SOLARE TERMICOSOLARE TERMICO

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SOLARE TERMICOSOLARE TERMICOSOLARE TERMICO

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Dal sole tutta l’energia che serve!Dal sole tutta l’energia che serve!

SOLARE TERMICO

La tecnologia del solare termico consente di trasformare direttamente

l'energia associata alla radiazione solare in energia termica.

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Essa sfrutta i principi basilari della termodinamica ed in particolar modo latrasmissione del calore da un corpo “caldo” ad uno “freddo”: il corpo caldoè il Sole che irradia energia nello spazio circostante ed il corpo freddo è ilfluido che scorre all’interno del pannello.Si ha quindi un sistema che funzionasenza l'uso di alcun combustibile.

TRASMISSIONE DEL CALOREpuò avvenire per:

1. La conduzione è presente principalmente nei solidi ed è caratterizzatadalla trasmissione del calore senza spostamento di materia. In pratica leparticelle elementari che costituiscono il corpo trasmettono energia aquelle attigue per semplice contatto.

2. La convezione è presente solo nei fluidi, vale a dire liquidi e gas In essa latrasmissione del calore avviene attraverso lo spostamento delle particelle datemperatura maggiore verso zone a temperatura minoreTutti questi spostamenti di materia si traducono nei cosiddetti movimenti

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Tutti questi spostamenti di materia si traducono nei cosiddetti movimenticonvettivi di cui possiamo avere un esempio osservando una pentola diacqua in ebolìizione.

3. L'irraggiamento, infine, avviene principalmente nel vuoto (basti pensarealla radiazione solare che colpisce la Terra e che viaggia nello spazio), èefficace anche nei gas, lo è poco nei liquidi ed è quasi nullo attraverso isolidi (tranne quelli sottili e trasparenti come i vetri) .Esso consiste nel trasporto di energia per mezzo di onde elettromagnetiche.

gli scambi termici che avvengono fra un edificio e l'esterno presentano tuttee tre le forme di trasmissione del calore.

La captazione dell'energia solare

Gli apparecchi per la captazione dell'energia solare, chiamaticomunemente pannelli solari, sono attualmente di due tipi:

a) pannelli termici (impianto solare termico), che trasmettono a unfluido (in genere acqua) il calore fornito dall'irraggiamento solare;b) pannelli foto elettrici (impianto fotovoltaicco), che possono esserecostituiti da fotocellule, che trasformano direttamente l'energia solarein energia elettrica, e da termocellule, che raccolgono il caloredell'irraggiamento e lo trasformano direttamente in elettricità.

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dell'irraggiamento e lo trasformano direttamente in elettricità.

A loro volta i pannelli termici si possono distinguere nei tipi:1) pannelli solari piani;

2) pannelli solari a concentrazione;

3) pannelli solari a debole concentrazione.

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La radiazione solare a onde corte passa attraverso il vetro della finestra e unavolta raggiunti gli oggetti all’interno della stanza viene trasformata inradiazione a onda lunga, che solo in parte riesce a uscire all’esterno.

Si ha così un effetto riscaldante (effetto serra).

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Si ha così un effetto riscaldante (effetto serra).

Le onde lunghe restanointrappolate all’interno

Le onde corte penetrano lacopertura trasparente

Vediamo com’è possibile sfruttare questa energia che è gratuitamente a nostra disposizione …

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•un pannello solare termico di un metro quadro garantisce 80-135 litri diacqua calda sanitaria al giorno, mantenendo una temperatura che siaggira intorno ai 40°. Considerando che il consumo medio per persona èdi 30-50 litri giornalieri, si possono fare i propri calcoli.

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In Italia l’orientamento ideale dei pannelli solari è a Sud. Tuttavia ci sono anche orientamenti diversi non del tutto penalizzanti:-con variazioni d’orientamento di ±30° dal Sud, l’energia solare annua ricevuta diminuisce solo del 2,5%;-con variazioni di ±45° diminuisce del 3÷4%.

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•conviene, vista la nostra latitudine, che i pannelli solari abbiano questi angoli di inclinazione:- α = 20÷40° per impianti a funzionamento estivo;- α = 50÷65° per impianti a funzionamento invernale;- α = 40÷60° per impianti a funzionamento annuo.

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I metodi per raccogliere l'energia solare

1) con concentrazione, mediante specchi o lentiche riflettono la radiazione verso pannelli ocaldaie per l'utilizzo diretto dell'acqua caldaoppure per la produzione di vapore daconvogliare ad una turbina con generazione di

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convogliare ad una turbina con generazione dienergia elettrica;

2) senza concentrazione, mediantepannelli applicati o integrati nellechiusure degli edifici (pareti, tetti,parapetti ecc.).

Impianti Grid-Connected

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•La corrente continua proveniente dai pannelli installati sul tetto, arriva all’Inverter.•L’inverter è un’apparecchiatura che ha il compito di trasformare la tensione e la corrente continua prodottedall’impianto fotovoltaico in alternata a 220 Volt, in modo da poter essere utilizzata per alimentare ilcomputer, la televisione e tutti gli altri elettrodomestici.•Dall’inverter la corrente prende due direzioni: una verso gli apparecchi elettrodomestici e le lampadedell’abitazione, l’altra verso la rete ENEL.•Passa però prima da un contatore bidirezionale che conteggia l’energia in entrata ed in uscita (da e versol’abitazione).

