Sistemi di Accumulo Termico: Cosa sono e quali i più efficienti

Come dicevamo, un sistema di accumulo termico è un sistema che permette di immagazzinare l’energia proveniente da fonti rinnovabili per poi utilizzarla quando necessaria. Un ottimo dispositivo per facilitare la transizione energetica e la rivoluzione verde.

Un Sistema di Accumulo dell’energia termica è solitamente composto da una serie di serbatoi, isolati termicamente, che contengono un fluido termovettore, ovvero una sostanza in grado di trasferire il calore da una fonte all’altra. Questo fluido viene riscaldato da una fonte di energia rinnovabile, come un pannello solare o una turbina eolica, e poi immagazzinato nei serbatoi fino al momento in cui viene utilizzata.

Grazie a questo meccanismo, è possibile stoccare l’energia termica prodotta durante le ore di maggiore irraggiamento solare o di vento e utilizzarla quando c’è meno disponibilità di fonti rinnovabili. Si tratta di una tecnologia efficiente e a basso costo che comporta diversi vantaggi. Rispetto ad altre tecnologie offrono maggiore efficienza (con minori rischi di perdite), flessibilità rispetto alla domanda e versatilità nel poter essere impiegati praticamente ovunque.

Possiamo avere sistemi di accumulo di caldo e sistemi di accumulo di freddo.

In generale, i sistemi di accumulo di caldo sono progettati per immagazzinare calore a una temperatura più elevata rispetto ai sistemi di accumulo termico. Questo perché i sistemi di accumulo di calore sono spesso utilizzati per applicazioni industriali, come ad esempio il riscaldamento di forni, la produzione di vapore o la fusione di metalli. In questi contesti, è necessario immagazzinare grandi quantità di calore a temperature molto elevate per garantire un’efficienza energetica ottimale.

I sistemi di accumulo di calore possono essere realizzati in diversi modi.

Ad esempio, è possibile utilizzare serbatoi di acqua o di altri fluidi in grado di immagazzinare calore a temperature elevate. In alternativa, è possibile adottare materiali in grado di accumulare calore, come ad esempio il calcestruzzo, la pietra lavica o la zeolite. Si tratta di materiali con un’elevata capacità termica, in grado di immagazzinare grandi quantità di calore.

I sistemi di accumulo di freddo sono dispositivi utilizzati per immagazzinare energia termica in forma di freddo, ovvero per conservare il freddo prodotto da fonti di refrigerazione o da impianti di climatizzazione. Questi sistemi sono utilizzati in diversi settori, come ad esempio l’industria alimentare (food and beverage), la GDO, la logistica, la sanità e l’edilizia.

La tecnologia di accumulo di freddo è basata sul principio di accumulare il freddo prodotto durante i periodi di bassa richiesta energetica, per poi utilizzarlo quando serve, durante i periodi di alta richiesta. In questo modo, è possibile ridurre i picchi di consumo energetico e migliorare l’efficienza energetica complessiva del sistema. Esistono diversi tipi di sistemi di accumulo di freddo. Uno dei più comuni è basato sull’utilizzo di serbatoi di accumulo, simili a quelli utilizzati per i sistemi di accumulo termico. In questo caso, tuttavia, i serbatoi sono riempiti con soluzioni saline o altre sostanze in grado di conservare il freddo, anziché con fluidi termovettori.

Altri sistemi di accumulo di freddo utilizzano materiali come il ghiaccio o i materiali a cambiamento di fase, che cambiano stato passando da solido a liquido e viceversa, liberando o assorbendo energia termica. Questi materiali vengono anche usati in applicazioni di climatizzazione degli edifici, dove possono essere integrati nei muri o nei pavimenti per accumulare freddo durante le ore notturne e rilasciarlo durante il giorno. Vengono spesso adottati in compinazione a pope di calore o altri sistemi.

Tra i materiali più utilizzati per l’accumulo termico troviamo:

Acqua: utilizzata specialmente per le applicazioni domestiche e commerciali, l’acqua può essere riscaldata da fonti rinnovabili, come i pannelli solari, e immagazzinata in serbatoi isolati termicamente per essere utilizzata successivamente.

Sale fuso: è un materiale capace di immagazzinare grandi quantità di energia termica a temperature elevate. Viene utilizzato in molte applicazioni industriali, come ad esempio la produzione di vapore o il riscaldamento di forni.

Materiali a cambiamento di fase: sono sostanze che cambiano stato passando da solido a liquido o viceversa, assorbendo o rilasciando energia termica. Sono spesso adottati per la climatizzazione degli edifici.

Pietra lavica: è un materiale poroso con un’elevata capacità termica usato per il riscaldamento e raffrescamento degli edifici.

Calcestruzzo: resistente e durevole, è spesso utilizzato in diverse applicazioni industriali.

In generale, la scelta del materiale per l’accumulo termico dipende dalle specifiche esigenze dell’applicazione, come la temperatura di utilizzo, la capacità di immagazzinamento e l’efficienza energetica.

Come accennato in più riprese, una delle applicazioni più interessanti è legata alla climatizzazione degli edifici e consentono di raggiungere livelli ottimali di efficientamento energetico.

