Solare Termico

09 dicembre 2010

Relatore arch. Giorgio Gallo

3°°°° INCONTRO FORMATIVO

CONSIDERAZIONI INIZIALI - 1

ISOLAMENTO TERMICO

COSTO EDILIZIO INTERVENTO

FONTI RINNOVABILI

COSTO

RISPARMIO

ENERGETICO

•Le fonti rinnovabili non sono il principale strumento di

risparmio energetico ne quello più efficace dal punto

di vista costo/risparmio energetico ed economico.

• Il loro utilizzo non è quindi da effettuarsi in

sostituzione ma come integrazione rispetto

all'efficienza energetica dell'involucro e ad altri

interventi di risparmio energetico.

CONSIDERAZIONI INIZIALI - 2

In rapporto al costo di investimento medio delle

tecnologie:

•Solare termico: in un alloggio costruito prima del

2005, il fabbisogno di energia per il riscaldamento

dell'Acqua Calda Sanitaria (ACS) è inferiore a 1/5

del fabbisogno di energia per riscaldamento.

•Solare fotovoltaico: in un alloggio medio, il

consumo di energia elettrica per gli usi elettrici

obbligati (illuminazione, elettrodomestici, pompe,

etc.) è inferiore a 1/5 del fabbisogno di energia per

riscaldamento.

LA RADIAZIONE SOLARE

•Alle soglie dell’atmosfera terrestre, la potenza

radiante del sole su una superficie ortogonale ai

raggi è di 1367 W/mq; tale valore viene chiamato

costante solare.

•La radiazione solare interagendo con l’atmosfera

cambia di intensità e di “forma”: In condizioni di

cielo sereno, la radiazione solare arriva a circa

1000 W/mq sulla superficie terrestre, mentre

quando in condizioni di cielo coperto diminuisce

fino a ridursi a circa 100 W/mq.

•Per l’utilizzo dell’energia solare a scopo termico è

importante fare una valutazione appropriata della

radiazione durante l’arco di tutto l’anno.

LA RADIAZIONE SOLARE

•La somma della radiazione diretta (proveniente

direttamente dal sole) quella diffusa (che dopo

una o più deviazioni) e quella riflessa (da superfici

antistanti i collettori) che giunge sulla superficie

captante viene detta radiazione globale.

• La radiazione

globale su una

superficie dipende

essenzialmente da

due angoli: angolo

di inclinazione

(tilt) e angolo di

orientamento

(azimut).

Irraggiamento medio mensile a Aosta

E’ fondamentale quindi conoscere la natura della

domanda di energia termica e le prestazioni da

richiedere al sistema.

LA NATURA DELLA DOMANDA

•ACS: + domanda pressoché costante durante tutto

l’arco dell’anno. + Può però essere assente durante

i periodi festivi

- fabbisogno medio giornaliero è di circa 2 kWh/persona

- temperatura richiesta 40-45 °C

•Riscaldamento: + domanda stagionale nei mesi

invernali, con sfasamento tra domanda-offerta.

- temperatura min. richiesta 40-45 °C (sistemi radianti)

•Raffrescamento + domanda concentrata nei mesi

estivi, ma non si ha sfasamento tra domanda-offerta.

- temperatura min. richiesta 70-90 °C

INDIPENDENZA ENERGETICA

I sistemi solari termici, allo stato attuale delle

tecnologie disponibili in commercio, non

consentono l’indipendenza energetica dalle

fonti di energia non rinnovabile in quanto,

tranne che per alcuni impianti sperimentali, la

capacità degli accumuli non supera le poche

settimane.

VALENZE AMBIENTALI

Termico: tutta l’acqua calda solare utilizzata in

sostituzione di quella riscaldata da altre fonti non

rinnovabili ne evita il consumo corrispondente.

Ovviamente, a differenza del fotovoltaico, l’acqua

calda prodotta dall’impianto e non utilizzata, non

contribuisce a risparmiare energia e a ridurre le

emissioni di CO2.

VALENZE ECONOMICHE

Solo l’acqua calda solare utilizzata in sostituzione di

quella riscaldata da altre fonti non rinnovabili

consente di risparmiare la bolletta corrispondente.

Poiché solo l’acqua calda solare utilizzata consente

di risparmiare sulla bolletta, un impianto di

sottodimensionato sarà tendenzialmente più

redditizio di un impianto sovradimensionato.

I SISTEMI SOLARI TERMICI

ANDAMENTO DELLA DOMANDA

ACQUA CALDA SANITARIA E RISCALDAMENTO

RENDIMENTO E EFFICIENZA DEL SISTEMA

• Il rendimento di un sistema solare termico è

mediamente del 50% e può variare - tra il 30 % e

80% - a seconda delle condizioni climatiche, delle

caratteristiche dell’impianto e della tipologia di

collettore solare.

