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Studio di un impianto solare a concentrazione per un edificio residenziale con accumulo termico a PCM applicato a un ORC = Study of a concentrating solar plant for a residential building with PCM thermal storage applied to an ORC

Mariasilvia Zocco

Studio di un impianto solare a concentrazione per un edificio residenziale con accumulo termico a PCM applicato a un ORC = Study of a concentrating solar plant for a residential building with PCM thermal storage applied to an ORC.

Rel. Davide Papurello. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Energetica E Nucleare, 2021

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Abstract:

Il lavoro di questa tesi tratta della progettazione di un impianto per edificio residenziale, che provveda alla produzione integrata di energia termica ed elettrica. L’impianto sfrutta la concentrazione solare a media temperatura (80-250 °C) per immagazzinare energia termica in un accumulo con PCM. La presenza dell’accumulo permette l’utilizzo a intermittenza dell’energia termica per fornire, anche quando non è presente irradianza solare, energia sufficiente per il funzionamento del ciclo ORC. Nei primi capitoli vengono esposti i concetti teorici dei tre elementi che costituiscono l’impianto. Inizialmente si introduce l’uso dell’energia solare concentrata (Capitolo 1) descrivendo la radiazione solare incidente sulla Terra, le tecnologie di concentrazione solare e i fattori che influenzano il rendimento di un collettore solare. Si espongono, poi, le diverse tipologie di accumuli termici (Capitolo 2), i loro benefici e le loro limitazioni. Particolare attenzione viene posta all’accumulo termico tramite materiale a cambiamento di fase (PCM), ai materiali utilizzabili e alle tecnologie per migliorare lo scambio termico e ridurre le dispersioni di calore. Infine, vengono richiamati i principali concetti sul Ciclo Rankine a fluido Organico (Capitolo 3) e analizzati i vantaggi rispetto a un Ciclo Rankine tradizionale. Il Capitolo 4 riguarda la parte sperimentale su un concentratore solare a disco parabolico accoppiato ad un ricevitore ceramico. Tramite il software Comsol Multhiphysics si sono creati modelli previsionali per stimare il funzionamento del concentratore solare, confrontando i risultati ottenuti con quelli ricavati sperimentalmente su un CSP, posizionato sul tetto dell’Energy Center, a Torino. Un primo modello permette di simulare la traiettoria dei raggi sul concentratore attraverso il metodo Monte Carlo. Da qui è possibile ricavare la distribuzione del flusso incidente sul ricevitore e ricavare una media da inserire in un secondo modello che tiene conto delle dispersioni termiche dovute all’esposizione del sistema in atmosfera. Da questi valori è possibile identificare le prestazioni ottiche e termiche del concentratore che permettono di ricavare la produttività media stagionale sfruttando i dati forniti da una stazione meteorologica. L’ultimo capitolo riguarda la progettazione dell’impianto: si sono selezionati i materiali da utilizzare per avere alte prestazioni tecnico-economiche e dimensionati secondo le ipotesi fatte. Per il dimensionamento si è ipotizzata la quantità necessaria di acqua calda sanitaria in un condominio da 6 alloggi e si è supposto che tutta l’energia termica dovesse provenire dal condensatore del ciclo ORC. Da qui si è potuto scegliere il fluido circolante nell’impianto di produzione di energia e la potenza termica da fornire all’evaporatore, tramite un codice Matlab, collegato con la libreria CoolProp che permette di ricavare i valori termodinamici dei fluidi analizzati. L’energia viene fornita tramite un PCM proveniente da un accumulo termico, dimensionato opportunamente e alimentato dal concentratore solare.

Relatori: Davide Papurello
Anno accademico: 2020/21
Tipo di pubblicazione: Elettronica
Numero di pagine: 155
Soggetti:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Energetica E Nucleare
Classe di laurea: Nuovo ordinamento > Laurea magistrale > LM-30 - INGEGNERIA ENERGETICA E NUCLEARE
Aziende collaboratrici: NON SPECIFICATO
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/17443
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