acqua (18 g) che viene adsorbita, si libera un calore pari a 15 Kcal (62 KJ, ovvero 17,2 Wh).
In altre parole, per ogni litro d'acqua (o forse sarebbe meglio dire per ogni kg di vapore acqueo) adsorbito/desorbito l'energia coinvolta è dell'ordine dei 10 KWh.
Dato che la percentuale d'acqua che può essere adsorbita nei pori della zeolite arriva anche al 30% del peso della zeolite, facendo un po' di conti si arriva a cifre di tutto rispetto, fino a 188 KWh/m3, vale a dire che in un serbatoio di 100 litri di zeolite si potrebbero accumulare A TEMPERATURA AMBIENTE e senza dispersioni, quindi a tempo indeterminato, quasi 19 KWh, ovvero quanto in un serbatoio d'acqua calda di 300 litri che oltre a essere molto più ingombrante è soggetto, tra l'altro, a inevitabili dispersioni, per quanto ben coibentato (e la coibentazione aumenta l'ingombro).
Certamente non è tutto così semplice, all'interno del materiale bisogna lasciare degli spazi vuoti per far circolare l'aria calda o l'aria umida a seconda che si voglia accumulare o recuperare calore, ma la cosa più interessante è proprio la possibilità di conservare senza dispersioni un "calore potenziale" a temperatura ambiente.
Forse fra una decina d'anni gli attuali sistemi pannelli-serbatoio acqua di accumulo acqua-acqua saranno soppiantati da sistemi ad aria-zeolite,.
Staremo a vedere...

Se qualcuno volesse approfondire la questione può scaricare questo file da un sito svizzero:
http://www.solarenergy.ch/fileadmin/...sorption01.pdf

Aggiungo un link su uno studio fatto da studiosi cinesi con zeoliti naturali al posto di quelle sintetiche, da sito della FAO
http://www.fao.org/docrep/t4470e/t4470e0j.htm