•L’efficienza del collettore rappresenta la sua

capacità di convertire la radiazione solare in energia

termica. Viene determinato attraverso dei test che

devono attenersi agli Standard EN 12975.

I SISTEMI SOLARI TERMICI AD ACQUA

•Sono sistemi di captazione dell’energia solare che

utilizza l’acqua (pura o miscelata con antigelo)

come fluido termovettore.

•Nella loro configurazione classica, i sistemi sono

composti da 2 sistemi funzionali: l’elemento

captante e il sistema di accumulo, che ha la

funzione di rendere disponibile l’energia captata

secondo le esigenze della domanda.

•E’ attualmente il gruppo di tecnologie più diffuse

per lo sfruttamento dell’energia solare,

interessando non solo il settore civile ma anche

quello terziario e produttivo.

LE TIPOLOGIE DEGLI ELEMENTI CAPTANTI

Il solare termico a bassa temperatura è

caratterizzato da tre tipologie principali di

elementi captanti:

•collettori non vetrati in materiale plastico

•collettori piani vetrati

•collettori sottovuoto

COLLETTORI PIANI VETRATI

I componenti principali dei collettori vetrati sono:

l’assorbitore, la protezione trasparente dello

stesso, l’isolante termico e il telaio che contiene il

tutto.

COLLETTORI PIANI VETRATI

La protezione trasparente può essere:

•1) vetro singolo + ottima trasparenza ma non

blocca le perdite per convezione;

•2) vetro doppio + diminuisce la trasparenza ma

aumenta la capacità di isolamento termico;

•3) materiale plastico (solitamente policarbonato

alveolare) + leggero, resistente, con minori perdite

per convezione del vetro singolo ma meno

trasparente e con ciclo di vita più breve rispetto al

vetro).

COLLETTORI SOTTOVUOTO

I tubi sottovuoto in vetro, funzionano infatti da veri e proprio “thermos”. Ognuno dei tubi contiene un proprio assorbitore (generalmente una lastra metallica) che capta l’energia solare e la trasferisce sottoforma di calore ad un fluido che scorre a contatto con la piastra. Grazie al sottovuoto, le perdite di calore sono molto basse e si possono raggiungere temperature superiori ai 100°C.

Il collettore sottovuoto si basa sul principio di creare il vuoto evitando l’aria che nell’intercapedine del collettore vetrato determina perdite per convezione.

Ha la funzione di stoccare l’acqua riscaldata per renderla disponibile al momento della necessità, compensando così la possibile differenza temporale tra la irraggiamento solare e l’utilizzo dell’ACS.

•Serbatoi con volume elevati permettono tempi di autonomia prolungati ma a parità di superficie captante, si traducono in temperature più basse dell’acqua del serbatoio.

•All’interno del serbatoio, avviene il fenomeno della stratificazione termica, per cui l’acqua a temperatura più alta, dotata di minor peso specifico, si dispone nella parte superiore, mentre quella più fredda ne occupa quella inferiore.

• Il prelievo di acqua calda è quindi posto generalmente nella parte superiore dell’accumulo, per garantire la massima temperatura per l’utenza, mentre il flusso verso il collettore avviene sempre dalla parte inferiore, più fredda.

ACCUMULO

Sistemi aperti

I sistemi aperti,

sono quelli in cui

il fluido che

circola all’interno

del collettore è la

stessa acqua

sanitaria che,

raggiunta la

temperatura

richiesta, giunge

all’utenza

CIRCOLAZIONE DEL FLUIDO - 1

Sistemi aperti

I vantaggi di tale sistema sono:

La semplicità di circuito

Maggior efficienza dovuta all’assenza di scambiatori.

I principali svantaggi di tale sistema sono:

• il pericolo di congelamento, con temperatura esterna prossima allo 0°C. In questo caso, per impedire che ciò avvenga è necessario svuotare il collettore o operare un ricircolo di acqua calda nei collettori (soluzioni ormai abbandonata).

•La deposizione di calcare, fenomeno che, superati i 55÷60 °C, cresce al crescere della temperatura, specialmente nel caso di acqua in scorrimento fino all’ostruzione completa delle tubazioni.

Sistemi chiusi

I sistemi chiusi, sono formati da due circuiti perfettamente separati, uno per il fluido termovettore(circuito primario) e l’altro per l’acqua sanitaria da riscaldare (circuito secondario ACS).

I vantaggi di tale sistema sono:

•fluido termovettore non

essendo utilizzato

direttamente dall’utenza

può essere miscelato

con antigelo;

•è così possibile

utilizzare acqua con

durezza controllata,

evitando incrostazioni.

Circolazione naturaleI sistemi a circolazione naturale, sono quelli in cui la circolazione del fluido avviene grazie all'effetto “termosifone”, senza necessità di pompe di circolazione.