I Sistemi di Accumulo Termico possono essere utilizzati anche in altri settori, come l’industria, l’agricoltura e il trasporto. In quest’ultimo caso, ad esempio, è possibile utilizzare l’energia termica accumulata per alimentare i veicoli elettrici, riducendo così l’impatto ambientale dei trasporti su strada.

I sistemi di accumulo termico possono essere classificati in base alla temperatura di esercizio in sistemi ad alta temperatura e sistemi a bassa temperatura.

I sistemi di accumulo termico ad alta temperatura sono progettati per immagazzinare energia termica a temperature superiori ai 100°C. Vengono impiegati per processi industriali che richiedono temperature elevate, come la produzione di vapore per la generazione di energia elettrica o per il processo di essiccazione di materiali.

In generale, i sistemi di accumulo termico ad alta temperatura sono costituiti da serbatoi di accumulo isolati, in cui l’energia termica viene immagazzinata sotto forma di acqua calda o vapore, o da materiali a cambiamento di fase (PCM) che possono immagazzinare energia termica a temperature elevate.

I sistemi di accumulo termico a bassa temperatura, invece, sono progettati per immagazzinare energia termica a temperature inferiori ai 100°C. Usati per il riscaldamento degli ambienti o per processi industriali che richiedono temperature moderate, come la produzione di acqua calda sanitaria o il riscaldamento di fluidi di processo, questi sistemi possono essere costituiti da serbatoi di accumulo isolati o da materiali PCM.

In generale, i sistemi di accumulo termico ad alta e bassa temperatura sono utilizzati in modo complementare, in modo da massimizzare l’efficienza energetica dell’impianto e ridurre i costi energetici.

Per progettare un sistema di accumulo bisogna partire dall’analisi delle esigenze energetiche specifiche del processo produttivo e delle fonti di energia disponibili.

Si possono individuare le seguenti fasi del processo:

Analisi dei requisiti energetici: è necessario valutare i requisiti energetici del processo produttivo e determinare la quantità di energia termica richiesta per il funzionamento dell’impianto.

Identificazione delle fonti di energia: che sia energia solare o eolica, biomassa o gas naturale, sapere cosa ci aspetta è fondamentale per un corretto dimensionamento del progetto.

Scelta della tecnologia di accumulo termico: in funzione delle tecnologie e dei materiali sopra-descritti rispetto alle loro capacità termiche.

Dimensionamento del sistema di accumulo termico: una volta scelta la tecnologia di accumulo termico, è possibile determinare la dimensione del sistema in base alla capacità di accumulo termico richiesta per soddisfare i requisiti energetici dell’impianto.

Selezione dei materiali e delle componenti: è importante selezionare i materiali e le componenti del sistema di accumulo termico in base alla temperatura di esercizio e alle proprietà termiche dei materiali.

Progettazione dell’impianto: dopo aver determinato la dimensione del sistema di accumulo termico e selezionato i materiali e le componenti, è possibile progettare l’impianto e definire i parametri di funzionamento, come la temperatura di esercizio e la durata dell’accumulo.

Installazione e monitoraggio: una volta completata la progettazione dell’impianto, è possibile procedere con l’installazione e il monitoraggio del sistema di accumulo termico per garantire una corretta operazione e una massima efficienza energetica.

In generale, il progetto di un sistema di accumulo termico richiede una valutazione attenta delle esigenze energetiche del processo produttivo e una conoscenza approfondita delle tecnologie di accumulo termico disponibili. È importante anche monitorare regolarmente il funzionamento del sistema per garantire una massima efficienza energetica e ridurre i costi energetici.

Come misurare la capacità di un sistema di accumulo?

La capacità di un sistema di accumulo termico dipende dalle esigenze energetiche specifiche del processo produttivo e dalle fonti di energia disponibili. Per determinare la capacità di un sistema di accumulo termico, è necessario prendere in considerazione diversi fattori, tra cui:

La potenza termica del processo produttivo: la potenza termica necessaria per il processo produttivo determina la quantità di energia termica che deve essere immagazzinata nel sistema di accumulo termico.

La temperatura di esercizio: la temperatura di esercizio del sistema di accumulo termico dipende dalle esigenze del processo produttivo e dalle fonti di energia disponibili.

La durata dell’accumulo: la durata dell’accumulo dipende dalla quantità di energia termica che deve essere immagazzinata e dalla velocità di rilascio dell’energia termica durante il processo produttivo.

Le perdite termiche: le perdite termiche del sistema di accumulo termico devono essere considerate per determinare la quantità di energia termica effettivamente disponibile.

Una volta determinati questi fattori, è possibile calcolare la capacità del sistema di accumulo termico in base alla quantità di energia termica che deve essere immagazzinata e alla durata dell’accumulo.

In generale, la capacità del sistema di accumulo termico viene espressa in termini di energia termica immagazzinabile, misurata in kilowatt-ora (kWh) o megawatt-ora (MWh), e dipende dalla potenza termica del processo produttivo, dalla temperatura di esercizio e dalla durata dell’accumulo.