Corso di TECNOLOGIA DELLE ENERGIE RINNOVABILI · 5/45 Ing. GIORGIO BELOTTI ORDINE degli INGEGNERI...

ENERGIA SOLARE come

FONTE D’INTEGRAZIONE

PRIMARIA nella produzione

Di ACQUA CALDA SANITARIA

Ing. GIORGIO BELOTTI

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ORDINE degli INGEGNERI di BRESCIA – COMMISSIONE ENERGIA

Corso di TECNOLOGIA DELLE ENERGIE RINNOVABILI SOLARE TERMICO a servizio delle UTENZE CIVILI

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Corso di TECNOLOGIA DELLE ENERGIE RINNOVABILI

SOLARE TERMICO a servizio delle UTENZE CIVILI

Ing. GIORGIO BELOTTI ORDINE degli INGEGNERI di BRESCIA – COMMISSIONE ENERGIA

SOLARE TERMICO - cos’è e perché si utilizza

Il Solare Termico è una tecnologia che permette

la conversione diretta dell'energia solare in energia

termica tramite l’ausilio di un impianto termico capace di

RACCOGLIERE la radiazione solare, IMMAGAZZINARLA

e UTILIZZARLA nelle maniera più efficiente a seconda del

tipo di utilizzo richiesto

Se infatti l’applicazione di maggiore accessibilità e ad

oggi più nota è quella della produzione di acqua calda

sanitaria (ACS) ad uso domestico, alberghiero e

ospedaliero, nonché per l’integrazione nella produzione del

calore per il riscaldamento degli ambienti, esistono anche

esempi di impianti termici di processo a medie ed alte

temperature (oltre 120°C) in cui la fonte solare partecipa al

processo di produzione dell’acqua calda e vapore in

impianti industriali o di centrali termoelettriche (impianti di

cogenerazione e trigenerazione, industrie alimentari per

l’essicazione di prodotti, impianti chimici in genere)

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RADIAZIONE SOLARE - energia associata e sue componenti

La radiazione solare è l'energia

radiante emessa dal Sole a partire

dalle reazioni termonucleari di

fusione che avvengono nel nucleo

solare e producono radiazioni

elettromagnetiche

L’ammontare di tale energia al di

fuori dell’atmosfera è costante e

identifica la quantità di energia che

viene captata nello spazio fuori

dall’atmosfera da una superficie di

un metro quadrato, in un secondo,

alla distanza media della Terra dal

Sole

Costante Solare C = 1.367 W/m2

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L’intensità della radiazione solare viene misurata tramite 2 grandezze fisiche

INSOLAZIONE Energia media giornaliera (kWh/m2 giorno)

IRRAGGIAMENTO Potenza istantanea su superficie orizzontale (kW/m2)

La costante solare è la somma delle energie di tutte le

frequenze dello spettro della radiazione solare, non soltanto

quelle della banda visibile

La costante solare è da riferirsi alle soglie dell'atmosfera e

al piano perpendicolare ai raggi solari entranti

Parlando di misura della radiazione solare incidente sul

piano terrestre, occorre quindi considerare anche l’effetto

dell’atmosfera che filtra i raggi solari provocandone la

RIFLESSIONE e la loro DIFFUSIONE modificando l’angolo

d’incidenza degli stessi sulla superficie terrestre

La parte di radiazione che attraversa l'atmosfera senza

alterazioni prendendo il nome di radiazione DIRETTA

Non ultimo vi è da considerare anche l’aspetto legato

all’ASSORBIMENTO di energia da parte di nubi e gas con

un conseguente aumento della temperatura dell’atmosfera

stessa che, ancorché modesto, genera nuove radiazioni

diffuse nella banda della luce visibile

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La RADIAZIONE GLOBALE viene definita come la somma della

radiazione misurata a terra su un piano orizzontale proveniente

direttamente dal Sole e quella diffusa attraverso l’atmosfera

Il rapporto tra queste componenti è strettamente correlato alle

condizioni atmosferiche esistenti all’atto della misurazione

Nel caso invece di una superficie inclinata, oltre alle componenti

sopra citate, può ricevere anche il contributo originato dalla radiazione

riflessa. Tale contributo si chiama ALBEDO e si esprime sotto forma

di un Coefficiente di Riflessione che definisce il rapporto tra la

radiazione riflessa e la radiazione globale, indicando di fatto il potere

riflettente di una superficie

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Irraggiamento (W/m2) orario medio giornaliero

ad una latitudine di 45°N

declinazione solare

angolo orario

latitudine



L’irraggiamento e di conseguenza l’insolazione variano:

