Discussione: Accumulo termico "stagionale"

A proposito della possibilità di accumulo stagionale, ho trovato nel cassetto un vecchio articolo del 1980 (AIChE Symposium Series, no. 198, vol.76) di Aranovitch et al. ("Performance of a dolar heating system combined with a heat pump and a long-term heat storage device") che mi aveva colpito e per questo l'avevo conservato.
Il centro di ricerche europeo di Ispra aveva costruito una casa di 160 mq., con pareti bene isolate (doppio strato di mattoni con 12 cm. di polistirolo nell'intercapedine, dispersione di calore misurata 0.25 kW/°C) e pannelli solari per 64 mq. sulla parete a sud; due serbatoi di accumulo, uno di 2 mc. in acciaio inox e uno di 50 mc. in cemento posto sotto il laboratorio, entrambi isolati; una pompa di calore di 11 kW e un sistema di riscaldamento a pavimento a pannelli radianti, operante a 28-29°.

Il fabbisogno annuo di calore nella zona di Ispra è di 3000 gradi-giorno
Irraggiamento solare medio annuo: 4680 MJ/mq. (1890 da fine Settembre a fine Marzo)

Durante l'esperimento durato un anno (1978-79) si sono avute diverse fasi:
- da Maggio a metà Settembre nessun bisogno di riscaldamento. Il calore dei pannelli solari era conservato nel serbatoio di 50 mc. d'acqua, che si è scaldata a 70°

- da metà Settembre a metà Dicembre il riscaldamento è stato fornito dai pannelli solari e dallo stoccaggio di acqua calda. Alla fine l'acqua si è raffreddata sotto i 30° necessari per il riscaldamento a pavimento.

- Nel periodo Ottobre-Novembre il serbatoio di 50 mc. ha perso per dispersione 3.51 GJ di calore, mentre ha ceduto per il riscaldamento 4.68 GJ (circa il 60% del totale); l'acqua si è raffreddata da 70 a 30°

- da metà Dicembre alla fine (verso Aprile) ha funzionato una pompa di calore con un COP da 3 a 4 che prelevava calore dal grande serbatoio per produrre acqua calda a 30° nel piccolo serbatoio. L'acqua nel grande serbatoio si è raffreddata a 8°

PRIMA fase (fino al 25/9): nessun riscaldamento; l'acqua nel serbatoio si è scaldata a 70°

SECONDA FASE (25/9-1/12)(riscaldamento con i pannelli solari e l'acqua del serbatoio):
no. di gradi-giorno:696
calore prelevato dal serbatoio: 4.68 GJ
perdite di calore dal serbatoio: 3.51 GJ
radiazione incidente sui pannelli solari 45.0 GJ
calore fornito dai pannelli 7.46 GJ (17%)
calore fornito nell'ambiante da luci e strumenti: 2.9 GJ

TERZA FASE di rilevazioni (22/12-1/4):
numero di gradi-giorno: 1610
calore fornito dalla pompa di calore: 23.9 GJ
consumo elettrico della pompa di calore 7.3 GJ (COP=3.3)
calore incidente sui pannelli solari 47.5 GJ
calore fornito dai pannelli 19.9 GJ (42 %)
calore fornito da luci, strumenti etc. 10.6 GJ
perdite di calore dal serbatoio: trascurabili (?)

Come risultato generale per l'intero periodo di riscaldamento, i consumi di energia elettrica della pompa di calore sono stati di 9.7 GJ contro un fabbisogno di calore (al netto di luci e strumenti) di 43.6 GJ. Cioè il calore solare ha fornito il 78% del calore.

Conclusione: un accumulo stagionale del calore solare può dare buona parte del riscaldamento

E' da notare che un accumulo più grande di 50 mc. (con pannelli solari proporzionalmente più grandi in modo da raggiungere comunque i 70°) si raffredderebbe meno rapidamente nella fase di riscaldamento permettendo di ridurre o azzerare del tutto la necessità di una pompa di calore.
Non solo, una vasca grande il doppio non ha una superficie doppia che disperde calore ma solo il 60% in più (con uguali proporzioni delle misure) quindi le perdite di calore, che sono una parte importante del totale, sarebbero proporzionalmene meno.

