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Frigoriferi con "serbatoio" di freddo

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  • Frigoriferi con "serbatoio" di freddo

    Ciao a tutti,
    Scusate la domanda sciocca ma mi chiedo se esista un frigorifero che riesca a produrre celermente un blocco di ghiaccio (a mo' di serbatoio freddo, magari quando c'è sovrapproduzione energetica, e raffreddare la parte frigorifera sfruttando tale blocco quando la produzione non c'è.
    In questo modo ci sarebbe solo da far girare un liquido refrigerante invece di far funzionare il compressore...

    Probabilmente sarebbe poco efficiente in ambito domestico standard, ma molto efficiente in caso di casa con pannelli f.v. con sovrapproduzione.

    Grazie


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  • #2
    Ciao ale.kava,
    non so se esistono in commercio macchine simili; possiamo però permetterci di fare qualche considerazione tecnico/economica insieme.
    Io non utilizzerei un blocco di ghiaccio come serbatoio di accumulo, ma un contenitore, a pressione atmosferica, ben isolato contenente una miscela di acqua e glicole propilenico in concentrazione pari al 50% vol. La miscela resterebbe liquida fino alla temperatura di -33°C con calore specifico di circa 3200 J/Kg K, contro i meno di 2100 J/Kg K del ghiaccio d’acqua.
    Considerando che un frigo di buona classe energetica, richiede una potenza media equivalente di 40 W, possiamo calcolare che il nostro serbatoio di liquido refrigerato dovrà contenere circa 72 kg di liquido. Questa “massa” renderà autonomo il nostro frigo per una intera giornata, passando da una temperatura iniziale di -33°C ad una finale di -18°C.
    A livello teorico funziona!
    Vediamo cosa succede a livello tecnico/economico…
    Devo predisporre il frigorifero con una serpentina in più, nella quale deve circolare la miscela refrigerata, ma resta comunque il circuito del gas con annesso compressore, evaporatore e condensatore. Bisogna aggiungere un circolatore in più, non che sia problematico, viste le esigue portate in gioco, ma comunque avrà un costo. Bisogna realizzare un’ottima coibentazione del serbatoio della miscela refrigerata. Il salto termico di circa 60°C con l’ambiente esterno non è esagerato, ma comunque sarebbe bene prevedere un isolamento sotto-vuoto (tipo thermos) e schermatura interna IR. Quanto costerebbe tutto questo? Quanto ingombrerebbe un serbatoio isolato capace di contenere 72 kg di liquido? Probabilmente possiamo immaginarci dimensioni simili a quelle di uno scaldaacqua da 80 litri…
    Ora faccio un’altra considerazione: gli ultimi accumulatori al litio che ho acquistato da “comune mortale”, li ho pagati circa 19,5 c€/Wh (iva esclusa). Ciò significa che per realizzare un accumulo di 1200 Wh (ho considerato di scaricare gli accumulatori all’80%), andrei a spendere circa 234 €. Poi ci sono i BMS e un UPS / inverter con CB da 400 -500W , perciò penso che, nel mio piccolo, con meno di 500€ farei tutto. Il pacco batterie, compresi i BMS, occuperebbe uno spazio pari ad un rettangolo di lato 30cm X 15 cm X 15 cm di altezza, per un peso complessivo di circa 6 –7 Kg. Un sistema simile sarebbe senza dubbio di realizzazione più semplice, principalmente per via del minore ingombro.
    Una casa costruttrice potrebbe pensare di integrare il pacco batterie direttamente sul DC-Bus dell’inverter, ormai presente su tutti i compressori frigo, sia ACIM che BLDC. Risparmierebbe il costo dell’inverter, adattando al massimo la tensione per mezzo di un più semplice convertitore DC/DC bidirezionale, che fungerebbe anche da carica-batterie quando il compressore è spento e/o c’è surplus energetico.
    Considerando un costo medio dell’energia di 0,2€/kWh, ogni anno il frigo costerebbe (in termini di opex) circa 70 €. Se si dispone del FV è possibile ridurre questo costo anche del 30%, quindi si arriva a qualcosa meno di 50€ di spesa. Il costo aggiuntivo del frigo potrà dipendere dal tempo di ritorno dell’investimento, ossia, se si pensasse ad un ritorno economico dopo 6 anni, il frigo dovrebbe costare al massimo 300€ in più (rispetto allo stesso modello senza accumulo). Sicuramente sarebbe un buon punto di partenza per studiare un prodotto di nicchia, utile per connettere un pannello FV direttamente al frigo in case senza fornitura elettrica tipo baite o similari… Ad ogni modo, se dovessero venire incentivati dispositivi simili, sicuramente ne appariranno di diversi sul mercato.
    "Il tempo è ciò che accade quando non accade nient'altro" [ R. Feynman ]

