Modello a parametri concentrati di un sistema di pannelli solari termici ad aria per la produzione di acqua calda : validazione con casi sperimentali e simulazione di un caso applicativo

The goals of this work are the development and the validation of a numerical model, by means of comparison to experimental data, to simulate the behavior of a non-conventional solar collector prototype, built in Milan. It is made up of recycle materials, in order to attain a low-cost hot-water heating, suitable for developing countries. This panel features an air chamber properly insulated, in which a car radiator is installed and where heat exchange takes place. First of all, nodalization has been defined by division of the panel and the hydraulic circuit into finite vol- umes, getting geometry and numerical domain. Then, confrontation between simulations outcomes and data from three experimental cases has accomplished model validation. Eventually, the consumption of hot water has been evaluated considering two kind of usage, in order to assess the biggest flow rate of water at appropriate temperature that this device can provide. These simulations suggest that the prototype is able to supply daily an amount of hot water enough for 24 showers or 12 laundry machine washes.

Gli obiettivi di questo lavoro sono quelli di sviluppare e di validare, mediante confronti con dati sperimentali, un modello numerico in grado di simulare il comportamento di un pannello solare termico non convenzionale realizzato a livello prototipale e messo in funzione nella zona di Milano. Il pannello è realizzato con materiali di riciclo ed è costituito da una camera d’aria al cui interno è presente un radiatore per auto, attraverso il quale avviene il trasferimento di energia al circuito idraulico. Dapprima è stata definita la nodalizzazione con volumi finiti del pannello e del circuito idraulico, creando la geometria e il dominio numerico. Il modello numerico è stato quindi verificato e tarato su tre casi sperimentali, rappresentativi del sito milanese che ospita il prototipo. Infine il modello è stato impiegato per quantificare le prestazioni massime che un’unità di questo tipo è in grado di fornire. A tal fine, sono stati considerati due tipi di profilo di consumo d’acqua calda sanitaria, valutando le prestazioni sia con una portata regolare e costante sia con un utilizzo variabile e intermittente. Da ciò risulta come il pannello sia in grado di fornire un buona portata di acqua calda a 40°C, sufficiente per 24 docce o per 12 lavaggi di lavatrice giornalieri.