Experimental and theoretical investigations on solar heating and ground source heat pump systems

Settore scelto: Transizione energetica

Descrizione tesi

Poiché uno dei principali obiettivi di questo decennio è quello di limitare il riscaldamento globale e tutte le emissioni legate alle attività umane, la generazione di energia attraverso fonti energetiche rinnovabili (FER) gioca un ruolo cruciale nella transizione energetica in atto e nella creazione di un mondo sostenibile. . È inoltre noto che il cambiamento climatico è una grande minaccia per il futuro e che diversi settori devono ridurre rapidamente il loro impatto attraverso la riduzione di gas serra. Tenendo conto del fatto che la crescita della popolazione mondiale sta portando a una maggiore domanda di energia e che gli alti livelli di consumo di combustibili fossili impediscono ancora ai vari paesi di raggiungere gli accordi internazionali per la riduzione delle emissioni, è necessario un rapido cambiamento e una riorganizzazione del settore energetico. La domanda di consumo di energia elettrica è in costante aumento e il settore residenziale ne rappresenta chiaramente una parte rilevante. È necessario che le fonti di energia rinnovabile aumentino il loro contributo per la produzione di calore ed elettricità nei prossimi anni, al fine di ridurre l’uso di combustibili fossili e le relative emissioni. Il consumo totale di energia è oggi richiesto soprattutto per i trasporti, le industrie e le attività residenziali. I settori in cui è necessaria un’azione diretta per ridurre l’impatto sull’ambiente sono molteplici e concentrarsi su quello residenziale puo’ sicuramente portare a miglioramenti significativi. Riguardo la produzione di acqua calda sanitaria e il riscaldamento degli ambienti nel settore residenziale, l’utilizzo di pompe di calore combinate a collettori solari può chiaramente contribuire alla generazione di energia pulita nel settore residenziale, portando a minori emissioni e riducendo così l’impatto sull’ambiente. Oggetto di studio di questa tesi e’ un sistema energetico realizzato con una pompa di calore a sonde geotermiche orizzontali combinata con collettori solari presente presso il dipartimento di Ingegneria civile e meccanica del politecnico di Ingegneria di Copenaghen, dove ho avuto l’onore di poter svolgere un semestre al fine di svolgere la mia tesi. Lo scopo di questo lavoro è l’analisi delle proprietà del fluido presente nelle sonde e delle condizioni di funzionamento tipiche in diversi periodi dell’anno di questo sistema pompa di calore – collettori solari. Inoltre, è svolta un’indagine sperimentale sullo scambio di calore tra il terreno e la sonda geotermica, utilizzando un campione di suolo. Diversi parametri, come l’heat exchange capacity rate e la resistenza di contatto tra tubo e suolo sono stati analizzati con diversi esperimenti al fine di ottenere una comprensione più approfondita dello scambio di calore in diverse condizioni operative. Inoltre, un modello del sistema pompa di calore – collettori solari è statop realizzato con il software TRNSYS e diversi parametri, come la resistenza termica e le proprietà del fluido, sono stati implementati nel modello tenendo conto dei risultati sulle analisi fatte e delle indagini sperimentali sul campione di suolo. Lo studio di questo sistema energetico ha quindi fornito informazioni utili inerenti allo scambio termico, e ulteriori analisi potranno portare ad un dimensionamento ottimizzato di simili sistemi energetici, tenendo in considerazione i miei risultati ottenuti. La mia decisione di svolgere la tesi su questo argomento deriva dal fatto che l’utilizzo delle pompe di calore a livello europeo ma anche mondiale e’ destinato solo che ad aumentare in futuro, e un corretto ed efficiente dimensionamento sicuramente porterebbe a migliori prestazioni tecniche (minor consumo elettrico del compressore ad esempio nella pompa di calore) e ad un maggior risparmio economico, rispetto a sistemi basati sui combustibili fossili (boiler).

Progetto di Callegari Edoardo