Il calcolo e' sbagliato in quanto l'accumulo non si basa sul totale accumulo in estate per l'inverno ma bensi' HO UN IMPIANTO PER IL RISCALDAMENTO E ACQUA CALDA SANITARIA DI 20 M2 CON UN BOLLITORE DA 1.000 LITRI CHE MI DA CALORE IN INVERNO AL 30% - 50% L'ALTRO 50% LO VADO A PRENDERE NELLA VASCA INTERRATA CHE IN ESTATE IL MIO IMPIANTO SOVRADIMENSIONATO HA ACCUMULATO IL CALORE IN ECCESSO.
Allora vedi che i conti ternano e non hai bisogno 86.000 litri ma molto meno, comunque rimango molto colpito dell'Italia che ha 100.000 forum e dotti in quantita' eccezionali E POCHE REALIZZAZIONI forse colpa dei venditori di GAS e PETROLIO che dominano la nostra cultura ? e hanno tanti soldi per pagare ed indirizzare la cultura verso il vuoto non sottovuoto .............................. ?

Confermo che mio calcolo è sbagliato ma solo perchè non ho tenuto conto delle dispersioni e della % di resa del pannello che non è 100% in quanto variabili che ancora devo valutare. per il resto ho calcolato mese x mese l'apporto del pannello solare in base alla media di insolazione locale e la richiesta di energia (calcolata sui mc di gas che ho consumato mese x mese), d'altra parte l'interessante articolo postato da stregatto non fà altro che confermare che l'accumulo stagionale con acqua è possibile ma senzaltro troppo costoso(64 mq di pannelli + serbatoi) tra l'altro nell'articolo non hanno tenuto conto che una pompa di calore aria/acqua da 11 kw per una casa da 160 mq ben coibentata forse forse potrebbe bastare anche senza necessità di accumulo stagionale.
Per quanto riguarda le poche realizzazioni e la cultura del vuoto, vorrei precisare che il mio intento non è quello di scoraggiare l'accumulo stagionale ma quello di valutarlo anche dal punto di vista economico poi ognuno faccia ciò che vuole ma a ragion veduta, dal punto di vista economico io penso che accumulo ad acqua e pannelli solare siano un pò fuori logica potrebbe diventare interessante forse abbinandoci anche altre fonti come termocamino o altro. Quello che volevo poi capire è effettivamente cosa cambia passando da un discorso di accumulo ad acqua a uno a paraffina, il fatto di sfruttare calore latente e accumulare a temperature più basse è un vantaggio indiscutibile a livello di ingombri ma è a livello di costi che vorrei sapere se qualcuno di voi lo ha già analizzato.

Originariamente inviata da GALATI ORAZIO

100.000 forum ... E POCHE REALIZZAZIONI

le uniche realizzazioni che conosco sono attribuibili agli estensori di questo progetto
http://lnx.itiscastelli.it/cms/pdf/m...o.del.Sole.pdf
li ho visti all'ultimo SolarExpo che presentavano collettori autoportanti a basso costo per grandi accumuli stagionali e progetti in corso di realizzazione
ad ogni modo
l'accumulo stagionale con serbatoi d'acqua ha senso solo per un numero ragionevolmente alto di alloggi, in quanto per mantenere l'accumulo in temperatura per 6 mesi servono spessori di isolamento prossimi al metro
basta fare due calcoli e si vede che la soluzione non è praticabile per fabbricati unifamiliari, aventi rapporto sfavorevole V/S (poco volume accumulo - tanta superficie disperdente - a disposizione per esempi pratici di calcolo)

una soluzione può essere quella di ridurre l'enorme dispersione stagionale accumulando a temperatura poco superiore alla media del terreno circostante e ridurre i costi utilizzando il suolo (non un serbatoio coibentato) come massa inerziale; non serve a scaldarsi direttamente ma migliora il cop di una pdc acqua/acqua, costa veramente due soldi, evita di fare perforazioni geo profonde ed è facilmente realizzabile ... in più ci si può anche illudere di non sprecare il surplus di produzione estiva del solare termico e chiamare pomposamente la propria realizzazione 'accumulo stagionale' (l'ultima considerazione vale solo per lo scrivente)
Saluti. F.

Riprendo un discussione MOLTO interessante, che dovremmo ulteriormente approfondire,
perché con

1) l' ACCUMULO, questa semplice tecnologia , di cui dobbiamo perfezionare l'utilizzo

2) accoppiato ad una pdc alimentata direttamente dal FV, e da batterie agli ioni di Li quando l'insolazione è insufficiente

Si creano secondo me le basi tecniche per una reale e TOTALE autonomia energetica

ma un'impianto del genere che costi/vantaggi avrebbe in confronto ad un geotermico , pompa di calore??