- a seconda della localizzazione geografica

- a seconda del mese considerato

- a seconda dell’ora in cui si effettua la misura


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Il pireliometro o piroeliometro è lo strumento usato per la misura dell'intensità della radiazione solare diretta ovvero quella che giunge a terra sotto un ben determinato angolo e senza subire riflessioni

Il sensore è generalmente un corpo nero che assorbe tutta la radiazione solare riscaldandosi: dalla misura della temperatura del corpo si può risalire all'energia assorbita ovvero all'intensità della radiazione che l'ha colpito

Il solarimetro è un dispositivo di misura della radiazione solare globale

I solarimetri a termopila, detti anche piranometri, basano il loro funzionamento sulla differenza di temperatura che si registra tra una superficie di colore nero ed una superficie di colore bianco oppure di un corpo avente una opportuna massa termica non esposta al sole

MISURA DELLA RADIAZIONE SOLARE

Inseguitore solare (sun-tracker) con strumentazione per la misura della radiazione globale e diretta

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http://www.solaritaly.enea.it

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http://sunrise.rse-web.it/

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Fornisce i dati climatici convenzionali necessari per la progettazione e la verifica sia degli edifici sia degli impianti tecnici per il riscaldamento ed il raffrescamento

I dati presentati si raggruppano in due categorie

- DATI CLIMATICI GIORNALIERI MEDI MENSILI

- DATI DI PROGETTO

I primi riguardano il calcolo dei fabbisogni energetici e le verifiche igrometriche, i secondi la verifica del superamento di valori massimi o minimi di specifiche grandezze ed il dimensionamento, in termini di potenza termica, dei sistemi di riscaldamento e raffrescamento

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SOLARE TERMICO - l’elemento captante


Il circuito solare può essere APERTO, se il fluido termovettore che circola nei collettori è lo stesso del circuito di utilizzo o CHIUSO, se il fluido termovettore che circola nei collettori cede calore al fluido d'utilizzo tramite uno scambiatore

Riferendosi invece alle modalità di circolazione del fluido termovettore, un circuito solare si può identificare come

Impianto a CIRCOLAZIONE NATURALE se avviene grazie al processo convettivo del fluido che scaldandosi sale verso il serbatoio di accumulo

Impianto a CIRCOLAZIONE FORZATA se il moto del fluido avviene grazie ad un sistema di pompaggio una pompa che veicola il fluido termovettore dai collettori al serbatoio d'accumulo

La circolazione naturale impone che la caldaia deve essere posta in un punto più alto rispetto al collettore: in questo modo l’acqua fredda può scendere nei collettori, e l’acqua calda può salire nella caldaia

La circolazione forzata grazie all’ausilio della pompa, permette di posizionare la caldaia in qualunque posizione e lungo rispetto i collettori, senza che essa sia necessariamente sopra i collettori

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SISTEMI A CIRCOLAZIONE NATURALE

I sistemi a circolazione naturale sono molto semplici, richiedono scarsa manutenzione e possono essere realizzati impiegando dei pannelli solari con basse perdite di carico

Tutti i sistemi a circolazione naturale si basano sullo stesso principio di funzionamento dei termosifoni, ovvero sul riscaldamento ad opera della radiazione solare del fluido contenuto nel circuito primario che aumentando di temperatura, diminuisce la propria densità e diventa più leggero tendendo naturalmente a risalire verso l’alto, mentre l’acqua fredda che discende per occupare il posto lasciato libero dall’acqua calda, provoca in questa maniera un movimento naturale del fluido medesimo