Impianti Stand-Alone

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•Gli impianti fotovoltaici di tipo autonomo sono indicati in caso di assenza dicollegamento alla rete elettrica (ad esempio in montagna, in aree agricole non servitedalla rete, ecc.).•Gli impianti fotovoltaici isolati vanno sempre dimensionati sulla base dei seguenti fattori:• la zona di installazione• il periodo di utilizzo• la tipologia di utenza (se in corrente continua o alternata)• i carichi da collegare (es. luci, TV, radio, ecc.).

Inseguitore solare

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•Un inseguitore solare è un sistema meccanico in grado di modificare l'orientamento dei pannelli solari(fotovoltaici, termici o concentratori solari) per consentire di seguire il corso del sole nel cielo e ottenere la miglioreinclinazione dei pannelli, aumentando l'efficienza dell'impianto solare. Lo scopo principale di un inseguitore èquello di massimizzare l'efficienza del dispositivo ospitato a bordo. Nel campo fotovoltaico i moduli montati abordo di un inseguitore, vengono generalmente disposti geometricamente su un singolo pannello, pratica cheevita l'impiego di un inseguitore per ogni singolo modulo.•Se da un lato gli inseguitori solari consentono di ottenere un maggiore livello di efficienza, dall'altro sono esposti alrischio dell'usura e del guasto meccanico dovuto all'azione degli agenti atmosferici. Richiedono pertanto unamaggiore manutenzione rispetto agli impianti solari tradizionali. Inoltre, ogni servomeccanismo elettrico consumaenergia per svolgere il proprio lavoro, quindi al ricavo economico della maggiore produzione di energia dovràessere sottratto il costo della quantità di energia consumata dagli inseguitori. Questi ultimi due aspetti rendonoparticolarmente conveniente l'applicazione degli inseguitori solari nel settore dei medio-grandi impianti solari aterra dove è presente una struttura e un personale adibito al controllo quotidiano dell'impianto.

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Il collettore solare convertein calore la luce solare chepenetra al suo internoattraverso la coperturatrasparente.

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trasparente.Una piastra metallicacaptante assorbe i raggisolari incidenti e li convertein calore.Tale piastra trasferisce ilcalore assorbito ad unsistema di canalicontenenti il fluido vettoreche si riscalda.

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Il fluido vettore trasferisce il suo calore ad un secondo fluido contenuto in un serbatoio diaccumulo (2 circuiti). Il fluido vettore una volta raffreddato ritorna attraverso il circuito diritorno al il collettore, mentre nel serbatoio l’acqua più calda si sposta verso l’alto.Il collegamento tra collettori solari e serbatoio di accumulo viene detto:"Circuito Solare”.

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L’acqua del serbatoio stratifica infunzione della temperatura (piùcalda in alto più fredda in basso)per la diversa densità. Dalla partealta del serbatoio viene prelevatal’acqua per gli usi previsti. Nella

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l’acqua per gli usi previsti. Nellaparte bassa avviene l’ingressodell’acqua di rete.

Qualora nel serbatoio non si raggiunga la temperatura prevista, si procede alriscaldamento dell’acqua con il sistema tradizionale: l’acqua viene fattapassare attraverso la caldaia, che la porta in temperatura prima di essereimpiegata.

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1 Classificazione in base al tipo di fluido vettore

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1 Classificazione in base al tipo di fluido vettore

2 Classificazione in base alla tipologia di movimentazione del fluido

3 classificazione in base all’utilizzo

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• Acqua

• Fluidi antigelo

• Aria

L’acqua presenta i seguenti vantaggi:

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L’acqua presenta i seguenti vantaggi:

� Ha elevata capacità termica � Ha elevata conducibilità termica � Ha bassa viscosità � Non e infiammabile � Non e tossica � È economica

ma… è soggetta a congelamento ( 0 ) e ad evaporazione (100 ) raggiungibili in normali condizioni di funzionamento.

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Se la temperatura esterna raggiunge valori inferiori allo zero

•devo prevedere l’uso di fluidi antigelo per evitare la rottura ditubazioni e collettori. In questi casi è d’obbligo una configurazioneche preveda circuito primario separato dal circuito dell’utilizzatore.

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•devo limitare le situazioni di evaporazione del fluido vettore (seliquido) per problemi legati alle sovrapressioni.

I fluidi antigelo sono classificati in:

•Fluidi a base d’acqua (glicole etilenico, glicole propilenico, alcoli)

•Fluidi diatermici (oli minerali naturali)

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AriaL’aria ha caratteristiche fisiche diverse dall’acqua. Nella tabellaseguente vengono riassunte le principali differenze.

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Non dà problemi di corrosione, non presenta limiti legati alletemperature massima (evaporazione) e minima (congelamento).