Guarda questa frase:

il comportamento energetico dell'INVOLUCRO determina il comportamento produttivo dell'IMPIANTO.

E' la firma di un utente... e penso che raggruppi tutti i concetti.
Con il costo di una "batteria" termica (e le sue dimensioni, quindi è da fare prima della casa... tantovale investire quei soldi e fare una passiva, nessun costo di manutenzione, nessun problema, comfort e involucro molto efficiente

Originariamente inviata da giuggiolo0107

ma un'impianto del genere che costi/vantaggi avrebbe in confronto ad un geotermico , pompa di calore??

Molti,
una volta raggiunto il sistema di accumulare la quantità di calore per superare l'inverno, il consumo di energia primaria per il riscaldamento si ANNULLA.
Il geotermico che utilizza una frazione di crosta terrestre come sorgente fredda, è un sistema dispersivo, l'accumulo invece riesce a concentrare grandi quantità di calore in piccoli spazi a temperature ben più favorevoli

Originariamente inviata da fringui

il comportamento energetico dell'INVOLUCRO determina il comportamento produttivo dell'IMPIANTO.

Con il costo di una "batteria" termica (e le sue dimensioni, quindi è da fare prima della casa... tantovale investire quei soldi e fare una passiva, nessun costo di manutenzione, nessun problema, comfort e involucro molto efficiente

' vero solo in parte

Sono d'accordo che la prima cosa da fare, è disperdere meno possibile, ma come in tutte le cose, esagerare non è mai bene. Piuttosto che eccedere nell'isolamento che richiede spessori superiori a 60 cm come in alcuni casi, è meglio stare sulla già ottima classe A, ottenibile senza un utilizzo esagerato di materiali, a prezzi abbordabili, e lasciare le case Passive (A+) a pochi casi/e isolate

Originariamente inviata da Stregatto

TERZA FASE di rilevazioni (22/12-1/4):
consumo elettrico della pompa di calore 7.3 GJ (COP=3.3)

Solo 3,3 il COP? mi sembra strano, perché se usava come pozzo freddo acqua a 30°C (che si raffreddava fino a 8) per alimentare pannelli radianti che lavorano a 28-29°C, il COP arriva a 6 all'inzio per terminare ad un valore che è circa 4 con acqua a 8°C e temperatura al condensatore poco superiore ai 30°C
___

Dato che alcuni hanno fatto qualche esempio, vorrei anch'io provare ad abbozzare qualche numero, chiedendo il vostro parere

Prendiamo una casa di classe A di 200 mq

Necessita di 5000 kWh/a per riscaldamento e 3000 kWh/a per il raffrescamento, più qualche migliaio (2000) di kWh termici per l'acs (lavatrice, docce, ecc...)

Per arrivare a quei 5000 vorrei usare due apporti

1) Pannelli solari poco inclinati per massimizzare l'apporto estivo e fatti lavorare a temperature non troppo alte per aumentare il rendimento del pannello, 60°C

2) il calore di condensazione della pdc reversibile durante il raffrescamento può essere accumulato anch'esso, a temperature non troppo alte per avere un buon COP, ma non troppo basse per evitare accumuli esagerati, 40°C

Acqua o Paraffine?

Invece di dibattere su quale sostanza sia meglio, perché non usarle entrambe? progettare un accumulo che sfrutti non i due apporti, ma addirittura quello dell'acqua e di diverse paraffine con temperature di fusione diverse mese a diverse quote in un serbatoio a stratificazione che assomiglia agli scambiatori a fascio tubiero

Con lato tubi tubi contenenti le paraffine
lato mantello,l'acqua libera di scorrere per convezione naturale che si stratifica

Si dovrebbe così riuscire a ridurre i volumi (grazie al calore latente) e lavorare a temperature ne troppo alte ne, con intervalli di temperature che inficerebbero sull'efficienza dei pannelli e della pdc

Eviterei di avare una superficie di pannelli eccessiva, perché userei anche la pdc per apportare calore.
Questo è un piccolo schemino.