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    • #3
      Accidenti che analisi... E sì che son pure fisico (prestato all' it da anni...)
      Effettivamente un po' mi vergogno di non aver dedicato 10 minuti prima di scrivere.

      Quindi in termini di energia/kg il rapporto favorisce l'accumulo di energia elettrica invece di energia termica... chiaro.

      Il fatto è che ogni volta che guardo il frigorifero di casa, penso a quanto poco sia stato evoluto rispetto al secolo scorso (tralasciando i widget elettronici e digitali che hanno solo effetto scenico).
      Insomma, abbiamo una macchina che anche in inverno scambia calore con un ambiente caldo, quando potrebbe scambiare con l'esterno...con opportune modifiche (anche al layout della casa eventualmente)...


      Comunque davvero molto dettagliato e puntuale. Grazie


      Inviato dal mio Redmi 5 Plus utilizzando Tapatalk

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      • #4
        Buongiorno,bella discussione,vorrei aggiungere una riflessione;in molte abitazioni coesistono un frigorifero ,un sistema di produzione di acqua calda e un condizionatore.Non si potrebbero integrare nel funzionamento in modo di recuperare il calore disperso nell'ambiente da il frigorifero e dal condizionatore in modalita' raffreddamento per scaldare l'acqua, e contemporaneamente usare il freddo disperso nell'aria dal boiler a PDC e dal condizionatore in modalita' riscaldamento per raffreddare il frigorifero?Puo' sembrare complicato ma si potrebbe pensarlo come una unita'con un unico compressore collegato a uno split a un radiatore esterno che puo' ,quando necessario, smaltire il freddo o caldo in eccesso e il frigorifero come un involucro coibentato con capacita' di accumulo con delle piastre eutettiche.Potrebbe avere un rendimento favoloso e avendo capacita' di accumulo sia di calore che di energia frigorifera potrebbe essere integrato con gli impianti fotovoltaici per consumare il surplus di produzione o per spostare una parte dei consumi elettrici quando conviene.

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        • #5
          atomax concordo con tutto quanto hai detto ma vorrei notificarti che hai dimenticato il calore latente di fusione. Infatti solidificando l'acqua, cede calore per 334 kJ/kg, senza bisogno di scendere molto sotto gli 0°C. A questo punto potrebbe essere comunque interessante la soluzione col ghiaccio, anche se comporterebbe uno svantaggio a livello tecnico/economico, perché, essendo solido, occorrerebbe un fluido per trasportare il calore dal frigo al blocco di ghiaccio.
          Inoltre avresti potuto essere un po' più buono con l'assorbimento medio del frigorifero, che potrebbe fermarsi a 30 W (corrispondenti a 263 kWh/anno).
          In ogni caso resta sempre una soluzione costosa e probabilmente meno vantaggiosa di altri tipi di investimenti in efficienza.

          ale.kava non concordo che i frigoriferi si siano evoluti poco. Un attuale frigorifero classe A+++ consuma la metà di un classe A+ di 10 anni fa, che a sua volta consuma meno della metà di un frigorifero anni '80. Quindi ora consumano meno di 1/4 e potrebbero esserci ulteriori miglioramenti in futuro.

          donkino immaginando che in futuro possano esserci in commercio dei frigoriferi predisposti con degli attacchi per collegarsi idraulicamente alla pompa dio calore di casa, si tratterebbe comunque di un impianto molto costoso per un piccolo rispamio. Probabilmente ciò potrebbe essere invece ragionevole in grossi impianti industriali.
          Secondo me basterebbe un sistema (applicabile ai grossi frigoriferi industriali) che permetta di poter scegliere dove convogliare il calore smaltito dal condensatore: in estate all'esterno; in inverno all'interno dell'edificio.
          Impianto FV parzialmente integrato 2,3 kWp Sharp + inverter Power One; azimut -62°, tilt 25° GPS 45.8, 9.3
          Allaccio: 30/09/2011 (IV CE); mie produzioni su pvoutput

