Quando ci siamo proposti di costruire uno scaldacqua in grado di accogliere calore da qualsiasi fonte, dai collettori solari a una pompa di calore, o da entrambi contemporaneamente, la parte difficile non era l'accumulo in sé, ma ciò che accade al suo interno. Nell'agosto 2024 Solimpeks ha concluso un progetto TÜBİTAK 1707 R&D Order (n. 3225050), svolto in stretta collaborazione con Innorma R&D, la start-up di R&S di Solimpeks, per progettare e produrre bollitori plug-and-play che integrano più fonti di energia termica, per una maggiore efficienza e un'installazione più semplice.
Che cosa ha prodotto il progetto TÜBİTAK 1707?
Il progetto ha prodotto prototipi in quattro capacità, ciascuno progettato per un ruolo distinto:
| Capacità | Caratteristica progettuale principale | Ruolo principale | | --- | --- | --- | | 300 L | Formato compatto e di facile utilizzo | Applicazioni domestiche, preferito sul mercato europeo | | 500 L | Diffusore forato che guida verso il basso gli ingressi di acqua fredda | Funzione di accumulo inerziale (puffer), per stabilizzare le fluttuazioni di temperatura | | 800 L | Serpentini coassiali: DN40 esterno per l'ingresso di calore, DN16 interno per il flusso d'acqua | Maggiore efficienza di scambio termico senza un ingombro maggiore | | 1000 L | Serpentino inferiore a spirale più un deflettore a camino | Domanda su scala maggiore con erogazione più rapida di acqua calda |
Tutti e quattro i bollitori attingono a diversi apporti di calore, energia solare tramite un serpentino e pompa di calore tramite un altro, erogando acqua calda in modo costante. Il formato plug-and-play riduce al minimo i requisiti di installazione, rendendo le unità ideali per le riqualificazioni in abitazioni e piccole strutture. Risponde inoltre a obiettivi più ampi, compresi gli Obiettivi di sviluppo sostenibile delle Nazioni Unite: risparmio energetico, riduzione delle emissioni e potenziale di esportazione in Europa, Medio Oriente e Africa.
Come abbiamo progettato e testato i prototipi?
Il lavoro si è svolto in 24 mesi, articolato in pacchetti di lavoro strutturati. Siamo partiti dalle unità da 300 L e 1000 L, preparando disegni CAD conformi a TS EN 12897 e ASHRAE 118.2. Due innovazioni si sono distinte: il serpentino inferiore a spirale, che riduce al minimo il rimescolamento degli strati termici, e il deflettore a camino, che accelera la convezione naturale dell'acqua riscaldata e accorcia il tempo necessario per avere acqua calda utilizzabile. I serpentini sono stati realizzati in acciaio inox 316L flessibile e hanno superato controlli di saldatura, prove di tenuta per immersione e prove di pressione idrostatica a 8 bar. Per un funzionamento intelligente sono stati integrati vasi di espansione, circolatori, valvole di sfiato aria e una centralina Resol DeltaSol.
L'ottimizzazione ha combinato modellazione TRNSYS e algoritmi NSGA-II per definire la lunghezza dei serpentini, aumentando le temperature in uscita di 2–3 °C e riducendo i gradienti di temperatura interni di oltre 11 °C. A metà 2023 la prototipazione è stata estesa ai modelli da 500 L e 800 L; le simulazioni CFD hanno valutato la carica a 50–60 °C e i prelievi a 16–24 L/min e la validazione rispetto alle prove preliminari ha mostrato forti correlazioni, con lievi scostamenti nella fluidodinamica reale.
Nella fase finale, conclusa a metà 2024, le unità sono state testate in condizioni standardizzate (temperatura ambiente di 18–20 °C, acqua in ingresso a 13–15 °C), caricando l'acqua accumulata a 50 °C o 60 °C prima di scaricarla a portate diverse, con e senza una valvola miscelatrice che manteneva l'uscita a 40 °C. I dati di temperatura registrati dai controllori logici programmabili hanno corrisposto con precisione alle previsioni CFD.
Quali difficoltà abbiamo incontrato e che cosa ha ottenuto il progetto?
Le geometrie affinate dei serpentini hanno reso necessarie revisioni delle strutture di supporto e dei processi di saldatura per il tubo flessibile; i primi lotti hanno mostrato lievi perdite nelle prove a immersione finché non sono stati regolati i parametri di crimpatura. Con temperature impostate superiori a 55 °C la pompa di calore del banco di prova ha raggiunto il proprio limite di funzionamento ed è subentrata la resistenza elettrica integrativa (la soluzione di riserva che questi bollitori sono progettati per offrire), il che ha aggiunto ulteriori cicli di prova al calendario. Le opzioni di isolamento avanzato esulavano dall'ambito del progetto e avrebbero aggiunto solo guadagni di efficienza marginali.
I risultati hanno giustificato l'impegno. I serpentini coassiali del modello da 800 L hanno ottenuto un trasferimento di energia superiore del 20–30 %, con 300–500 litri di acqua a 40 °C per ciclo. Il diffusore da 500 L ha prolungato i tempi di scarica, rafforzando la sua funzione di accumulo inerziale. Complessivamente le rese hanno raggiunto 400–700 litri a portate elevate con la valvola miscelatrice, superando spesso le attese delle simulazioni in termini di prestazioni sostenute. Un momento decisivo è stato il confronto sui passi dei serpentini, culminato in un ibrido a crimpatura aperta che, dopo prototipi iterativi, ha bilanciato superficie di scambio e durata.
A chi sono destinati questi scaldacqua?
Ovunque ci sia una domanda termica costante e nessuna voglia di installazioni complesse: abitazioni, ospedali, hotel, residenze collettive e fabbriche. Anche le imprese di installazione e le società energetiche sono utenti chiave, attratte dalla crescente richiesta di sistemi che superino le apparecchiature più datate rispettando meglio utenti e ambiente. Con capacità da 300 a 1000 litri, la gamma spazia dalle riqualificazioni di piccoli appartamenti ai carichi commerciali più grandi.
Cosa succederà ora?
Questo progetto è uno degli 8 progetti sostenuti da TÜBİTAK che Solimpeks ha realizzato dal 2009 e rafforza la nostra posizione nell'accumulo di energia termica innovativo. Partendo da lavori precedenti, come le iniziative UE Horizon 2020 per la riqualificazione degli edifici e sviluppi finanziati da TÜBİTAK quali i sistemi ibridi PVT, stiamo esplorando ulteriori integrazioni, come la commutazione automatica delle fonti per un funzionamento ottimizzato. Siamo a disposizione per richieste di partnership o per un approfondimento dettagliato sulla tecnologia.