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(non guardate i calcoli che non sono giusti)
Ora passiamo all'energia elettrica

Per il raffrescemento la pdc reversibile viene alimentata direttamente dal FV che durante il periodo estivo è sempre alto e si attesta sui 150-200 Whel/Wp mensili, per cui un impianto da 3 kWp è sufficiente

Per il riscaldamento con l'accumulo dovrei essere autonomo, se la stagione estiva non è stata particolarmente soleggiata (capita di estati) si ricorre all'uso della pdc che però usa come pozzo freddo l'accumulo, aumentando notevolmente il COP (a conti fatti supera 6)

L'idea è in sintesi di usare le diverse tecnologie che abbiamo a disposizione per evitare eccessivi dimensionamenti dell'una o dell'altra, in maniera da sfruttarne appieno il potenziale

Per la casa sopracitata secondo i miei calcoli, molto grossoloani,ma abbastanza vicini alla realtà, l'accumulatore così progettato, misto paraffina acqua sarebbe di circa 50 metri cubi

Un serbatoio cilindrico in PE, alto 4,5 metri da interrare, e di diametro 3,2
isolato con PS espanso, fissato senza opere murarie che impatterebbero ulteriormente sull'ambiente
All'interno una quantità elevata (circa il 50% in volume) di tubi in PE contenenti paraffina

I pannelli sottovuoto necessari sono circa 10 mq, metà dell'energia viene fornita dalla pdc durante il raffrescamento.

Appena posso faccio un foglio Excel, possiamo discutere così di scelte e ipotesi di partenza, e confrontarle con altre soluzioni classiche.

Originariamente inviata da Mauro1980

Sono d'accordo che la prima cosa da fare, è disperdere meno possibile, ma come in tutte le cose, esagerare non è mai bene. Piuttosto che eccedere nell'isolamento che richiede spessori superiori a 60 cm come in alcuni casi, è meglio stare sulla già ottima classe A, ottenibile senza un utilizzo esagerato di materiali, a prezzi abbordabili, e lasciare le case Passive (A+) a pochi casi/e isolate

Dagli ultimi preventivi
1300€/mq, muri da 40cm.

Originariamente inviata da Mauro1980

usare le diverse tecnologie che abbiamo a disposizione per evitare eccessivi dimensionamenti dell'una o dell'altra, in maniera da sfruttarne appieno il potenziale

questo è condivisibile

Originariamente inviata da Mauro1980

Appena posso faccio un foglio Excel, possiamo discutere così di scelte e ipotesi di partenza, e confrontarle con altre soluzioni classiche

questo è indispensabile

Qualche tempo fa ho provato a dimensionare un c.d. accumulo stagionale con risultati sconfortanti ... costi di impianto elevati, di manutenzione non prevedibili (nulla è eterno, tanto meno un accumulo complesso) e benefici scarsi
Anche tralasciando l'aspetto meramente economico, anche dal punto di vista etico e del risparmio energetico di fonti non rinnovabili si osserva che l'energia 'grigia' necessaria per la realizzazione e la coibentazione (e lo smaltimento del polistirene espanso a fine ciclo) è molto grande in relazione a quella risparmiata.
Penso di non essere il solo ad aver sperimentato qualcosa in merito (molti di quelli che hanno una pdc fanno in qualche modo rigenerazione del campo geotermico), ma per quel poco che ho potuto osservare ritengo siano da preferire soluzioni più semplici e di basso costo/impatto.
Comunque fielicissimo ci sia qualcuno che pensi di postare calcoli (almeno posso verificare i miei)

Saluti. F.

Originariamente inviata da fringui

Dagli ultimi preventivi
1300€/mq, muri da 40cm.

Fringui ti ho inviato un messaggio privato (non me ne vogliano gli amministratori,ma non mi piace chiedere nomi di aziende sui forum, è pratica che vorrei ridurre al minimo)

Originariamente inviata da toninon

Sull'accumulo con paraffina vorrei mettere un punto fermo, Lasciando intendere mirabolanti prestazioni di paraffine speciali, ...
Esaminiamo cosa succede con due serbatoi, uno con 100 l di paraffina ed uno con 100 l di acqua, scaldandoli da 10° a 70°.
Quindi in queste condizioni e' quasi uguale all'acqua.

E' chiaro che se mi limito ad un passaggio ad esempio da 50° a 60° la paraffina fa' faville, acqua = 1000 kcal, paraffina = 3232 kcal, e se mi limito al passaggio da 53.5° a 54.5° il risultato e' clamoroso, acqua 100 kcal, paraffina 2750 kcal.

ciao

Bene Tonino,
La paraffina "scadente" e l'acqua con un salto di 30°C hanno medesima densità energetica, il vantaggio dell'idrocarburo è di concentrare l'energia al punto di fusione mentre l'acqua lo cede in maniera omogenea a tutte le T dell'intervallo.

