Energie rinnovabili | CLIWAX, nuova climatizzazione green per gli edifici civili
Scienza, cultura e ricerca
Anche i sistemi di climatizzazione delle nostre case e uffici possono fare la loro parte nel contrasto al cambiamento del clima e da tempo la ricerca e le imprese lavorano a tecnologie per rendere questo settore più sostenibile dal punto di vista ambientale.
Si inserisce in questo contesto il progetto di ricerca CLIWAX - Materiali a cambio di fase per l’harvesting energetico in climatizzazione, coordinato dal laboratorio TEKNEHUB dell’Università di Ferrara, parte del Tecnopolo di Ferrara.
CLIWAX, che si concluderà a fine Febbraio 2022, coinvolge diverse realtà universitarie, un consorzio e sei aziende della Regione Emilia-Romagna, uniti nel perseguire due scopi principali: mettere a punto una svolta applicativa mediante la realizzazione di un impianto pilota e promuovere l’ampia diffusione delle soluzioni basate su materiali a cambio di fase (Phase Change Materials, PCM).
Flat Panel, una tecnologia per migliorare l'accumulo termico
“Gli obiettivi tecnologici del progetto si basano sull’impiego di materiali a cambio di fase (Phase Change Materials, PCM) associato a pompe di calore multi-sorgente (fonti di energia rinnovabili) e scambiatori geotermici superficiali del tipo Flat-Panel”, spiega il Professor Michele Bottarelli del dipartimento di Architettura dell’Università di Ferrara, coordinatore del progetto e ideatore del Flat-Panel (brevetto di Unife).
Più in dettaglio, CLIWAX propone e studia due soluzioni tecnologiche innovative:
- un sistema di accumulo puntuale per migliorare lo sfruttamento energetico di sorgenti secondarie (solare termico, acque grigie, ...), condotto attraverso l’impiego di PCM e schiume metalliche all’interno di serbatoi d’impianto;
- un sistema di accumulo distribuito per incrementare la capacità termica del terreno, attuato attraverso l’impiego di PCM nei materiali di rinfianco per scambiatori geotermici superficiali.
Il progetto si articola in quattro fasi e nelle ultime tre il laboratorio TEKNEHUB, il partner afferente al Tecnopolo ferrarese, svolge un ruolo fondamentale.
La prima fase ha riguardato la selezione dei PCM più idonei per la tipologia di utilizzo (serbatoio di accumulo o scambiatore geotermico) e il tipo di funzione (riscaldamento o raffreddamento), grazie a criteri definiti e condivisi tra i partner del progetto.
Selezione dei PCM per la realizzazione del Flat Panel: dai test sui materiali in laboratorio alla valutazione del sistema in opera
Individuati i PCM più idonei per caratteristiche fisico-termiche, funzionali, ambientali ed economiche, la seconda fase ha visto protagoniste le tecnologie di accumulo: concentrata o distribuita.
Nella modalità concentrata, il dispositivo sviluppato, mediante una matrice interna realizzata in schiume metalliche, ha permesso di rendere più efficiente il recupero e lo scambio di energia tra le sorgenti alternative (sole, aria, reflui civili, etc) e il PCM, quindi tra questo e la pompa di calore multi-sorgente.
L’impegno di Unife ha permesso di sviluppare la seconda modalità, che consiste nell’accoppiamento di PCM allo scambiatore geotermico Flat-Panel, con l’obiettivo di incrementare le prestazioni di scambio termico con il terreno.
“Il Flat -Panel è un sistema geotermico orizzontale. Gli scambiatori geotermici di tipo verticale, di norma utilizzati nell’edilizia civile, richiedono perforazioni complesse e profonde del terreno, mentre il Flat-Panel può essere installato a profondità di pochi metri, con la conseguente facilità di posa e manutenzione, e costi ridotti. Inoltre, le caratteristiche costruttive di questi innovativi scambiatori assicurano un incremento dell’efficienza dello scambio di calore per unità di lunghezza rispetto alla tipologia verticale.”
