Impatti

Il progetto ha permesso di studiare una nuova tipologia di ventilconvettore che utilizza batterie di scambio termico in cui la convenzionale alettatura presente sul lato aria della batteria è sostituita, anche parzialmente, da schiume metalliche a celle aperte. Il nuovo ventilconvettore dispone inoltre di tecnologie IoT per facilitare la comunicazione con l’utente e con sistemi di supervisione presenti a livello di edificio (contabilizzatori di calore, BACS).

I test sperimentali condotti hanno permesso di arrivare alle seguenti conclusioni:

1)      è possibile utilizzare schiume metalliche in alluminio con porosità tra il 90 e il 96% e 10 PPI per realizzare batterie di scambio adatte per i fan-coil.

2)      Lo scambio termico è fortemente penalizzato dalla resistenza di contatto che si crea tra la schiuma e i tubi in caso di presenza di una limitata superficie di contatto tra tubo e parte solida della schiuma. L’accoppiamento tubo-schiuma è il punto da ottimizzare per utilizzare al meglio le schiume metalliche.

3)      Le prestazioni migliori si ottengono unendo la presenza di alette alla presenza della schiuma (soluzione ibrida)

4)      L’utilizzo di microcanali rettangolari in alluminio nelle batterie apre la strada all’utilizzazione dei processi di saldobrasatura sottovuoto per il fissaggio della schiuma sui tubi. Tale tecnica permette una notevole riduzione della resistenza termica di contatto e migliora notevolmente le prestazioni termiche della batteria

5)      La variazione del ciclo produttivo conseguente all’introduzione delle batterie a schiuma metallica dipende dalla tipologia di accoppiamento tubo-schiuma che si vuole realizzare. Se la batteria viene acquistata all’esterno (come attualmente accade in Galletti con le batterie alettate) allora la variazione del ciclo produttivo è pressoché nulla.

OR2

Il progetto ha permesso di studiare numericamente e sperimentalmente le prestazioni energetiche degli scambiatori di calore compatti. Gli studi si sono concentrati sull’analisi dell’effetto sui coefficienti di scambio termico e sulle perdite di carico della geometria interna della tubazione (microalettature e turbolatori) mediante una tecnica sperimentale per la determinazione dei coefficienti di scambio convettivi locali all’interno dei canali basata sull’uso combinato della termografia ad infrarossi e tecniche inverse. E’ quindi stata utilizzata la termografia ad infrarossi per studiare le prestazioni di heat pipes pulsanti. La presenza degli heat pipe in un recuperatore introduce la possibilità di modulare lo scambio termico tra le correnti d’aria variando l’inclinazione degli heat pipes.

L’impianto pilota costruito presso il laboratorio CIDEA permette di testare le prestazioni di recuperatori di calore aria-aria variando le condizioni delle due correnti d’aria in ingresso grazie a due camere climatiche. Una camera (4.095 m x 2.34 m x 2.6 m) permette di simulare la condizione dell’aria esterna in inverno (-20°C - 0°C). La seconda camera (4.02 m x 2.26 m x 2.6 m) simula invece le condizioni interne di un edificio permettendo di mantenere l’aria nel range di temperatura 20°C - 30°C. Le potenze frigorifere delle macchine a servizio delle camere sono state dimensionate per poter testare recuperatori di calore aria-aria in grado di trattare una portata massima d’aria pari a 500 m3/h.

ULTERIORI SVILUPPI

OR1

Le schiume metalliche possono essere utili per realizzare ventilconvettori più silenziosi e con rese statiche superiori a quelli attuali. Tuttavia, perché le schiume possano diventare competitive rispetto alle alettature tradizionali occorre prima di tutto che i prezzi di tali materiali scendano del 50-70% rispetto ai prezzi attuali.

