L’accumulo di acqua gelida
La stratificazione termica è sfruttata anche per lo stoccaggio dell’acqua gelida. In questo caso si può scegliere tra sistemi statici e sistemi dinamici. Nei primi il serbatoio può essere riempito del tutto o solo in parte; nei sistemi dinamici il serbatoio è costantemente caricato e scaricato. Nei sistemi statici a pieno carico il serbatoio è totalmente riempito con acqua gelida a temperatura definita, nei sistema statico a carico parziale il sistema è può essere riempito con acqua gelida o con acqua più calda poi raffreddata nel serbatoio. In entrambi i casi, se il serbatoio non è coibentato, l’acqua si scalda grazie allo scambio termico con l’ambiente.
Nel sistema a caricamento dinamico il serbatoio è inizialmente caricato con acqua a temperatura ambiente, poi progressivamente sostituita da acqua più fredda, caricata con la stessa velocità con cui è scaricata l’acqua a temperatura ambiente. Nel sistema a scarico dinamico, l’acqua fredda è prelevata dal basso e ricaricata dalla tubazione di carico, mentre l’acqua a temperatura ambiente esce da uno scarico ed è reintrodotta dall’alto. Nei serbatoi dell’acqua gelida, la stratificazione termica è influenzata da flussi convettivi che si autogenerano in corrispondenza delle pareti interne del serbatoio, abbinati ai flussi indotti dal riscaldamento dell’acqua derivante dallo scambio termico con l’ambiente.
Un ruolo importante hanno anche il passaggio di calore dall’ambiente all’acqua gelida attraverso le pareti del serbatoio e la diffusione termica tra acqua fredda ed acqua calda all’interfaccia tra gli strati con temperatura diversa. Nello stoccaggio dinamico a tutto ciò si aggiunge il trasferimento di calore per convezione dovuto al flusso e alla miscelazione tra acqua in entrata e acqua in uscita. Scegliendo opportunamente il materiale e la geometria del serbatoio, il materiale per la sua eventuale coibentazione, il riscaldamento dell’acqua conseguente alla perdita di stratificazione può essere notevolmente rallentato.
Le serpentine
Il mantenimento della temperatura dell’acqua può essere rafforzato con serpentine in cui scorrono fluidi caldi o freddi. Questi scambiatori di calore possono avere superfici normali o maggiorate. Le prime si utilizzano quando l’acqua calda è prodotta da una caldaia e la temperatura del fluido riscaldante è intorno agli 80°C; le seconde si usano quando l’acqua calda è prodotta con pompe di calore o con collettori un impianto solare termico. La superficie ideale della serpentina deve essere definita caso per caso tenendo conto delle temperature medie del fluido scaldante e di quello riscaldato.