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          • #6
            Originariamente inviato da trap5 Visualizza il messaggio
            concordo con tutto quanto hai detto ma vorrei notificarti che hai dimenticato il calore latente di fusione.
            Porca ..... hai ragione! Ricalcolando verrebbe un blocco di ghiaccio di poco meno di 9 Kg e mezzo. Pensando da subito al liquido ho commesso questo errore madornale! Grazie della precisazione.

            Originariamente inviato da trap5 Visualizza il messaggio
            Inoltre avresti potuto essere un po' più buono con l'assorbimento medio del frigorifero, che potrebbe fermarsi a 30 W (corrispondenti a 263 kWh/anno).
            No, meglio essere prudenti... Basta aprire il frigo qualche volta in più o metterci qualche bottiglia di birra un po' piu calda del solito e diventano pochi anche i 40 W.
            "Il tempo è ciò che accade quando non accade nient'altro" [ R. Feynman ]

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            • #7
              Io invece mi chiedo perchè non esistono frigoriferi in Freecooling, con un modo per prendere il freddo dall' esterno durante l'inverno...

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              • #8
                Per non aprire un nuovo thread mi accodo a questa discussione.
                Ciao atomax io sto fantasticando sulla possibilità di applicare delle celle di peltier sfruttando contemporaneamente sia il lato freddo che quello caldo.
                In pratica, immagino di alimentare le celle per avere da un lato produzone di acqua calda e dal'altro raffreddare altra acqua.
                L'applicazione sarebbe utile per un distillatore a bagnomaria: da un lato scaldo il boiler con all'interno il contenitore con le vinacce, dall'altro raffreddo l'acqua (in circuito chiuso) per deflemmatore e condensatore.
                Secondo voi è fattibile? Perchè farlo? Per risparmiare acqua, l'idea di buttare più di un centinaio di litri per raffreddare una serpentina mi manda ai matti.
                Il problema me lo pongo per il controllo della temperatura del bagnomaria, che non deve superare tot gradi, probabilmente le peltier dovranno essere collegate anche ad un radiatore. È solo una fantasia, probabilmente non lo realizzerò mai ma l’idea di “progettare” un sistema amatoriale perfetto mi intriga.
                Impianto FV 6Kwp LG 335 W N1C-A5 inverter Symo 6.0-3-M; ACS 300L 2 pannelli da 1 mq: zona climatica C; 1.355 gradi giorno

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                • #9
                  Uhmmm... "a naso" secondo me è fattibile più che altro ci sarà da ragionare sull'elettronica di controllo. Di che temperature stiamo parlando (lato freddo e caldo)?
                  Domotica: schemi e collegamenti
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                  • #10
                    Originariamente inviato da sparrow Visualizza il messaggio
                    In pratica, immagino di alimentare le celle per avere da un lato produzone di acqua calda e dal'altro raffreddare altra acqua.
                    L'applicazione sarebbe utile per un distillatore a bagnomaria: da un lato scaldo il boiler con all'interno il contenitore con le vinacce, dall'altro raffreddo l'acqua (in circuito chiuso) per deflemmatore e condensatore.
                    Per valutare la fattibilità dell'idea bisogna conoscere quali sono le potenze termiche in gioco. Successivamente possiamo fare due calcoli insieme.
                    Quanta portata di acqua fredda ti occorre [litri/minuto] ?
                    Ad oggi, usando l'acqua dell'acquedotto come fluido refrigerante, che portata riesci a misurare e a che temperatura?