Nei sistemi a circolazione naturale il serbatoio di accumulo dell’acqua deve essere sempre posizionato più in alto del pannello ed a breve distanza dal medesimo per ovviare ad un incremento delle perdite di carico che possano ostacolarne il deflusso

Per questo motivo solitamente il serbatoio destinato all’accumulo dell’acqua calda sovrasta i pannelli solari stessi ed è posto all’esterno: per questo motivo è importante coibentare accuratamente il mantello del boiler, nonché dotare il sistema di una resistenza elettrica con funzione antigelo in modo da ovviare al congelamento del sistema durante le fredde notti invernali

Tra gli impianti a circolazione naturale si può fare una ulteriore distinzione fra impianti a scambio diretto (sistema aperto) e quelli a scambio indiretto (sistema chiuso): negli impianti a scambio diretto l’acqua scambiata è la stessa che viene riscaldata nei collettori per poi risalire nell’accumulatore da cui verrà prelevata per l’utilizzo, mentre in quelli a scambio indiretto, un fluido (solitamente glicole ed acqua demineralizzata) si riscalda nei pannelli solari e sempre “per effetto termosifone” circola in uno scambiatore del tipo “a serpentino” posto all’interno del serbatoio in cui è accumulata l’acqua calda

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SISTEMI A CIRCOLAZIONE FORZATA

Il principio di funzionamento di un impianto a circolazione forzata differisce da quello a circolazione naturale per il fatto che il fluido, contenuto nel collettore solare, scorre nel circuito chiuso per effetto della spinta fornita da una pompa comandata da una centralina o termostato attivata, a sua volta, da sonde poste sul collettore e nel serbatoio

In caso di giornate o notti fredde ed in mancanza di apporto solare, questo tipo d’impianto garantisce un’efficace protezione dal congelamento utilizzando come fluido termovettore una miscela d’acqua opportunamente additivata da soluzioni antigelo non tossiche a base di glicole propilenico

Esistono anche applicazioni – sistemi “a svuotamento” – in cui viene utilizzata semplicemente acqua e l’effetto antigelo è garantito dalla particolare configurazione d’impianto che svuota l’elemento debole (i collettori esposti al gelo) riversando il fluido termovettore in un serbatoio ausiliario intermedio

L’applicazione tipica della circolazione forzata è, oltre alla produzione di acqua calda per uso sanitario nei casi in cui la circolazione naturale non è applicabile, il riscaldamento ambiente, il mantenimento in temperatura dell’acqua di piscina, i condomini e il settore industriale

MODALITA’ D’INSTALLAZIONE

È solitamente necessario ricorrere all’installazione di una pluralità di collettori onde ottenere il soddisfacimento del bisogno richiesto all’utenza a seconda che si privilegi il raggiungimento di una temperatura prefissata o il traguardo di una determinata portata di progetto

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Un impianto solare termico a circolazione forzata per la produzione di ACS all’utenza (A) è generalmente costituito da uno o più collettori solari (1) che grazie alla sua esposizione e alle caratteristiche tecniche della superficie captante, assorbe la radiazione solare e la converte in calore attraverso un processo di conversione fototermica

Tale energia viene poi veicolata ad un boiler ad accumulo (8) per mezzo di un apposito fluido termovettore che, circolante all’interno dei collettori solari grazie ad una centralina solare (2) posta a regolazione del sistema di

pompaggio (3) in funzione della temperatura rilevata dalla sonda (6) posta a bordo dei pannelli solari, deposita l’energia termica così raccolta dal sistema solare

Fanno parte di questo impianto anche le sicurezze che ne garantiscono il corretto funzionamento, ovvero la valvola di sicurezza (5) ed il vaso di

espansione (4) che sono chiamati a sopperire alle variazioni di volume – e dunque di pressione – del fluido termovettore che circola all’interno del sistema solare, preservando i componenti sensibili – pannelli ed accumulo termico – da possibili danni per sovrappressione

