Dentro l'accumulo: quota del ritorno e frecce velocità
Il bilancio energetico dice quanta energia c'è in un accumulo. Non dice come è disposta, né quanta se ne può ancora prelevare alla temperatura che serve.
Per rispondere a questa domanda ho sviluppato dieci simulatori fluidodinamici (CFD) per puffer, separatori idraulici, bollitori sanitari, produttori istantanei e accumuli a cambiamento di fase. Calcolano il campo di temperatura e di velocità dentro il recipiente, mentre cambiano portate, potenze e regolazione.
In questo articolo raccolgo tre casi che mostrano perché la disposizione dell'energia conta quanto la sua quantità, e il confronto del campo calcolato con le misure di laboratorio.
1. Dove metto il ritorno al generatore?
Stessa pompa di calore da 15 kW, salto termico 10 K, mandata massima 60 °C, stesso serbatoio da 424 l partito da 20 °C, termostato a 50 °C a metà altezza. Cambia solo la quota del ritorno al generatore.
Con il ritorno a metà altezza, sotto il ritorno l'acqua resta a 20 °C: il termostato ferma la macchina dopo 42 minuti, con 9,6 kWh accumulati.
Con il ritorno a 150 mm dal fondo lavora quasi tutto il volume: 62 minuti, 14,9 kWh. Stessa macchina, stesso termostato, stesso serbatoio: il 56 % di energia in più.
Le frecce mostrano dove va l'acqua; i colori sono quelli di «Evidenzia moti», che distribuisce la scala secondo la quantità d'acqua a ciascuna temperatura e rende visibili anche differenze di pochi gradi. La quota di un attacco non è un dettaglio di disegno: decide quanto volume lavora.
2. Le frecce: dove va l'acqua
Il colore dice la temperatura. Le frecce dicono dove va l'acqua.
L'inerziale a 4 attacchi è la stessa configurazione di un separatore idraulico, a taglia diversa: con un corpo piccolo disaccoppia le pompe, ingrandendolo disaccoppia anche nel tempo. Nell'immagine, un separatore da 126 l: nel corpo si formano ricircoli fra lo strato caldo e quello freddo.
3. Quanto deve essere grande il serpentino?
Stesso bollitore Ø700 × 1500 mm, stessa pompa di calore da 10 kW con mandata fino a 65 °C, sonda a metà altezza con set point 50 °C, acqua di partenza a 22 °C. Cambia solo la superficie del serpentino.
Con 0,1 m²/kW, cioè 1 m² per 10 kW, il serpentino non riesce a cedere la potenza della macchina: la mandata sale fino al massimo di 65 °C dopo circa 78 minuti, la pompa di calore modula e il serpentino cede solo 7,2 kW. La macchina lavora al limite, con rischio di blocco.
Con 0,5 m²/kW, cioè 5 m² per 10 kW, la mandata resta lontana dal massimo, il set point è raggiunto in 109 minuti e la pompa di calore si ferma per termostato, con 17,9 kWh accumulati.
Con la pompa di calore la superficie del serpentino decide a che temperatura lavora la macchina, e quindi se e quando il bollitore arriva in temperatura.
4. Il campo calcolato contro le misure
Il modello è confrontato con le prove di laboratorio di EURAC Research su un accumulo da 2 m³ con bocche DN50: temperature alle sonde a 1,35, 0,88 e 0,41 m di quota, linea continua la misura, tratteggio la simulazione.
Nella scarica a 0,42 kg/s da 70 °C, con un salto termico di 40 K, il fronte freddo calcolato arriva alle tre sonde entro 1 minuto dalla misura. Nella carica a 0,14 kg/s con mandata a 70 °C su acqua a 30 °C, il fronte caldo calcolato passa alle sonde entro 4 minuti dalla misura, su un tempo di pistone di quasi 4 ore. Nelle altre scariche, a 0,28 e 0,42 kg/s da 55 e 83 °C, il fronte calcolato arriva alle sonde entro 1–2,5 minuti dalla misura.
Dati: EURAC Research, KOOLTANK 2000 (Mendeley Data 10.17632/t2vr872rjv.2), licenza CC BY 4.0.
I risultati si leggono come confronto fra configurazioni: regimi, ordini di grandezza e differenze fra soluzioni, non decimali.
Dal 12 ottobre in abbonamento
Da lunedì 12 ottobre i dieci simulatori saranno disponibili in abbonamento, dal browser, con il calcolo sul server, stampa A3, relazione tecnica ed esportazione CSV. Le condizioni di lancio saranno pubblicate quel giorno.
Nel frattempo due simulatori si possono provare gratuitamente: Prova i simulatori CFD.
Fonti dei numeri: simulazioni con i fogli Produttore istantaneo ACS, Bollitore ACS con pompa di calore e Inerziale a 4 attacchi, versione di ottobre 2026; misure di laboratorio EURAC Research (Mendeley Data 10.17632/t2vr872rjv.2, CC BY 4.0).
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