Esempi di Flat Panel realizzati con PCM per CLIWAX e per il progetto IDEAS
La fase tre del progetto ha trasformato in realtà gli studi effettuati in laboratorio. Dopo la valutazione delle singole prestazioni, le due tecnologie applicative hanno permesso di realizzare un sistema a pompa di calore multi-sorgente accoppiato ad un solare termico e l’installazione di una nuova linea geotermica potenziata con i PCM.
La collaborazione con le imprese del territorio emiliano-romagnolo sta trovando il suo compimento nell’ultima fase: l’ottimizzazione. Come noto lo scale-up industriale è la fase più critica di un progetto e la pre-industrializzazione è l'elemento chiave per la sua evoluzione.
La promozione e la diffusione dei PCM
“Questo progetto è cofinanziato dal Fondo per lo sviluppo e la coesione (FSC) e dal Fondo europeo di sviluppo regionale POR FESR 2014-2020 Emilia Romagna in attuazione della Strategia di Specializzazione intelligente dell'Emilia Romagna (S3), che assegna fondi per progetti di ricerca collaborativa realizzati congiuntamente da imprese e centri di ricerca accreditati alla Rete Alta Tecnologia. Inoltre, CLIWAX rientra a tutti gli effetti tra gli obiettivi strategici riguardanti Edifici Decarbonizzati e Reti Efficienti (OS n.5), nell’ambito della Value Chain Efficienza Energetica e Sostenibilità in Edilizia (GREEN2BUILD), all’interno del Clust-ER Edilizia e Costruzioni.”
“Per quanto riguarda la diffusione dell’uso di soluzioni basate su PCM, l’obiettivo è stato attuato attraverso eventi connessi al Cluster-ER e mediante la condivisione delle conoscenze pregresse ed acquisite tra i diversi partner con le altre realtà industriali del territorio regionale che lavorano nell’ambito termotecnico e più in generale dell’edilizia civile”, aggiunge Bottarelli.
In che cosa consiste l'esperienza industriale all'interno del progetto CLIWAX?
“L’ultima fase consiste nello studio e nell’ottimizzazione della tecnologia di accoppiamento degli involucri plastici contenenti PCM (sali idrati) allo scambiatore geotermico Flat-Panel, nell’ottica di definire un prodotto da pre-industrializzare. L’ottimizzazione, attualmente in corso, è condotta sulla base di un approccio di design di prodotto industriale, che combini alla funzionalità ricercata forme e materiali più affini ad una logica produttiva, basata principalmente su efficienza, durabilità e costo.”
“TekneHub, infatti, non solo opera nelle Low-Carbon Technologies applicate al settore EDILIZIA & COSTRUZIONI attraverso ricerca e innovazione sia sugli elementi edilizi, sia sui sistemi tecnologici e impianti, ma ha come funzione di TECNOPOLO il trasferimento tecnologico al tessuto industriale.”
E cambierà l'edilizia civile nei prossimi anni:
“L’edilizia civile nei prossimi anni sarà sempre più rivolta all’impiego di nuove tecnologie sostenibili per ottimizzare lo sfruttamento delle fonti energetiche rinnovabili ed il loro stoccaggio termico. In questo orizzonte CLIWAX, oltre a sviluppare delle soluzioni già pre-industrializzate, sta fornendo fin da ora molti spunti per indagare e sviluppare altrettante nuove tecnologie.”
Per saperne di più
Partners coinvolti nel progetto: Università di Ferrara (TEKNEHUB), Università di Bologna (CIRI EC), Università di Parma (CIDEA), Università di Modena e Reggio Emilia (INTERMECH), Consorzio RiCos (LARCOICOS), Delta Engineering Services Srl, Pacetti Srl, Galletti Spa, Gruppo RITMO Srl, Fassa Bortolo Srl, COOPSERVICE Soc.coop.p.A.
A cura di LARA CANTIANI, studentessa del Master in giornalismo e comunicazione istituzionale della scienza