Descrizione dell’impianto:

Il laboratorio indoor, situato presso il Centro Ricerche ENEA di Portici, è stato realizzato nel 2012 e utilizzato, inizialmente, per la validazione sperimentale di codici di calcolo per la simulazione numerica di sistemi di accumulo termico ad alta temperatura. Attualmente, il laboratorio è impiegato nell’ambito delle attività ENEA riguardanti la sperimentazione, la modellazione termo-fluidodinamica e la simulazione numerica di sistemi innovativi per l’accumulo di energia termica a temperatura medio-bassa (60-100°C) e di sistemi per l’accumulo del “freddo”. È altresì impiegato per la caratterizzazione termo-fisica di materiali a cambiamento di fase (PCM) per l’accumulo termico e per l’implementazione sperimentale di strategie innovative per la gestione e il controllo di impianti poli-generativi con accumulo termico per applicazioni residenziali.

Il laboratorio è dotato di due impianti, uno per l’analisi sperimentale di sistemi di accumulo di energia termica a temperatura medio-bassa e l’altro per l’analisi sperimentale di sistemi per l’accumulo del “freddo”. Inoltre, dispone di apparecchiature per la caratterizzazione termo-fisica di materiali per l’accumulo termico, di una camera climatica con un volume di prova di 1 m³ e di una camera termica di piccole dimensioni.  E’ anche presente una sala calcolo per la gestione, il controllo e l’ottimizzazione real-time del funzionamento degli impianti e la simulazione numerica di sistemi di accumulo termico innovativi.

 Come funziona:

L’impianto per l’analisi sperimentale di sistemi di accumulo di energia termica a temperatura medio-bassa, nella configurazione generale, è composto da due circuiti: il circuito del generatore e quello dell’utilizzatore, ciascuno collegato al rispettivo scambiatore a serpentina immerso nel serbatoio di accumulo termico. Il componente principale del circuito del generatore è rappresentato dal riscaldatore elettrico, in grado di trasferire al fluido termovettore fino a 15 kWt (@ 380 V) di potenza termica. Diversamente, il componente principale del circuito dell’utilizzatore è rappresentato dallo scambiatore di calore aria-acqua a tubi alettati per la simulazione del carico relativo al riscaldamento ambientale, in grado di dissipare fino a 15 kWt di potenza termica.

Per quanto concerne la simulazione del carico relativo alle utenze di acqua calda sanitaria, essa viene effettuata variando la portata di scaricamento del serbatoio di accumulo termico, mantenuto in pressione con un sistema di riempimento, tramite una valvola modulante.

In entrambi i circuiti, le pompe permettono la regolazione della portata del fluido termovettore, misurata con sensori di tipo magnetico con un’accuratezza pari al ± 0,2% del valore misurato. Le temperature sono rilevate con termocoppie di tipo T classe 1, con un’accuratezza pari a ± 0,5°C. L’acquisizione delle misure e la variazione dei parametri controllati sono effettuate con moduli NI montati su un controller NI cRIO. A tal fine, sono stati sviluppati due applicativi software: uno in ambiente Labview installato sul controller, con il compito di comunicare con i moduli periferici, l’altro sviluppato in ambiente Matlab installato su una workstation client, utilizzato per l’analisi real-time dei dati sperimentali e il calcolo dei valori di set-point dei parametri controllati. I due applicativi comunicano tra loro mediante un protocollo TCP/IP. I valori di set-point di tutti i parametri sono calcolati mediante controllori PID. Il laboratorio dispone di vari serbatoi, a 1 o 2 scambiatori a serpentina e con differenti capacità, che vengono impiegati per simulare sperimentalmente le prestazioni di sistemi di accumulo termico ad acqua e sistemi ad acqua e PCM macro-incapsulato. Tutti i serbatoi, realizzati a disegno, sono dotati di un boccaporto a flangia 290/220, disposto in testa o lateralmente, per l’inserimento di PCM macro-incapsulato, e di diversi attacchi per l’inserimento di sonde di temperatura.

Relativamente all’impianto per l’analisi sperimentale di sistemi di accumulo del “freddo”, questo è dotato di un chiller elettrico a compressione di vapore per la simulazione di sistemi refrigeranti, di vari scambiatori di calore per la simulazione dei carichi di refrigerazione e di diverse tipologie di serbatoi per l’accumulo del freddo. Il chiller elettrico a compressione di vapore è caratterizzato da un range di regolazione della temperatura del fluido di processo che va da 5°C a 40°C, con una potenza massima di refrigerazione, a 50 Hz e con temperatura in uscita di 5°C, di 15 kWt.

Esso può operare con una temperatura ambiente compresa tra 10°C e 40°C ed è dotato di una pompa con prevalenza massima a 50 Hz di circa 4 bar. L’accuratezza con cui viene regolata la temperatura del fluido di processo è di ± 0,1°C. La portata nel circuito è regolata tramite una pompa di bypass con inverter, le misure di portata sono effettuate con flussometri magnetici caratterizzati da un’accuratezza dello 0,2% del valore misurato e le misure di temperatura nel circuito sono tutte realizzate mediante termocoppie di tipo T classe 1, caratterizzate da un’accuratezza di ±0,5°C.

Tra i vari serbatoi a disposizione del laboratorio per l’analisi sperimentale di sistemi di accumulo del freddo in scala di laboratorio, uno dispone di un mantello in plexiglass realizzato per effettuare test utilizzando soltanto PCM come materiale di accumulo.

Inoltre, presenta un sistema di accumulo multi-modulo per realizzare test sperimentali con differenti PCM posti a cascata.

Possibili applicazioni:

L’impianto testa sistemi di accumulo termico a temperatura medio-bassa. Può essere utilizzato per la validazione sperimentale di modelli per la simulazione numerica di sistemi di accumulo termico innovativi e per l’implementazione sperimentale di strategie di funzionamento ottimizzate per sistemi cogenerativi con accumulo termico. Inoltre, può essere impiegato per emulare sperimentalmente il funzionamento di sistemi solari con accumulo termico destinati alla produzione di calore per il riscaldamento ambientale e di acqua calda sanitaria, al fine di individuare la configurazione ottimale del sistema.

Da ultimo, l’impianto può essere utilizzato per la validazione sperimentale di modelli per la simulazione numerica di sistemi di accumulo del freddo e per l’implementazione sperimentale di strategie di funzionamento ottimizzate per sistemi di condizionamento ambientale estivo con accumulo del freddo.

Attività in corso:

Attualmente il laboratorio è utilizzato nell’ambito dell’Accordo di Programma tra il Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica e l’ENEA sulla Ricerca di Sistema elettrico.

In particolare, è impiegato per la validazione sperimentale di codici di calcolo home-made, per la simulazione numerica di sistemi di accumulo innovativi basati sull’impiego di PCM, destinati ad essere utilizzati per il peak-shaving del carico elettrico per il condizionamento ambientale in ambito residenziale.

Attività future:

Oltre alle attuali applicazioni, il laboratorio sarà impiegato per simulare sperimentalmente ed individuare soluzioni innovative, efficienti e sostenibili per l’utilizzo combinato di sistemi di accumulo di energia termica a temperatura medio-bassa (60-100°C) e sistemi di accumulo del freddo all’interno di impianti trigenerativi. Inoltre, sarà utilizzato per caratterizzare e testare sistemi di accumulo termico di tipo “chimico”, che rappresentano la soluzione più promettente nel lungo periodo per l’accumulo energetico.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Referente attività: Luigi Mongibello
Responsabile Divisione: Walter Gaggioli

Aggiornato al 20 maggio 2026