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Apr 24, 2024

Esame degli effetti dell'inversione di flusso nei circolatori

Concetti di progettazione unici a volte richiedono che i componenti funzionino in condizioni non standard. Un esempio potrebbe essere l'utilizzo di valvole di bilanciamento per regolare il flusso attraverso più banchi di collettori solari in un

Concetti di progettazione unici a volte richiedono che i componenti funzionino in condizioni non standard.

Un esempio potrebbe essere l’utilizzo di valvole di bilanciamento per regolare il flusso attraverso più banchi di collettori solari in un grande sistema solare termico con drenaggio. In un sistema solare termico più tipico funzionante con antigelo, l'uso di valvole di bilanciamento sarebbe di routine. Ma in un sistema drainback non è presente l’antigelo; l'acqua fuoriesce dal campo dei collettori e dalle tubazioni esterne ogni volta che il circolatore del collettore si spegne.

Se in questa parte del sistema sono installate valvole di bilanciamento, saranno soggette a migliaia di cicli di gelo/disgelo durante la vita del sistema. Qualsiasi acqua residua all'interno della valvola si congelerà sicuramente. Ciò causerebbe danni a lungo termine a quella valvola? I progettisti hanno bisogno di risposte a tali domande prima di specificare i prodotti. I produttori possono o meno avere queste risposte.

Esistono concetti di progettazione idronica in cui il flusso deve passare all'indietro attraverso un circolatore non operativo, forse migliaia di volte nel corso della vita del sistema. Un esempio è l'inversione periodica del flusso attraverso un circuito con diversi carichi secondari collegati in serie, come mostrato nella Figura 1.

Questo sistema si basa su una specifica tipologia di raccordo in cui i circuiti secondari, compreso il circuito della caldaia, si collegano al circuito primario. Uno di questi raccordi, il "Twin-Tee", è prodotto da Taco Inc. La Figura 2 mostra un esempio di questo raccordo.

Un'altra possibilità potrebbe essere quella di fabbricare un raccordo mediante brasatura di un deflettore in un raccordo a croce, come illustrato nella Figura 3.

Il flusso primario può entrare nel percorso di questi raccordi da entrambe le direzioni. Tuttavia, la direzione del flusso attraverso il circuito secondario non cambierà. Il diaframma interno impedisce la miscelazione diretta tra mandata e ritorno del circuito secondario. Anche le porte di alimentazione e ritorno per il circuito secondario si trovano nella stessa posizione di pressione lungo il circuito primario, garantendo un'eccellente separazione idraulica.

L'inversione periodica del flusso attraverso il circuito primario fornirebbe, nel tempo, la stessa temperatura media dell'acqua di alimentazione a ciascun circuito secondario. Ciò corregge lo svantaggio intrinseco della diminuzione della temperatura dell'acqua di alimentazione nei circuiti in cui più carichi sono collegati in serie. Maggiore è la caduta di temperatura di progetto lungo il circuito primario, con tutti i circuiti in funzione, maggiore è il vantaggio dell'inversione periodica del flusso.

La logica di funzionamento del sistema mostrato in Figura 1 è semplice: un circolatore del circuito primario funziona per un dato tempo; poi si spegne e per lo stesso tempo trascorso funziona l'altro circolatore primario. È possibile utilizzare un controllore circolatore duplex per tenere traccia delle ore di funzionamento su ciascun circolatore dell'anello primario ed equalizzarle nel tempo. Il flusso del circuito primario passerebbe sempre all'indietro attraverso il circolatore spento.

Un'altra applicazione in cui è utile l'inversione del flusso è quando uno scambiatore di calore a serpentina all'interno di un serbatoio di accumulo termico viene utilizzato sia per l'immissione che per l'estrazione del calore. L’inversione del flusso sarebbe necessaria per preservare la stratificazione della temperatura all’interno del serbatoio e massimizzare la differenza di temperatura media alla quale opera lo scambiatore di calore. La Figura 4 mostra una possibile configurazione delle tubazioni.

Il gruppo di tubazioni superiore nella Figura 4 mostra il calore aggiunto all'accumulo termico. Il circolatore del carico potrebbe essere acceso o spento. Se acceso preleva acqua calda proveniente dalla fonte di calore nel punto A. L'eventuale flusso non attirato al carico passa attraverso il separatore idraulico e verso il basso attraverso gli scambiatori a batteria.

I raccordi a T in cui il circuito di carico si collega al sistema (ad esempio, i punti A e B nella Figura 4) devono essere mantenuti il ​​più vicino possibile al separatore idraulico. Per evitare mescolanze all'interno del separatore idraulico, la portata proveniente dalla fonte di calore deve essere sempre uguale o superiore alla portata creata dal circolatore di carico.

Il gruppo di tubazioni inferiore nella Figura 4 mostra il calore estratto dall'accumulo termico e inviato al carico. Il flusso ora passa dal fondo delle batterie verso l'alto, ottimizzando la differenza di temperatura tra le batterie. Se la fonte di calore si accendesse, il flusso si invertirebbe.