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                    • #11
                      Fantastico su una caldaia per bagnomaria, due contenitori, quello esterno con acqua che deve raggiungere i 100° ovviamente tramite resistenza elettrica. Ci sono poi i circuiti di raffreddamento del deflemmatore e del condensatore vero e proprio. Questi dovrebbero "pescare" da un contenitore con acqua già gelida (penso a un congelatore pieno d'acqua fatta congelare, al centro ancora in fase liquida, circa 4°)
                      Due circuiti chiusi che passano attraverso due elementi di radiatore (quelli del riscaldamento) messi a sandwich con in mezzo le celle: lato caldo circuito su caldaia, lato freddo serbatoio raffreddato.
                      Il lato caldo crea più problemi sia per il dimensionamento che per la regolamentazione del calore. Lo schema però mi sembra valido.
                      Il controllo elettronico ovviamente non può mancare e dovrà integrarsi con quello di controllo delle temperature di esercizio della macchina.
                      Impianto FV 6Kwp LG 335 W N1C-A5 inverter Symo 6.0-3-M; ACS 300L 2 pannelli da 1 mq: zona climatica C; 1.355 gradi giorno

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                      • #12
                        Il controllo elettronico della temperatura e/o portata è l'ultimo dei problemi...
                        Bisogna prima capire quant'è la portata di acqua fredda che occorre e la temperatura di ritorno della stessa (prima di tornare al refrigeratore).
                        "Il tempo è ciò che accade quando non accade nient'altro" [ R. Feynman ]

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                        • #13
                          Un modello ben costruito con capacità 100L, per circa 85 di vinacce o purea di frutta da lavorare dice di impiegare 120L di acqua per il deflemmatore e 30 per il raffreddamento per ciclo (T di rubinetto) , circa 150 L per 1h e 30' di lavoro. 2 velocità diverse, ovviamente abbassando la temperatura potrebbe rallentare anche il flusso. Potrei usare pompe da acquario, verosimilmente.
                          In ogni caso, ammesso che possa consentirmi la spesa per un lavoro artigianale, lo dimensionerei sui 40L totali per 35L di esercizio utile.
                          Impianto FV 6Kwp LG 335 W N1C-A5 inverter Symo 6.0-3-M; ACS 300L 2 pannelli da 1 mq: zona climatica C; 1.355 gradi giorno

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                          • #14
                            Tieni presente che le normali Peltier (TEC), se di buona manifattura, presentano un deltaT a vuoto tra le due facce di 60/70° (QUI un datasheet) quindi con 50° lato caldo avresti -20°C su quello freddo. I 50° li potresti utilizzare come preriscaldo per la parte a bagnomaria, i -20° per il condensatore.
                            Ovvio tutto questo in teoria ma è comunque una base da cui partire,
                            Per il circuito del acqua puoi usare un paio di QUESTI .... mi ero già messo da parte il link per un futuro progettino per un dissipatore da CPU
                            Domotica: schemi e collegamenti
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                            • #15
                              Originariamente inviato da sparrow Visualizza il messaggio
                              ...circa 150 L per 1h e 30' di lavoro.
                              Qual'é la temperatura di ritorno dell'acqua (in uscita dal condensatore, per intenderci)?

                              "Il tempo è ciò che accade quando non accade nient'altro" [ R. Feynman ]

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                              • #16
                                Ciao Lupino, li avevo visti anche io. Sto solo ipotizzando prima di provare a disegnare qualcosa ma non sono né chimico né ingegnere quindi per i dimensionamenti, come correttamente faceva notare atomax , per ora è tutto campato per aria. Viste le quantità di liquido da muovere pensavo a un vero e proprio radiatore in alluminio, 2 elementi contrapposti con in mezzo le celle. Un wafer. Se poi dici che 4x8 cm con quei delta T sono sufficienti (2 celle?) meglio!
                                In realtà, nel progetto vorrei introdurre un ulteriore elemento: una pompa a vuoto così da ridurre le T di esercizio con probabile miglioramento per arricchimento del prodotto. Anche lì, non ho idea del dimensionamento, vorrei abbassare le temperature di circa 1/3, da 78,4° a 50°-55° intervenendo sulla tensione di vapore mi chiedo se una pompa ad acqua da laboratorio possa andar bene.
                                Per tacere degli spessori della caldaia e colonna, che possa collassare?
                                Impianto FV 6Kwp LG 335 W N1C-A5 inverter Symo 6.0-3-M; ACS 300L 2 pannelli da 1 mq: zona climatica C; 1.355 gradi giorno