Non ultimo si devono considerare anche gli elementi che, insieme all’impianto solare vero e proprio, concorrono alla produzione di ACS per l’utenza, ovvero l’integrazione (B) che proviene solitamente da una caldaia a combustibile tradizionale e che offre garanzie sulla fornitura di energia termica al boiler anche in caso di avverse condizioni ambientali, nonché alla valvola miscelatrice (7) che, per sua definizione, garantisce la corretta temperatura dell’ACS veicolata all’utenza, miscelando quanto prodotto dal boiler ad accumulo con l’acqua fredda proveniente dall’acquedotto




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SOLARE TERMICO - classificazione dei pannelli


COLLETTORI SOLARI PIANI

I collettori solari piani sono la tipologia attualmente più diffusa

Quelli VETRATI sono essenzialmente costituiti da una copertura in vetro protettivo in grado di sopportare pioggia, vento e grandine oltre che a fornire una prima schermatura contro le rigide temperature invernali

Tali pannelli sono definiti anche AD EFFETTO SERRA in quanto il vetro protettivo opportunamente trattato, è in grado di filtrare i raggi solari e creare l'effetto serra per intrappolare il calore e convogliarlo lungo l’assorbitore vero e proprio, costituito da una piastra captante isolata termicamente nella parte inferiore e lateralmente contenuti all’interno di una cassa metallica o plastica

I collettori piani SCOPERTI sono normalmente in materiale plastico e vengono direttamente esposti alla radiazione solare, con l'acqua da riscaldare che passa direttamente all'interno dei tubi dell'assorbitore

Hanno un costo notevolmente più basso dei pannelli vetrati e l'installazione è molto semplice, al punto da poter essere fatta senza ricorrere a personale specializzato

Ovviamente hanno un rendimento molto basso e per poter funzionare richiedono temperature esterne relativamente alte: per questo motivo sono adatti per gli utilizzi nella stagione estiva come stabilimenti balneari, alberghi stagionali, campeggi e seconde case

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L’elemento più importante in un collettore solare piano è sicuramente la SUPERFICIE CAPTANTE costituita da un assorbitore (formato da lamine e da un sistema idraulico contente il fluido termovettore) e da un vetro coprente che ha il compito di creare un vero e proprio “effetto serra” all’interno del collettore stesso l’assorbitore stesso: il vetro dovrà dunque essere trasparente alla luce del sole, ma risultare opaco ai raggi infrarossi (un corpo che si riscalda emette energia sotto forma di radiazioni infrarosse) così da immagazzinare l’energia radiante ricevuta dal sole

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Collettori solari piani a superficie non selettiva

Presentano semplici lamine colorate in nero come elemento assorbitore e non è stato applicato nessun trattamento al vetro per potenziarne la capacità di trattenimento della radiazione infrarossa

Collettori solari piani a superficie selettiva

Il vetro subisce un trattamento di deposito elettrochimico che, rendendolo meno riflettente, gli permette di trattenere il calore evitando importanti dispersioni di radiazioni infrarosse: aumentando il coefficiente di assorbimento e diminuendo il coefficiente di riflessione, migliora il rendimento dell’impianto e se ne permette un utilizzo anche nel periodo invernale

Proprietà di alcuni rivestimenti selettivi

α assorbanza

ε emissività

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COLLETTORI SOLARI PIANI – COLLETTORI SOTTOVUOTO

Il problema maggiore dei collettori è quelli di trattenere al suo interno il calore dei raggi solari. I collettori a tubi sottovuoto sono progettati con lo scopo di ridurre le dispersioni di calore verso l’esterno: grazie al tubo sottovuoto infatti, si minimizza la dispersione di calore verso l’esterno dovute a convezione e a conduzione

L’elemento assorbitore (solitamente una lamina o una coppia di tubazioni opportunamente rivestite) è presente all’interno del tubo sottovuoto ed il calore raccolto da ciascun elemento tubolare viene convogliato all’interno di un collettore di raccolta posto in capo al pannello stesso

Inoltre a differenza dei pannelli piani ad effetto serra, il sistema con tubi sottovuoto è più sensibile all’irraggiamento diffuso in quanto alla base del pannello trova alloggiamento uno specchio concentratore ad alta riflessione che concentra la radiazione diffusa verso l’elemento assorbitore

