LPSAT – Laboratorio Prova Sistemi di Accumulo Termico
Il laboratorio indoor, situato presso il Centro Ricerche Enea di Portici, è nato nel 2012 ed è stato 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 di 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”. Il laboratorio 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”. È dotato, inoltre, di apparecchiature per la caratterizzazione termo-fisica di materiali per l’accumulo termico, e di una sala calcolo dove sono presenti computer workstation impiegati per la gestione e il controllo degli impianti, per l’ottimizzazione real-time del funzionamento degli impianti, e per la simulazione numerica di sistemi di accumulo termico innovativi.
Impianto prova sistemi di accumulo termico a temperatura medio-bassa
L’impianto, 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, mentre, per quanto riguarda il circuito dell’utilizzatore, il componente principale 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, questa 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 misurate 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. All’uopo sono stati sviluppati due applicativi software, uno in ambiente Labview ed istallato sul controller, con il compito di comunicare con i moduli periferici, l’altro sviluppato in ambiente Matlab ed installato su una workstation client, utilizzato per l’analisi real-time dei dati sperimentali ed 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 controllati 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 di vario tipo.
Possibili applicazioni
L’impianto prova 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, per l’implementazione sperimentale di strategie di funzionamento ottimizzate per sistemi co-generativi con accumulo termico, e 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 di accumulo termico.
L’impianto 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 valori della temperatura ambiente nel range compreso 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.
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