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                                • #17
                                  Originariamente inviato da atomax Visualizza il messaggio

                                  Qual'é la temperatura di ritorno dell'acqua (in uscita dal condensatore, per intenderci)?
                                  Scusa, hai scritto mentre rispondevo a Lupino. Non lo so, ovviamente. E' un'idea da sviluppare, non ho un prototipo. Quelli che ho visto partono da acqua di rubinetto ed in uscita dal solo radiatore (niente deflemmatore) sono relativamente alte, diciamo 38°, al tatto sono più calde che tiepide. Naturalmente il dimensionamento dei 2 pezzi incide non poco sul parametro che chiedi. E' ovvio che io cerco un flusso veloce e un delta T minimo tra ingresso ed uscita, per ottimizzare il prodotto. Per il deflemmatore il flusso è variabile, monitorato ed in funzione dalla T interna vapori.
                                  Impianto FV 6Kwp LG 335 W N1C-A5 inverter Symo 6.0-3-M; ACS 300L 2 pannelli da 1 mq: zona climatica C; 1.355 gradi giorno

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                                  • #18
                                    Supponendo che l'acqua di rubinetto esca alla temperatura media di 15°C, il delta T è pari a 23°C.
                                    Alla portata dichiarata, vuol dire che devi sottrarre all'acqua circa 4 kWh di energia termica.
                                    La potenza della cella indicata nel datasheet di Lupino, ad esempio, è pari a circa 60W termici (105W elettrici) il che vuol dire che in un'ora e 1/2, per lavorare a ciclo continuo e senza accumulo, avresti bisogno di realizzare un refrigeratore con 44 celle (circa 4,6 kW di potenza elettrica).
                                    Se vuoi usare l'accumulo puoi spalmare questa potenza nel tempo, ma dovresti usare un accumulo che contenga ben più di 150 litri d'acqua. In caso contrario l'acqua calda di ritorno, miscelandosi con quella fredda dell'accumulo, finisce per alzarne troppo la temperatura inficiando l'efficacia della condensazione.




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                                    • #19
                                      Esatto! Il datasheet era solo per riportare i dati (tipici) di targa di una TEC, iniziavo ad immaginare anch'io che il dimensionamento finale fosse inclemente.
                                      Forse si potrebbe ragionare, non con uno ma con due accumuli adeguatamente isolati. Praticamente "sposteresti" il calore di uno all'altro ottenendo alla fine l'acqua fredda per il condensatore e acqua pre-riscaldata per l'evaporatore. Anche in tal caso però, vista l'efficienza delle Peltier, sicuramente inferiore ad un normale gruppo frigorifero, alla fine avresti uno spreco energetico senza un beneficio "idrico"
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                                      • #20
                                        Concordo. Comunque a livello di principio resta una buona idea.
                                        "Il tempo è ciò che accade quando non accade nient'altro" [ R. Feynman ]

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                                        • #21
                                          SI
                                          Originariamente inviato da atomax Visualizza il messaggio
                                          Supponendo che l'acqua di rubinetto esca alla temperatura media di 15°C, il delta T è pari a 23°C.
                                          Alla portata dichiarata, vuol dire che devi sottrarre all'acqua circa 4 kWh di energia termica.
                                          La potenza della cella indicata nel datasheet di Lupino, ad esempio, è pari a circa 60W termici (105W elettrici) il che vuol dire che in un'ora e 1/2, per lavorare a ciclo continuo e senza accumulo, avresti bisogno di realizzare un refrigeratore con 44 celle (circa 4,6 kW di potenza elettrica).
                                          Se vuoi usare l'accumulo puoi spalmare questa potenza nel tempo
                                          Esatto. Vi proporrò una ipotesi in scala. I dati sono riferiti ad una macchina di dimensioni doppie rispetto a quella che immagino io. Finalità risparmiare acqua, per etica non economia. Non badate troppo al costo energetico, immagino di sfruttare rinnovabili. Vi ringrazio sinceramente, ci torno su appena più lucido.

                                          Impianto FV 6Kwp LG 335 W N1C-A5 inverter Symo 6.0-3-M; ACS 300L 2 pannelli da 1 mq: zona climatica C; 1.355 gradi giorno

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