Ottimizzazione con impianto acceso

meglio riferirsi ai consumi specifici per unità di volume. Essi sono superiori per volumi piccoli, di conseguenza come per il pre-raffreddamento, conviene avere celle grandi. Importante considerare che sia in questo caso, sia nel primo preraffreddamento, il rapporto tra i consumi per unità di volume è circa la metà nella cella grande rispetto a quella sperimentale. Le stesse considerazioni valgono per la potenza specifica.

Terminata la fase di conservazione si eseguirà un nuovo pre-raffreddamento per creare nella roccia le condizioni prestabilite, sulla quale si possono fare svariate considerazioni.

5.3 Ottimizzazione pre-raffreddamento

Nel capitolo precedente si era ipotizzato un periodo di mantenimento medio di sette mesi, il quale prevedeva lo scarico della cella in maggio. Ma le dodici celle non verranno svuotate contemporaneamente. Le mele si preleveranno in un periodo che va dai primi di febbraio alla fine di agosto. Quindi si rende necessario fare una valutazione più approfondita sulla gestione delle stesse. La prima modalità di gestione analizzata prevede di conservare la temperatura di mantenimento (1,2 °C) in cella costante, anche se priva di frutta, ed eventualmente abbassare la temperatura negli ultimi giorni in funzione della data di carico.

Nella seconda opzione ci si è interrogati sulla possibilità di spegnare l’ impianto dopo lo svuotamento e valutare quanto in anticipo bisognerà iniziare il pre-raffreddamento già alla temperatura media di -3°C. Delle due verrà scelta solo la modalità più proficua.

Per eseguire una comparazione attendibile è stato scelto un obbiettivo comune: ottenere un profilo di temperatura nella roccia uguale a quello che si ottiene dopo il primo pre-raffreddamento in modo da effettuare il carico in condizioni ottimali.

5.3.1 Ottimizzazione con impianto acceso

Questa modalità prevede, una volta scaricata la cella, di far restare l’ impianto acceso per mantenere una temperatura dell’ aria in cella di 1,2 °C costanti. Il carico sarà quindi inferiore, in quanto non ho più i 16,5 kW emessi dalle mele. Resteranno in ogni caso i 15-30 kW assorbiti dalla roccia a seconda degli anni trascorsi. Questo per mantenere basse le temperature nella roccia e abbassare la temperatura dell’ aria in cella a -3°C, per ottenere il profilo desiderato, il più tardi possibile. Se i tempi saranno troppo stetti, in casi straordinari, si valuterà la temperatura adeguata in funzione del tempo (prima era il viceversa). La quale sarà ulteriormente inferiore. Nella simulazione si andrà a modificare la condizione al contorno che definisce la temperatura dell’ aria che raffredda la roccia sempre più vicino al momento di carico finché si arriva al tempo limite. Quello oltre il quale non si riesce più ad ottenere il profilo obbiettivo con i -3 °C canonici. Oltre sarà necessario trovare la temperatura propizia. Nei due grafici sotto si vede come cambia il flusso termico scambiato (Fig. 5.7) e la temperatura nella roccia al variare della temperatura dell’ aria di raffreddamento (Fig. 5.8). In particolar modo abbassando la stessa gli ultimi venti giorni, che come vedremo, sarà il tempo limite se non ci si vuole abbassare sotto i -3 °C. L’ arco di tempo simulato sono gli ultimi tre mesi.

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Fig. 5.7- Flusso termico inizio pre-raffrescamento

Fig. 5.8- Temperature roccia inizio pre-raffrescamento

Dal grafico del flusso termico scambiato si nota che inizialmente la potenza media persa è di circa 17 kW, come quella che si ottiene dopo circa vent’ anni di raffreddamento perché facendo partire la simulazione da una condizione di equilibrio termico della roccia non ho inerzia nella stessa. E’ inoltre un po’ inferiore, tale flusso, ma di fatti le temperature nel secondo grafico aumentano leggermente. Mentre nel momento in cui abbasso la temperatura dell’ aria si nota un repentino aumento di scambio termico, con altrettanto rapido abbassamento della temperatura nella roccia. In questa fase la potenza media assorbita dalla montagna è di 56 kW, in accordo con i valori trovati fin’ ora. Si ricorda che la potenza persa a tale temperatura nel primo pre-raffreddamento era di 50 kW, i 6 kW che avanzano sono relativi al calore stesso della roccia. Le sonde di temperatura rilevano i valori: superficialmente, a 1 m e a 2 m di profondità; oltre non si monitorizzano in quanto nel carico non

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vengono interessate. Di seguito verrà riportato il profilo di temperatura nella roccia: nell’ istante iniziale, al giorno in cui si varia la condizione al contorno del dominio e quella finale del periodo (Fig. 5.9 e Fig. 5.10).

Fig. 5.9- Profilo di temperatura ottimizzazione pre-raffrescamento

Fig. 5.10- Temperatura sezione delle celle fine pre-raffreddamento

Per comprendere appieno il fenomeno sono stati fatti numerosi tentativi. Di seguito verrà riportata una tabella riassuntiva (Tab. 5.5) contenente quelli più importanti (quella completa si trova in appendice D).

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Tabella 5.5- Temperature di pre-raffreddamento in funzione del tempo Pre-raffr. T pre-raffr. T sup T a x=1 T a x=2 P media P media tot

gg °C °C °C °C W/m kW T obbiettivo -2,18 0,335 2,7 20 -3 -2,18 0,31 2,36 2324 55,78 15 -3,5 -2,52 0,34 2,55 2753 66,07 10 -4 -2,83 0,50 2,77 3267 78,41 5 -5 -3,27 1,15 2,28 4603 110,47

Nella prima colonna sono riportati i giorni prima del carico cui si rende necessario abbassare la temperatura dell’ aria. La prima riga contiene le temperature obbiettivo, per un miglior confronto. Fino a circa 15 giorni prima del riempimento della cella frigo riesco ad ottenere il profilo desiderato, in quanto in questo lasso di tempo assorbo calore in profondità nella roccia fino a circa 3 m, senza abbassare troppo la temperatura di raffreddamento. Se ho a disposizione meno di una decina di giorni non si ha il tempo materiale per abbassare la temperatura fino alla profondità desiderata senza far scendere eccessivamente la stessa sulla superficie. Ma nonostante questo il freddo stoccato ad un’ esigua profondità può fornire al carico un’ energia paragonabile a quella che si avrebbe col profilo obbiettivo. Dove non si riescono ad ottenere le temperature volute si verifica mediante simulazione dedicata se si riesce ad ottenere comunque l’ energia desiderata (Cap. 5.4.2.2). A livello teorico sarebbe anche meglio raffreddare gli ultimi giorni ad una temperatura molto bassa in modo da concentrare tutto il freddo entro la profondità utile ed avere anche meno perdite, ma si avrebbero in gioco potenze troppo elevate e l’ impianto frigo dovrebbe essere predisposto al raggiungimento delle stesse. Inoltre si deve sempre tener conto che il flusso si divide sempre tra cella e montagna quando ho il punto di minor temperatura ad una certa profondità, quindi se ho una fascia di roccia intorno alla galleria stretta essa dovrà essere molto fredda.

Per una maggior chiarezza si riporta un grafico in cui si evidenzia come aumenta la potenza media all’ abbassarsi della temperatura dell’ aria desiderata (Fig. 5.11).