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High-capacity and high-performance Thermal energy storage Capsule for low-carbon and energy efficient heating and cooling systems

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La capsula di materiale a cambiamento di fase fornisce un maggiore stoccaggio dell’energia termica

Un progetto finanziato dall’UE ha sviluppato una valida soluzione di macro-incapsulamento che agisce con materiali a cambiamento di fase (phase change material, PCM) per fornire un accumulo latente di energia termica nei sistemi di riscaldamento e raffreddamento.

Tecnologie industriali
Energia

Il riscaldamento e il raffreddamento incidono per il 50 % sul consumo annuo di energia dell’UE e rappresentano quindi il settore con il maggior potenziale di risparmio energetico in Europa, pur dovendo urgentemente diventare più sostenibile. Una soluzione è l’uso di PCM in grado immagazzinare e rilasciare grandi quantità di energia termica per fornire riscaldamento o raffreddamento. Nel corso degli ultimi decenni, gli scienziati hanno cercato un metodo efficace per trasferire i PCM in una forma più intuitiva. Tuttavia, le soluzioni di micro e macro-incapsulamento esistenti per lo stoccaggio di PCM si sono finora dimostrate tecnicamente, industrialmente ed economicamente inadatte.

Più piccolo, ma più efficiente

Il progetto Hi-ThermCap, finanziato dall’UE, ha colto questa sfida, sviluppando una capsula di stoccaggio dell’energia termica ad alta capacità e ad alte prestazioni per sistemi di riscaldamento e raffreddamento a basse emissioni di carbonio e ad alta efficienza energetica. «I PCM consentono di stoccare grandi quantità di energia in volumi relativamente piccoli, con il risultato che i costi dei supporti di stoccaggio sono tra i più bassi di qualsiasi altro concetto di stoccaggio», afferma Gerrit Sonnenrein, coordinatore del progetto e responsabile dell’innovazione della PMI tedesca ESDA Technologie GmbH. L’energia termica può anche essere conservata ed emessa esattamente alla temperatura alla quale i convertitori di energia a monte lavorano in modo più efficiente e i sistemi collegati risultano ottimizzati. «Inoltre, i tempi di funzionamento dei convertitori di energia possono essere ritardati o prolungati, aumentando così l’efficienza del sistema e riducendo le dimensioni dei convertitori di energia», ha spiegato Sonnenrein. I ricercatori hanno sviluppato HeatSel®, una capsula a forma di lente, delle dimensioni di una piastra, riempita di PCM, per l’uso come mezzo di trasferimento del calore in sistemi acquosi. Secondo Sonnenrein: «HeatSel® rappresenta un importante passo avanti aumentando fino a tre o quattro volte la capacità di stoccaggio del calore e del freddo. È anche il primo prodotto di macro-incapsulamento di PCM a ricevere il RAL Quality Mark PCM, il marchio di altissima qualità mondiale per la produzione di PCM».

Ampiamente usato

Il calore latente è legato alle variazioni di fase tra liquidi, gas e solidi. Il calore sensibile, tuttavia, riguarda le variazioni di temperatura di un fluido senza variazione di fase. I sistemi di stoccaggio latente possono quindi raggiungere un’integrazione sensata in sistemi complessi come le apparecchiature edilizie soltanto se non solo la loro capacità, ma anche le potenze di scarica e di carica possono essere controllate in una vasta gamma, e in un intervallo di temperatura che sia definito quanto più precisamente possibile. Pertanto, Heatsel® è circondato dall’acqua, che funge da mezzo di trasporto del calore per ottimizzare il trasferimento di calore dal vettore termico al PCM e consentire così una soluzione di facile utilizzo ad alte prestazioni, ad alta capacità ma efficiente in termini di costi, che può essere facilmente integrata anche in sistemi di raffreddamento e riscaldamento esistenti. I vantaggi includono un aumento dell’efficienza complessiva e una migliore affidabilità, che porta a una riduzione degli investimenti e dei costi di gestione, e un minore inquinamento dell’ambiente grazie alla riduzione delle emissioni di CO2. Heatsel® si rivolge al mercato del riscaldamento e del raffreddamento ad alto volume negli edifici residenziali in Europa e un mercato secondario è quello del processo industriale/raffreddamento a caldo. ESDA prevede un grande impatto per HeatSel® in combinazione con i sistemi solari termici e a pompa di calore, con un fatturato cumulato di 33,7 milioni di euro entro il 2023. «I suoi punti di forza unici includono l’applicabilità universale con un’ampia gamma di scambiatori di calore, l’elevata efficienza energetica attraverso il riutilizzo dell’energia di scarto e l’incremento delle energie rinnovabili, come la tecnologia solare termica», riferisce Sonnenrein.

Parole chiave

Hi-ThermCap, PCM, stoccaggio, raffreddamento, riscaldamento, energia termica, Heatsel®, macro-incapsulamento, materiale a cambiamento di fase, convertitore di energia, RAL Quality Mark PCM

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