I materiali PCM: una soluzione innovativa per il recupero del calore

I materiali PCM: una soluzione innovativa per il recupero del calore

Nell’articolo precedente abbiamo introdotto le batterie termiche illustrandone definizione, funzionamento e vantaggi che possono offrire, soprattutto in un contesto energetico che sta sempre più orientandosi verso fonti alternative.

Abbiamo trattato le batterie termiche come accumulatori di calore, dispositivi capaci di assorbire e successivamente rilasciare energia termica quando necessario. Per esempio, per gestire la domanda di riscaldamento e raffreddamento in contesti residenziali e industriali. 

Poiché questi dispositivi non solo immagazzinano energia termica, ma la recuperano quando necessario, spesso ci si riferisce a questi sistemi anche con l’espressione di recuperatori di calore. Approfondiamo questo concetto.

Come funziona un accumulatore di calore

Come abbiamo spiegato, un accumulatore di calore funziona secondo un principio relativamente semplice ma efficace. Durante i periodi in cui è disponibile un eccesso di energia termica, ad esempio durante il giorno o quando la richiesta energetica è bassa, il sistema utilizza questa energia per riscaldare un materiale in grado di assorbire calore. Questo materiale può essere costituito da diverse sostanze, tra cui pietre, acqua, sabbia, o materiali a cambiamento di fase come sali e paraffine, di cui parleremo più avanti.

Una volta che il materiale designato ad accumulare calore è stato riscaldato alla temperatura desiderata, la sua energia termica viene immagazzinata nel dispositivo. Quando è necessario rilasciare calore, ad esempio durante la notte o in condizioni di temperature basse, l'accumulatore di calore rilascia gradualmente il calore immagazzinato nell'ambiente circostante. Questo processo consente di mantenere costante la temperatura interna degli edifici o di fornire calore per altri scopi senza l'uso di sistemi di riscaldamento aggiuntivi.

Perché recuperare il calore è importante

Il recupero di calore rappresenta una delle azioni fondamentali per aumentare l’efficienza energetica negli usi finali, con un impatto diretto sulla riduzione delle emissioni di CO2 in ambiente. Oltre al recupero per un uso diretto, negli ultimi anni sono state sviluppate tecnologie in grado di recuperare e riutilizzare il calore da processi industriali, soprattutto quando le quantità di energia in gioco ed i livelli termici 

Recuperare il calore grazie ai Materiali PCM

Se il recupero di calore è sempre più importante in diversi contesti, recuperare il calore attraverso i materiali PCM o materiali a cambiamento di fase presenta dei vantaggi significativi. Esaminiamoli. 

Come discusso nel precedente articolo, Guida completa alle batterie termiche: come funzionano e quali vantaggi offrono, una delle tipologie di batterie termiche esistenti sul mercato è quella che 

sfrutta l’accumulo di calore latente grazie ai materiali PCM (Phase Change Materials) o Materiali a Cambiamento di Fase. Questi materiali sono composti da sostanze organiche o inorganiche con proprietà termofisiche specifiche. Gli esempi più comuni includono paraffine, non paraffine (quali acidi grassi alcoli e glicoli), sali idratati e metalli. Vengono selezionati in base alla loro temperatura di fusione e alle loro prestazioni termiche sulla base dell’applicazione desiderata.

Come funzionano i Materiali PCM?

I materiali PCM sfruttano una proprietà che li rende affascinanti e rivoluzionari: possono subire un cambiamento di fase che li porta da uno stato solido a uno stato liquido (e viceversa) a una temperatura specifica nota come temperatura di fusione o cristallizzazione. Questa temperatura rimane costante durante tutto il processo di cambio di stato, e il calore assorbito o rilasciato durante tale processo è definito calore latente, o brevemente LHS (Latent Heat Storage).

Mentre cambiano stato, i PCM assorbono o rilasciano una quantità considerevole di energia termica mantenendo costante la propria temperatura e offrendo di conseguenza vantaggi significativi in termini di gestione termica e termoregolazione. 

Un esempio che conosciamo tutti si verifica con l’acqua. Quando raggiunge una determinata temperatura (tra 0 e 4°C) l'acqua cambia stato: da liquida diventa solida (ghiaccio), o viceversa. Al ghiaccio può essere fornito del calore (calore latente) senza aumentarne la temperatura: l'energia fornita serve solo a fondere il solido e, solo quando è tutto diventato liquido, la temperatura dell'acqua comincia ad aumentare.

I vantaggi del recupero termico con materiali PCM

I materiali PCM rappresentano una tecnologia promettente per migliorare l'efficienza energetica, il controllo della temperatura e la sostenibilità in vari di settori. Da alcuni anni i materiali a cambiamento di fase sono oggetto di interesse crescente da più soggetti per i vantaggi che offrono, ed in particolare per quanto riguarda:

• lo stoccaggio efficiente di energia termica: i PCM consentono di immagazzinare grandi quantità di energia termica in modo efficiente, occupando meno spazio rispetto ad altre soluzioni di stoccaggio energetico.
• il controllo preciso della temperatura: grazie alla loro capacità di mantenere costante la temperatura durante il processo di cambiamento di fase, i PCM consentono un controllo preciso della temperatura in una varietà di applicazioni.
• la riduzione dei costi energetici: l'utilizzo dei PCM può contribuire a ridurre i costi energetici associati al riscaldamento e al raffreddamento degli edifici e dei sistemi industriali.

Nei prossimi articoli approfondiremo il tema dei materiali PCM, che rappresentano il core business di i-TES. Scopri di più sulla batteria termica a PCM di i-TES!