Analisi CFD di un sistema di accumulo termico latente (PCMs) per integrazione con pompa di calore aria-acqua = CFD analysis of a latent thermal storage system (PCMs) for integration with an air-water heat pump

La crescente richiesta di energia e la contemporanea necessità di ridurre l’utilizzo delle risorse fossili ha accelerato l’integrazione delle fonti energetiche rinnovabili. Tuttavia, la discontinuità dell’energia prodotta da fonti rinnovabili e la variazione della domanda energetica giornaliera rende necessario lo sviluppo di tecnologie efficienti e sostenibili per l’accumulo energetico. In tale contesto, l’uso di tecnologie per l’accumulo di energia termica (Thermal Energy Storage- TES) sta ricevendo sempre più attenzione, poiché si ritiene che siano una delle più promettenti soluzioni per correggere la discrepanza tra l’energia fornita da fonti rinnovabili e quella richiesta dagli utenti. Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato in collaborazione con i-TES, una startup che si occupa dello sviluppo di nuove soluzioni per lo stoccaggio termico mediante l’utilizzo di materiali a cambiamento di fase. L’obiettivo della tesi è la realizzazione di un modello numerico in grado di simulare la fase di scarica di serbatoio per accumulo termico tramite materiale a cambiamento di fase (PCM) da integrare ad un pompa di calore aria-acqua. In questi sistemi il materiale di accumulo rilascia o assorbe calore latente, in condizioni isoterme, durate il passaggio di stato. Definita la geometria, lo studio è stato condotto per mezzo di un modello computazione fluidodinamico a elementi finiti utilizzando il software per l’analisi e la simulazione COMSOL Multhiphysics®. Il modello numerico sviluppato è stato infine sottoposto ad una procedura di validazione sperimentale. A tal fine, è stato costruito e testato presso i laboratori di i-TES un prototipo del sistema di accumulo. Sulla base dei risultati ottenuti, è possibile affermare che il modello numerico sviluppato è in grado di simulare in maniera adeguata i fenomeni di scambio termico coinvolti. In particolare, riferendosi ai dati sperimentali raccolti nel mese di marzo il valore di temperatura media in uscita dal serbatoio di accumulo ha uno scostamento massimo tra i valori CFD e valori sperimentali di 1.15 °C. In conclusione, è possibile affermare che il modello numerico sviluppato è in grado di simulare in maniera adeguata il processo di scarica del PCM costituendo un valido strumento di supporto per la progettazione del sistema di accumulo in questione.