Dunque anche se inferiori per resa ottica rispetto ai più tradizionali collettori vetrati, ne guadagnano in termine di radiazione diffusa e minori perdite per dispersione termica, rendendoli capaci di trattenere il calore accumulato anche in caso di temperature esterne molto rigide e per questo motivo vengono utilizzati a latitudini con una insolazione medio-bassa

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Nei collettori sottovuoto, in inglese “Heat-Pipe”, l’energia captata dall’assorbitore (1) provoca il passaggio da liquido a vapore del fluido contenuto nel circuito di rame posto all’interno del tubo sottovuoto (4)

Il vapore così prodotto sale all’interno del circuito fino a raggiungere il bulbo condensatore (2) ove, per effetto della condensazione, torna allo stato liquido cedendo calore al fluido termovettore che scorre in un apposito scambiatore di calore (3) accuratamente coibentato il calore precedentemente assorbito

Una volta condensato il fluido contenuto nel circuito ricade in basso per ripetere il ciclo

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COLLETTORI SOLARI A CONCENTRAZIONE

I collettori solari “a concentrazione” sono collettori concavi progettati per ottimizzare la concentrazione dell’energia solare in un punto ben determinato – fuoco

Sono efficaci solo con luce solare diretta poiché devono seguire il movimento del sole

Questo tipo di collettore potendo raggiungere alte temperature (400-600 °C) è una scelta logica per generatori solari o centrali elettro-solari

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Prove di resa ed efficienza

Durabilità ed affidabilità

Monitoraggio

Sicurezza

COLLETTORI SOLARI PIANI – NORMATIVA DI RIFERIMENTO

La caratteristica principale che identifica la qualità di un collettore solare è l’efficienza intesa come capacità di conversione dell’energia solare incidente in energia termica

SOLARE TERMICO - efficienza

UNI EN 12975-1 Thermal solar systems and components – Solar collectors – Part 1: General requirements

UNI EN 12975-2 Thermal solar systems and components – Solar collectors – Part 2: Test methods

UNI EN 12976-1 Thermal solar systems and components – Factory made systems – Part 1: General requirements

UNI EN 12976-2 Thermal solar systems and components – Factory made systems – Part 2: Test methods

UNI EN 12977-1 Thermal solar systems and components – Custom built systems – Part 1: General requirements

UNI EN 12977-2 Thermal solar systems and components – Custom built systems – Part 2: Test methods

UNI EN 12977-3 Thermal solar systems and components – Custom built systems – Part 3: Performance test

methods for solar water heater stores

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COLLETTORI SOLARI PIANI – BILANCIO ENERGETICO IN REGIME STAZIONARIO

La potenza utile trasferita la fluido termovettore da un collettore solare può essere definita come differenza tra la potenza termica effettivamente captata dal collettore e e quella dispersa in ambiente

La potenza termica captata dal collettore può essere scritta come prodotto della potenza termica incidente sul collettore e di opportuni coefficienti che tengono conto sia delle caratteristiche di trasmittanza ed assorbanza del pannello, sia da un fattore che tiene conto dell’angolo di incidenza della radiazione sul collettore solare stesso

La potenza termica globale dispersa dal collettore verso l’ambiente esterno, può invece essere calcolata da una relazione che vede la superficie netta captante del collettore in relazione ad un coefficiente di dispersione termica del collettore stesso, nonché dipendente dalla differenza di temperatura con l’ambiente esterno

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L’efficienza istantanea di un collettore solare si può esprimere come rapporto tra l’energia

termica utile trasferita al fluido e l’energia

termica totale incidente sul collettore

Hottel e Whillier suggerirono l’introduzione del Fattore di Rimozione Termica FR del collettore nella relazione dell’efficienza istantanea, per consentire l’impiego della temperatura di ingresso del fluido tin al posto della temperatura della piastra tp, di difficile valutazione

