Alcuni scienziati dell’Università di Bologna hanno sviluppato una nuova soluzione per il retrofit dell’acqua calda sanitaria utilizzando un sistema di pompa di calore aria-aria alimentato da fotovoltaico accoppiato a un serbatoio di acqua calda per immagazzinare l’energia termica.
Questo sistema, che dovrebbe sostituire le tradizionali caldaie elettriche, mira a disaccoppiare la produzione e la domanda di energia. Secondo gli accademici, la novità del loro approccio risiede nella creazione di due livelli di accumulo di energia termica, in modo da massimizzare lo sfruttamento delle potenzialità del sistema fotovoltaico.
«Un primo livello di accumulo è fornito da un grande serbatoio di acqua calda centralizzato, dotato di un sistema di controllo programmabile che utilizza i serbatoi come tampone e consente alla pompa di calore di funzionare in condizioni desiderabili”, hanno spiegato. “Il secondo livello di accumulo energetico è costituito da innovativi serbatoi decentralizzati, sottili e modulari, denominati e- TANK e dedicati alla produzione e allo stoccaggio di acqua calda sanitaria. Hanno una maggiore efficienza termica e forniscono una maggiore autonomia agli utenti grazie alle soluzioni di accumulo locale installate in ogni abitazione».
L’e-TANK è costituito da un serbatoio dell’acqua e da un modulo idronico progettato dallo specialista australiano Pink GmbH. Questi due componenti sono appesi al muro su un telaio in acciaio. Inoltre, il serbatoio è dotato di uno scambiatore di calore elicoidale interno collegato ad una rete di acqua calda a 2 tubi. Questa rete può essere utilizzata sia per caricare i serbatoi di accumulo di acqua calda sanitaria che per il riscaldamento dell’aria. Il sistema può funzionare a temperature elevate durante i tempi di ricarica durante il giorno. Inoltre, rispetto alle caldaie convenzionali, ha minori dispersioni termiche nella rete di canalizzazione e minori consumi delle pompe di circolazione.
Utilizzando il software TRNSYS, che simula il comportamento dei sistemi rinnovabili transitori, i ricercatori hanno simulato la configurazione del loro dispositivo in un edificio residenziale situato a Catania, supponendo che il dispositivo potesse essere alimentato da un sistema fotovoltaico da 13,5 kW costituito da 36 moduli monocristallini.
L’energia elettrica prodotta dal dispositivo fotovoltaico può essere utilizzata sia da un sistema reversibile aria-acqua, con una capacità termica di 26,0 kW e un coefficiente di prestazione di 3,10, sia immagazzinata su una batteria da 20 kWh. “La temperatura massima dell’acqua fornita dalla pompa di calore raggiunge i 65°C per una temperatura esterna compresa tra 5 e 19°C”, precisano gli accademici.
Quest’ultimo ha confrontato la prestazione energetica della soluzione di retrofit proposta con quella di un sistema esistente nell’edificio pilota e ha osservato che il sistema ha raggiunto una prestazione termica “desiderabile” sia per i processi di carica che di scarica.
“I risultati ottenuti con le simulazioni dinamiche indicano che il sistema e- TANK riduce il consumo energetico annuo per la produzione di acqua calda sanitaria di oltre 7.200 kWh rispetto al sistema attuale. È stato dimostrato che un tipico impianto centralizzato richiede circa 11 volte più energia elettrica per la pompa di circolazione rispetto all’e – TANK. »
Gli scienziati hanno anche osservato che, su un periodo di 20 anni, la nuova soluzione ha avuto un costo del ciclo di vita inferiore del 6,1% rispetto a quello delle caldaie convenzionali. “Inoltre, è emerso che l’applicazione del sistema PV-BESS proposto per la produzione di energia elettrica riduce l’energia primaria necessaria di 7,1 MWh/anno rispetto allo scenario in cui l’elettricità è fornita dalla rete”.
Il team ha presentato la nuova soluzione nell’articolo ” Analisi tecnico-economica di una nuova soluzione di retrofit per il sistema di acqua calda sanitaria: uno studio comparativo“, pubblicato su Energy Conversion and Management. “I risultati di questo studio per l’edificio pilota dovrebbero essere applicabili a una parte significativa del parco immobiliare europeo esistente”, concludono.
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