Come visto nel paragrafo precedente c’è buona concordanza tra le temperature osservate nel CaRM e quelle fornite dal COMSOL per quel che riguarda una sonda libera. Il passo successivo è quindi quello di andare a confrontare i risultati forniti dai due software per un campo sonde più articolato, per vedere gli eventuali effetti dell’interferenza tra le sonde sui valori forniti dai due software. A questo proposito si è scelto di analizzare un campo di 16 sonde di 100 metri di profondità con interasse di 7 metri.
Per la simulazione in CaRM si fa sempre riferimento a una portata di massa nel campo sonde di ̇ e ai dati riportati in Tabella 6.1, utilizzando ancora come profilo annuale della temperatura d’ingresso dell’acqua nelle sonde il profilo costituito da 6 mesi a 5°C e 6 mesi a 25°C. Per quanto riguarda il COMSOL si utilizza una geometria bidimensionale caratterizzata da due tipologie di dominio:
- I domini “sgv” hanno le stesse caratteristiche del dominio “sgv” presentato nel §Paragrafo 6.3 e sono disposti a matrice con interasse di 7 m tra due sonde adiacenti.
- Il dominio “terreno” è costituito dall’unione delle sezioni anulari circostanti ciascuna sonda e come raggio esterno ha la distanza tra il centro del campo sonde e l’asse della sonda più esterna aumentato di 10 m. Per snellire la geometria però si è ridotto il numero di regioni anulari attorno alla sonda (si è optato per le regioni di raggio Rm= 0.414 m, 1.321, 3.576, 9.190). Inoltre per ridurre i tempi di simulazione nonché la RAM necessaria, è stata sfruttata la simmetria cilindrica del campo sonde analizzato e, quindi, è stato preso in esame solo un quarto del dominio (Figura 6.11).
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Figura 6.11 Sfruttando la simmetria cilindrica del campo di 16 sonde, è stato possibile porre sotto analisi solo un quarto del campo totale
Come nel caso della sonda libera anche in questa analisi di un campo di 16 sonde, in input al CaRM viene assegnato il profilo della temperatura dell’acqua di mandata alla sonda geotermica. Tra i valori di output, il CaRM fornisce i valori orari del flusso termico scambiato dalla sonda con il terreno (tali valori si trovano nel file di output “temp_pdc2U”) e i valori della temperatura, media rispetto alla lunghezza della sonda, sul bordo sonda e alle varie distanze Rm dall’asse di ciascuna tipologia di sonde: infatti in un campo di 16 sonde ci saranno 4 sonde di tipo 4, 8 sonde di tipo 3 e 4 sonde di tipo 2A (file di output “tempter4_2U”, “tempter3_2U” e “tempter2a_2U” rispettivamente). Al COMSOL viene quindi assegnato il flusso termico ricavato col CaRM sul contorno costituito dalla traccia bidimensionale dei tubi e dopo aver eseguito la simulazione (in Figura 6.12 è riportata la soluzione fornita dal COMSOL in corrispondenza all’ultimo istante di indagine), si procederà confrontando tra loro le temperature sul bordo sonda e alle varie distanze Rm per ciascuna delle tre tipologie di sonde ricavate rispettivamente col CaRM e con il COMSOL.
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Figura 6.12 Campo di 16 sonde: soluzione fornita dal COMSOL in corrispondenza all’ultimo istante di indagine
Nelle Figure 6.13, 6.14 e 6.15 sono riportati gli andamenti delle temperature terreno a distanza Rm=1.321 m dagli assi rispettivamente della sonda di tipo 2A, 3 e 4, ottenuti attraverso i due software.
Figura 6.13 Confronto tra gli andamenti delle temperature del terreno a distanza Rm=1.321 m dall’asse della sonda di tipo 2A ricavate rispettivamente con il CaRM e con il COMSOL
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Figura 6.14 Confronto tra gli andamenti delle temperature del terreno a distanza Rm=1.321 m dall’asse della sonda di tipo 3 ricavate rispettivamente con il CaRM e con il COMSOL
Figura 6.15 Confronto tra gli andamenti delle temperature del terreno a distanza Rm=1.321 m dall’asse della sonda di tipo 4 ricavate rispettivamente con il CaRM e con il COMSOL
Dalle figure precedenti, si può notare come anche per il campo di 16 sonde i due software diano risultati identici. In particolare, facendo riferimento, per esempio alla sonda di tipo 3, dalla Figura 6.16 si vede come | | .
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Figura 6.16 Differenza tra per le temperature del terreno a distanza Rm=1.321 m dall’asse della sonda di tipo 3
Dai confronti eseguiti sia per il caso di sonda libera sia per il caso del campo di 16 sonde, si è riscontrata una concordanza tra i risultati ottenuti con il CaRM e con il software commerciale COMSOL. Di conseguenza il software CaRM può essere ritenuto affidabile così come possono essere ritenuti affidabili i risultati illustrati nel §Paragrafo 5.2.
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7) UTILIZZO DELLE SONDE GEOTERMICHE VERTICALI A
DOPPIO TUBO AD U PER IMMAGAZZINARE CALORE
RESIDUO NEL TERRENO
Nel seguente capitolo, e in tutta la seconda parte di questo elaborato, verranno eseguite delle analisi riguardo lo stoccaggio al terreno di calore residuo, proveniente per esempio da impianti di cogenerazione, centrali a biomasse o processi industriali, per mezzo di sonde geotermiche verticali con doppio tubo ad U. Si lavorerà, quindi, in termini di flusso termico scambiato tra il campo sonde e il terreno. L’idea è quella di immagazzinare al terreno il calore residuo durante i periodi in cui l’utenza non ha esigenze di riscaldamento per poi fornirlo quando richiesto. Quello che si realizza è, in pratica, un accumulo stagionale di calore. Inizialmente il modus operandi verrà descritto nel dettaglio facendo riferimento al profilo di richiesta di energia termica in riscaldamento di un generico edificio (profilo di prova). Sulla base della modalità operativa analizzata, si farà, poi, riferimento ai profili di richiesta di energia termica in riscaldamento di 4 tipologie di edifici (edifici con o senza isolamento termico e con funzionamento discontinuo o continuo dell’impianto di riscaldamento) e al profilo combinato che può essere assunto come caratteristico di una generica area urbana.