Il fattore FR è definito come il rapporto tra l’energia termica realmente estratta dal fluido termovettore e quella teoricamente estraibile se la piastra si trovasse alla stessa temperatura tin del fluido all’ingresso del collettore



Pendenza

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Poiché l’irradiazione solare è variabile durante l’arco dell’anno e nella giornata, è necessario che l’impianto sia dotato di sistema d’accumulo e sia integrato da un impianto termico tradizionale, per soddisfare l’utenza quando l’irradiazione solare manca o è insufficiente

Inoltre, per evitare il congelamento del fluido vettore durante la stagione fredda, occorre solitamente impiegare una soluzione antigelo con il conseguente obbligo di inserimento di uno scambiatore di calore tra i collettori solari e il serbatoio

d’accumulo, con una corrispondente maggiore temperatura media del fluido vettore a parità di temperatura di mandata dell’acqua calda sanitaria alle utenze e una conseguente riduzione dell’efficienza del sistema

Per tener conto della presenza dello scambiatore di calore si definisce un nuovo fattore F'R nell’espressione dell’efficienza

UNI EN 12975-2 Thermal solar systems and components Solar collectors – Part 2: Test methods

Dove T* è la “temperature media ridotta”

Dove

E si ipotizza una dipendenza lineare del fattore di perdita UL dalla temperatura

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Irraggiamento G = 800 W/m2

b0 dipende dalle proprietà ottiche del vetro

ϑ angolo di incidenza della radiazione solare

IAM Incidence Angle Modifier modificatore dell’angolo d’incidenza

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SOLARE TERMICO - l’elemento ricevente

A SINGOLO SERPENTINO A DOPPIO SERPENTINO TANK IN TANK

Due sono i sistemi normalmente utilizzati per produrre acqua calda sanitaria: quello istantaneo e quello ad accumulo

Il sistema istantaneo è concepito e dimensionato per far fronte alle richieste d’acqua calda con una produzione diretta, cioè istantanea

Il sistema ad accumulo è invece concepito e dimensionato per far fronte alle richieste d’acqua calda sia con una produzione diretta, sia con l’aiuto di una riserva d’acqua preriscaldata

Rispetto a quello istantaneo, il sistema ad accumulo consente l’utilizzo di generatori molto meno potenti (come il solare), consentendo inoltre un funzionamento dell’impianto più continuo e regolare e quindi a maggior resa termica

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Dimensionamento da eseguirsi in relazione a:

- fabbisogno di acqua nel periodo di punta

- durata del periodo di preriscaldamento

- temperatura dell’acqua fredda in ingresso

- temperatura dell’acqua calda distribuita

- temperatura dell’acqua accumulata

Valori tipici di consumo orario per tipologia di apparecchio

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BOILER AD ACCUMULO da 150 lt

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SOLARE TERMICO - dimensionamento del fabbisogno di energia primaria

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Ql,er 97,9 kWh/anno

Ql,d 889,1 kWh/anno

Ql,s 41,7 kWh/anno

ΣQ 2.887,9 kWh/anno

D.Lgs. 28/2011

Copertura del fabbisogno di energia prima per uso ACS con almeno il 50% proveniente da fonti rinnovabili

Ipotesi 1 : è stato considerato trascurabile il contributo degli ausiliari d’impianto nel consumo complessivo di energia primaria

Ipotesi 2 : il calore generato per mezzo di un impianto solare

ha rendimento di conversione pari al 100% e pertanto nel calcolo della frazione solare a parziale copertura del fabbisogno di energia primaria si fa riferimento alla ΣQ al netto delle perdite di generazione

PERDITE PER EROGAZIONE PERDITE PER DISTRIBUZIONE

PERDITE PER ACCUMULO

Ipotizzando per l’accumulo solare un Coefficiente di Dispersione noto e pari a 0,14 W/K

Temperatura di stoccaggio ACS pari a 50°C

Temperatura dell’ambiente in cui è installato il sistema di accumulo pari a 16°C

Ipotizzando una rete di ricircolo in doppia tubazione che si snoda per una lunghezza equivalente di 15 mt ed un Coefficiente di Dispersione noto e pari a 0,35 W/K per metro lineare