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Circolazione naturale

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Circolazione forzata

La differenza principale tra le due tecniche di conversione staprincipalmente nel fatto che nella prima (circolazione naturale) nonci sono elementi di movimentazione di tipo elettromeccanico: ilmotore della movimentazione del fluido è il calore stesso. Nellaseconda tecnica il fluido è messo in moto da una pompa.

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•Produzione di acqua calda sanitaria (ACS) ad uso domestico,alberghiero e ospedaliero oppure riscaldamento dell'acquadelle docce (stabilimenti balneari, campeggi, ecc.);

•Riscaldamento degli ambienti

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•Riscaldamento degli ambienti

•Raffrescamento degli ambienti (ancora costoso).

•Piscine

•Usi industriali : riscaldamento dell'acqua per processi a bassatemperatura; essiccatoi.

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•Il collettore solare

•Il serbatoio di accumulo

•I componenti del circuito solare

– Gli scambiatori di calore

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– Gli scambiatori di calore – Le tubature – La pompa – Il vaso di espansione – Le valvole – Il regolatore – Sensori di temperatura

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Il dispositivo base: "il collettore solare" è costituito da un corpo nero assorbenteentro il quale può scorrere un fluido (con la funzione di captare l'energia irradiatadal sole attraverso la superficie scura e trasferirla sotto forma di energia termica alfluido) e una copertura selettiva trasparente sulla parte esposta al sole (con lafunzione di limitare le dispersioni per irraggiamento verso l'ambiente esterno), tuttoracchiuso in un contenitore opportunamente isolato sulle pareti laterali e sullaparete opposta a quella di ricezione della radiazione.

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È composto da:• Lastra trasparente (vetro) • Piastra captante (assorbitore) • Strato di materiale isolante • Contenitore

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PARAMETRI

• Fabbisogno complessivo mensile• N° di persone = consumo giornaliero di acqua• calda sanitaria

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• calda sanitaria• trasmittanza complessiva dell’edificio (UA) per i•fabbisogni di riscaldamento (temperatura interna

degli ambienti)• Energia fornita dalla fonte ausiliaria per le• integrazioni (caldaia tradizionale)

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FABBISOGNO

ACS

Il fabbisogno quotidiano per abitazione è generalmente stimatocome prodotto del numero di persone presenti all’interno

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come prodotto del numero di persone presenti all’internodell’abitazione per un valore di consumo medio pro capite:

•Basso consumo: 30-40 litri/giorno a persona

•Medio consumo 40-60 litri/giorno a persona

•Alto consumo 60-80 litri/giorno a personaLa temperatura media di utilizzo è generalmente consideratapari a 45 C

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Analisi energetica: calcolo dell'energia pro capite necessaria

In media, in Italia si consumano circa 50 litri al giorno di acquacalda sanitaria pro capite, alla temperatura di 45°C.

Ipotizzando una temperatura dell'acqua provenientedall'acquedotto pari a 15°C si può calcolare il quantitativo procapite Q, di energia termica necessaria:

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capite Q, di energia termica necessaria:

Q = G . cs . (Tu - Ta ) = 50 l . 1 kcal/l°C . 30°C = 1500 kcal.

Avendo indicato con:

G, massa d'acqua da scaldare (l);

Cs, calore specifico dell’acqua (kcal/l);

u, temperatura di utilizzo, pari a 45°C;

Ta, temperatura acqua dell'acquedotto (°C).

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Fonte ENEL

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Fonte ENEL

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Acqua calda sanitaria per 4 persone

Costo investimento: 4.000€

Risparmio in bolletta termica: 350 €/anno (valore medio)

Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007)

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Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007)

Ritorno dell’investimento: 5 anni

Acqua calda sanitaria e riscaldamento (sistema

radiante) per un’abitazione da 120 m2 e 4 persone

Costo investimento: 10.000€

Risparmio in bolletta termica: 650€/anno

Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007)

Ritorno dell’investimento: 7 anni

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•Introduzione impianti 2:•La ventilazione meccanica controllata (VMC)

•La ventilazione meccanica ha lo scopo di immettere aria di rinnovoall’interno degli ambienti riscaldati allo scopo di garantire il corretto ilricambio dell’aria ambiente, senza aprire le finestre eliminando cosìsprechi di dissipazione elettrica.

1. Sistemi a doppio flusso con recupero1. Sistemi a doppio flusso con recupero

2. Sistemi a semplice flusso

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•Introduzione impianti:

•VMC

•

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•Introduzione impianti:

•Recuperatore statico

•By-pass FreeCooling

•0°C

•10°C

•10°C

•20°C

•50%

•

•10°C•20°C

•Batteria di post•riscaldamento

•Introduzione impianti 2:

•Recupero energetico attivo (termodinamico)

•

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Funzione del cappotto

ISOLAMENTO TERMICO

•Inverno: protezione termica•Estate: protezione da surriscaldamento

PROTEZIONE DELL' EDIFICIO

•intemperie / umidità•sbalzi di temperatura

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•sbalzi di temperatura•agenti inquinanti (pioggia acida, ...)

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•polistirene espanso sinterizzato

•Fibra di legno

•Sughero

•Lana di roccia

•La di vetro

•pannelli in idrato di silicato di calcio•Il cappotto in fibra di canapa e calce

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Grazie per l’attenzione