Nei prossimi mesi la collaborazione tra GALLETTI e CIRI EC verrà rafforzata tramite la firma di una specifica Convenzione di Ricerca avente per oggetto l’ottimizzazione dell’accoppiamento schiuma-tubi nelle batterie dei ventilconvettori. In particolare, si è deciso di proseguire l’indagine delle configurazioni più promettenti emerse durante i test condotti nel progetto NANOFANCOIL:

• Soluzione ibrida (schiuma + alette)
• Soluzione con saldobrasatura sottovuoto abbinata all’adozione di microcanali rettangolari in alluminio

Verrà anche valutato se l’uso della schiuma metallica può portare vantaggi apprezzabili in termini di resa statica del ventilconvettore nell’ipotesi in cui si decida di utilizzare il pannello frontale del ventilconvettore come superficie radiante. L’obiettivo di arrivare a definire le caratteristiche di un nuovo ventilconvettore da introdurre nel catalogo GALLETTI nei prossimi mesi è molto prossimo.  

OR2

Il progetto ha visto la realizzazione presso CIDEA di un impianto pilota per prove sperimentali sui recuperatori di calore aria-aria. Tale impianto è unico in Italia ed estremamente utile per la messa a punto di innovativi recuperatori e/o per ottimizzare procedure atte a limitare i fenomeni di brinamento nelle batterie di scambio durante la stagione invernale.

Le caratteristiche dell’impianto si sposano perfettamente con le esigenze specifiche di CETRA, impresa facente parte del gruppo GALLETTI (partner industriale), che ha già commissionato a CIDEA una serie di prove sui propri recuperatori a flussi incrociati e in controcorrente. La collaborazione tra CIDEA e CETRA continuerà dunque dopo la fine del progetto. L’uso degli heat pipes nei recuperatori e le tecniche per evitare i fenomeni di brinamento saranno i temi studiati nel prossimo futuro.  

OBIETTIVI E RISULTATI CHE IL PROGETTO NON E’ RIUSCITO A REALIZZARE

OR1

Anche se il numero di modelli di batterie a schiuma metallica che è stato realizzato e testato nell’ambito del progetto NANOFANCOIL è stato significativo, non si è riusciti ad arrivare entro la scadenza del progetto a definire il limite superiore in termini di efficienza di scambio termico raggiungibile con le batterie a schiuma. Molte tipologie di accoppiamento tubo-schiuma restano infatti ancora da sottoporre a prova sperimentale. Per il laboratorio CIRI EC e per i partner industriali (REIA e GALLETTI) il progetto NANOFANCOIL ha rappresentato la prima occasione per lavorare con le schiume metalliche a cella aperta. I primi mesi del progetto sono dunque serviti per prendere confidenza con questo materiale innovativo e i primi test sulle perdite di carico hanno mostrato come, anche nella letteratura scientifica, la modellazione di tali materiali non sia univoca. Per ottenere risultati accurati in termini di perdite di carico e scambio termico è stato costruito un circuito di prova che ha richiesto successive modifiche e miglioramenti. Solo al termine del primo anno del progetto si è stati in grado di generare dati sperimentali attendibili ed accurati. Ciò ha determinato un ritardo nella selezione delle schiume per la costruzione delle prime batterie da inserire nel ventilconvettore-prototipo e, di conseguenza, una contrazione del tempo disponibile per i test sul prototipo. Non sarebbe comunque stato possibile in un progetto di due anni testare tutte le possibilità di accoppiamento tubo-schiuma per cui si ritiene che le indicazioni del progetto, seppur parziali, abbiano comunque il pregio di aver indicato le linee di sviluppo più promettenti.

OR2

Il Laboratorio CIDEA non disponeva di un impianto pilota per prove sperimentali sui recuperatori di calore aria-aria né sono presenti impianti di questo tipo in Regione Emilia-Romagna. Nel progetto si era indicato che alla costruzione dell’impianto pilota sarebbero seguiti test specifici su modelli differenti di recuperatori. Questa parte dell’indagine è stata ridotta per effetto della durata della fase di progettazione, costruzione e taratura e collaudo dell’impianto pilota. Solo nelle ultime settimane di progetto l’impianto pilota è diventato operativo e ciò ha limitato i test sperimentali effettuati.