Usando una paraffina speciale (calore latente sui 200 kJ/kg) i due fluidi hanno medesime densità per un salto di 40°C

Originariamente inviata da telamonio

Comunque fielicissimo ci sia qualcuno che pensi di postare calcoli (almeno posso verificare i miei)

Saluti. F.

Uno di questi giorni posto il foglio Excel che ho fatto
Anticipo subito che la strada migliore per avere volumi ragionevoli di accumulo è di operare su salti di temperatura tra batteria carica e scarica ampi,attorno ai 30°C, intervallo che rende l'suo della cera uguale all'acqua.
Conviene infine, come diceva Telamonio qualche post fa, usare nel periodo finale l'accumulo (quando la batteria è "scarica") come pozzo freddo della pdc
Sull'energia grigia, sono pienamente d'accordo per quella ragione, vorrei lavorare in un intervallo ampio e basso, tipo 10-50, per ridurre le dispersioni, ed usare materiali come PE e PS, non metallici, che hanno bassissimo contenuto di energia grigia.
L'accumulo diventa quindi simile alle sonde geotermiche,richiedendo però meno spazio ed operando a temperature che rendono le pdc più efficienti, soprattutto nel periodo invernale quando il FV produce meno.
un altro grande vantaggio è che non ho più calore da dissipare come negli impianti attuali che fanno integrazione (troppa d'estate, poca d'inverno) ma anzi ogni caloria che il pannello produce viene valorizzata

A distanza di mesi riprendo la discussione e mi scuso con le persone cui ho promesso d'inviare l'Excel e non l'ho fatto

Nei tempi morti mi sono dedicato a quest'idea e devo dire che l'impianto dell'ITIS di BS come la casa 'Ispra non mi convingono per una ragione in particolare

T dell'accumulo finale troppo bassa

L'unico modo per implementare in abitazioni mono bi familiari o condomini l'accumulo stagionale è di lavorare ad alte temperature

Qualcosa si è mosso, il capo di mia sorella ha visto in Germania un capannone riscaldato con un accumulo di 80 mc
Guardate poi qui la Solarbayer cosa propone, accumuli da 20 ed oltre metri cubi e dichiara integrazioni al riscaldamento e sanitari del 95%
http://www.solarbayer.it/prodotti/in...i_Internet.pdf
Anche altre aziende si stanno muovendo su accumuli da decine di mc
http://www.casafelice.it/boiler1.htm
Si potrebbe posizionarli nel centro delle case, dato che questi serbatoi hanno un diametro di 2-2,5 m e sono alti come due tre piani costruirci le scale attorno,usarli insomma con colonne portanti e chiocciola per le scale (dopo averli ricoperti con refrattari e cementi)

Il calore disperso (poco perché la scala fa da camera isolante, ci sarebbe una doppia parete) può essere usato d'inverno per scaldare la casa,mentre d'estate apposite bocchette farebbero fuoriuscire il calore disperso dal serbatoio su una cappa

Ma quello di cui volevo discutere con voi è la T finale dell'acqua

Perché fermarsi a 90°C (ad Ispra addirittura 70°C) è vero che i pannelli rendono sempre meno, ma è ancor più vero che in questo progetto il problema maggiore è ridurre il volume dell'accumulo perché il sole estivo mi da comunque tutto il calore per ricaricarlo

Sonnerkraft propone già bollitori che lavorano a 130°
SONNENENERGIE | IL BOILER A STRATIFICAZIONE FORZATA
E se ne pensassimo a bollitori che raggiungono anche 150 o 180°C (i pannelli vanno oltre i 200 d'estate)

Un bollitore carico a 180°C (circa 10 bar) ha un DT utile di 150°C, per cui se necessito di 3000 kWh (7200 MJ) (il calore necessario per una casa di 120 mq di classe A) avro bisogno di

massa acqua = Calore necessario/DT*Cp = 7200 MJ/(150°C x 4,186MJ/tonn°C) = 12 tonn

Considerando anche le dispersioni ed il consumo di sanitari arrivo a circa 20 mc

A quelle temperature le dispersioni sono molto importanti, per cui forse pescando su tecnologie già collaudate di accumulo di stoccaggi criogenici (camere vuote e strati di vetro fine come isolante) non si riesce ad avere un serbatoio ben isolato