Temperatura di distribuzione ACS dopo la miscelatrice pari a 45°C

Temperatura dell’ambiente in cui è posata la rete di ricircolo pari a 16°C

Dato un rendimento di erogazione ηer pari al 95% - dato tabellato - rispetto al fabbisogno annuo dell’utenza così come stimato dalla UNI TS 11300-2, ovvero:

Dove Qh è noto ed è stato calcolato per un appartamento tipo di 120 mq

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SOLARE TERMICO - dimensionamento della frazione solare

Sistema di generazione monoenergetico che utilizza uno o più generatori di calore alimentati da un unico vettore energetico e con identico metodo di generazione

Sistema di generazione polienergetico in cui coesistono uno o più generatori di calore e una pluralità di vettori energetici

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SISTEMA POLIENERGETICO

pluralità di generatori alimentati da una diversi vettori energetici e che riversano l’energia termica prodotta in accumuli tecnici che possono essere

assimilabili a vere e proprie pile termiche

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SISTEMA EDIFICIO-IMPIANTO

alimentato da una pluralità di vettori energetici

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DIMENSIONAMENTO DELLA FRAZIONE SOLARE – IL METODO f-CHART

L’energia termica captata dai collettori solari dipende da diversi parametri, tra i quali particolare importanza assumono l’efficienza del collettore, l’angolo di inclinazione, l’orientamento e la latitudine della località, il volume d’accumulo dell’impianto e il tipo di circolazione adottata

Il modello f-chart permette la valutazione della frazione relativa al fabbisogno di energia primaria coperta dalla radiazione solare captata da un sistema di collettori piani a circolazione forzata

Basato su una correlazione semi-empirica ottenuta da risultati sperimentali ed ampiamente verificata, il metodo consente di calcolare il parametro f, definito fattore di

contributo solare, che esprime il rapporto tra l’energia termica mensile fornita dai collettori solari e il fabbisogno termico mensile dell’utenza

Si definiscono due parametri adimensionali (indicati di solito con X e Y ) dove il primo rappresenta il rapporto tra le perdite termiche mensili e il carico termico, mentre il secondo definisce il rapporto tra l’energia mensile assorbita dal collettore e il carico termico mensile

Xi = ( A · Uloop · ηloop · ∆Ti · fst · tm,i ) / ΣQi

Yi = ( A · IAM · η0 · ηloop · Gi ) / ΣQi

In cui oltre ai parametri noti, si identifica con:

A superficie di apertura del collettore solare

Uloop coefficiente di perdita del circuito solare

ηloop rendimento circuito comprensivo dello scambiatore (0,8)

∆T differenza di temperatura tra collettore e ambiente esterno

fst coefficiente di correzione della capacità dell’accumulo

tm ore del mese considerato

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DIMENSIONAMENTO DELLA FRAZIONE SOLARE – ESEMPIO COLLETTORE PIANO VETRATO

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DIMENSIONAMENTO DELLA FRAZIONE SOLARE – ESEMPIO COLLETTORE SOTTOVUOTO CON ASSORBITORE CIRCOLARE

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SOLARE TERMICO - dimensionamento dei sistemi di sicurezza

La stagnazione è lo stato di un collettore o di un sistema, quando non viene asportato calore da un fluido termovettore e che comporta il raggiungimento di una temperatura di equilibrio – detta per l’appunto temperatura di

stagnazione – che corrisponde a quella di equilibrio tra il flusso della radiazione solare assorbita e il flusso termico dissipato in casi di mancato flusso termico asportato dall’utenza

Tale temperatura, che nei collettori di tipo piano è di circa 150°C ma che può superare anche i 200°C per collettori a tubi sottovuoto, porta ad avere la vaporizzazione di parte del liquido contenuto nel sistema con conseguente aumento di volume (e pressione) che deve essere assorbito dal vaso di

espansione

Oltre al vaso di espansione, è necessaria inoltre la presenza di una valvola

di sicurezza tarata in modo tale da entrare in azione solo quando si raggiunge una pressione prossima alla massima consentita e che corrispondente a quella sopportabile dal componente più debole dell’impianto