CIRCOLAZIONE DEL FLUIDO - 2

Il serbatoio di accumulo si trova in posizione sopraelevata rispetto al collettore. Il fluido nel collettore, scaldandosi, riduce la sua densità e sale verso l’accumulo, facendo posto al fluido più freddo proveniente dalla parte inferiore dell’accumulo stesso; si instaura in questo modo una circolazione naturale tra i due componenti dell’impianto.

Circolazione naturale

La semplicità di funzionamento, dovuta all’assenza di elementi meccanici (pompe di circolazione) limita il rischio di guasti ma anche la possibilità di interfacciarsi in modo più efficace con l’impianto termico dell’edificio.

Inoltre, i sistemi monoblocco, in cui l’accumulo èmontato in posizione orizzontale lungo il bordo superiore del collettore, penalizzano le prestazioni

dell’accumulo stesso,in quanto la sua disposizione orizzontale sull’esterno della copertura riduce al minimo la stratificazione dell’acqua al suo interno e favorisce le perdite di energia.

Circolazione forzata

Quando la temperatura all’interno del collettore èsuperiore alla temperatura di riferimento dell’accumulo, la pompa di circolazione trasporta l'acqua dal primo al secondo.

• In tali sistemi la posizione del serbatoio non è piùvincolata rispetto a quella del collettore, se non dall’opportunità di contenere la lunghezza delle tubazioni dell’acqua calda, per limitarne le dispersioni.

•L’impianto a circolazione forzata è indispensabile per impianti di dimensioni elevate, quando il numero di collettori può rendere impossibile un carico delle strutture di copertura con accumuli di grande dimensione.

Circolazione forzata

Regola di base

A parità di copertura del fabbisogno, è da preferire il collettore che:

- ha il miglior costo;

- ha le maggiori garanzie sul sistema e sui componenti (affidabilità).

COMPARAZIONE DELLE OFFERTE

Che sia prodotta da un collettore d'oro o di latta, il risultato è sempre e solo acqua calda...

A parità di costo, è da preferire il collettore che:

- copre una percentuale maggiore del mio fabbisogno durante l'anno;

- ha le maggiori garanzie sul sistema e sui componenti (affidabilità).

COMPARAZIONE DELLE OFFERTE

Per poter comparare le diverse offerte è necessario

che tutte siano fatte partendo dagli stessi dati:

•valutazione dei consumi medi giornalieri di acqua

calda sanitaria, basata o sui consumi registrati negli

anni precedenti o sulla valutazione di stili di vita

(doccia o idromassaggio e frequenza d’utilizzo,

numero medio di lavaggi con lavatrice e lavastoviglie,

etc.), da cui si ricava il consumo medio annuo

previsto;

•temperatura di erogazione dell’acqua calda sanitaria,

che solitamente è di 45°C;•numero di giorni di autonomia che vi deve garantire

l’impianto in caso assenza di sole.

IL CALCOLO DEL FABBISOGNO

Per il calcolo del fabbisogno di ACS, è necessario utilizzare:

• le norme UNI, per gli edifici obbligati per legge ad installare l’impianto;

•un calcolo analitico del fabbisogno esistente o previsto per gli altri casi

IL CALCOLO DEL FABBISOGNO

Esempio di calcolo analitico

•Numero utenti 4

•Durata media doccia 7 min

•Numero complessivo doccie al giorno 4

•Portata doccia (con areatore) 8 lit/min

•Consumo cucina (lavaggio piatti) 60 lit/gg

•consumi vari 40 lit/gg

•Temperatura media acqua rete 10 °°°°C•Temperatura acqua calda utenza 45 °°°°C

Il CONSUMO GIORNALIERO totale è quindi 324

lit/gg

COMPARAZIONE DELLE OFFERTE

Tutte le offerte devono poi:

•dichiarare la % acqua calda prodotta annualmente

con l’energia solare rispetto ai consumi previsti

(mediamente tra il 50 e il 70%);

•contenere il grafico che illustra la quantità mensile

acqua calda producibile con l’energia solare, rispetto

al consumo medio previsto.

QUOTA DI COPERTURA DELL'ENERGIA SOLARE

0

200

400

600

800

1000

1200

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Mesi

kWh/mese Fabbisogno complessivo di

energia

Quota di energia sostituita

Regola di base

COMPARAZIONE DELLE OFFERTE

Altro punto impostante sono le garanzie fornite sui

diversi componenti.

E' opportuno che:

• i collettori siano garantiti almeno 10 anni;

• gli accumuli almeno 5;

• i sistemi di controllo e regolazione almeno 3.

Naturalmente la scelta va fatta utilizzando un po’ di

buon senso e mediando tra risultati, garanzie, costo

complessivo e costo dell’eventuale contratto

quinquennale di manutenzione.

Gli impianti combinati ACS/riscaldamento

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SPORTELLO INFO ENERGIA CHEZ NOUSSPORTELLO INFO ENERGIA CHEZ NOUS

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Grazie per lGrazie per l’’attenzioneattenzione