Il volume del vaso di espansione deve essere tale da evitare che l’espansione del fluido ed il conseguente aumento di pressione non provochino l’intervento della valvola di sicurezza

Per contenere al minimo il volume del vaso di espansione è pertanto solito prevaricarlo ad una pressione tale che alla temperatura di stagnazione del pannello non possa avvenire il cambiamento di fase: ad esempio per una temperatura di stagnazione di 150°C è possibile realizzare una precarica a 3 bar considerando che i componenti dell’impianto possono sopportare una pressione finale di 6 bar

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DIMENSIONAMENTO DEI SISTEMI DI SICUREZZA – VASO D’ESPANSIONE

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DIMENSIONAMENTO DEI SISTEMI DI SICUREZZA – VALVOLA DI SICUREZZA

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SOLARE TERMICO - il rischio legionellosi


Le infezioni da Legionella rappresentano un problema importante in Sanità Pubblica, tanto che sono sottoposte a sorveglianza speciale da

parte dell'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), della Comunità Europea in cui è operante European Working Group for Legionella

Infections (EWGLI) e dell'Istituto Superiore di Sanità, che ha istituito nel 1983 il Registro Nazionale della Legionellosi

La Legionellosi è un’infezione polmonare

causata dal batterio Legionella Pneumophila e può manifestarsi in due forme distinte:

- la malattia del legionario che frequentemente include una forma più acuta di polmonite che può risultare letale

- la febbre Pontiac ovvero una forma molto meno grave simile a una normale influenza

Il batterio della legionella prolifera soprattutto

in ambienti acquatici caldi, tra i 22°C e i 42°C e trova condizioni di vita ottimali nel biofilm presente nelle tubazioni e nei serbatoi idrici

Le strutture a rischio sono tutti gli impianti e i trattamenti tecnologici di distribuzione dell’acqua con una maggiore probabilità di formazione dei batteri negli impianti che comportano un

riscaldamento dell’acqua e la formazione di

aerosol

Le utenze maggiormente esposte al rischio di contaminazione sono:

- strutture turistiche, hotel e campeggi

- case di cura, ospedali e cliniche

- scuole e impianti per attività sportive

- piscine, stabilimenti termali e spa

- impianti idrosanitari centralizzati

- impianti di condizionamento

- torri di raffreddamento

- fontane decorative

Particolare attenzione va dunque rivolta alle strutture sanitarie dove possono generarsi focolai epidemici a carico di pazienti con patologie che li rendono particolarmente esposti

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Per ridurre la pericolosità di questo batterio si deve agire già in fase di progettazione eliminando la possibilità di ristagno dell’acqua garantendo un’accurata progettazione delle reti di ricircolo e prevedendo, ove possibile, la produzione istantanea dell’ACS, che non prevedendo accumuli ovviamente non espone il fianco a questo problema, se non dal lato primario al quale la normale utenza non ha accesso

Altra strategia di azione prevede la cura dell’impianto attraverso un’adeguata disinfezione che preveda una corretta pulizia degli impianti, degli accumuli e dei serbatoi, nonché di tutti gli altri componenti d’impianto in cui possa verificarsi il ristagno dell’acqua e la formazione di sedimenti:

DISINFEZIONE CHIMICA

Tipicamente attuata con un forte dosaggio di cloro o biossido di cloro, non è tuttavia in grado di assicurare una disinfezione continua, oltre a promuovere processi corrosivi che favoriscono di fatto la creazione di sacche per la proliferazione di biofilm

DISINFEZIONE CON RAGGI ULTRAVIOLETTI

Basata sul principio che i raggi ultravioletti possono causare la morte della Legionella, richiede un’accurata manutenzione

DISINFEZIONE TERMICA

Consiste nell’alimentare per alcune ore (solitamente di notte) le reti di distribuzione e di ricircolo dell’impianto sanitario con acqua a temperatura di almeno 60°C così da indurre condizioni tali poter provocare la morte della Legionella

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Ing. GIORGIO BELOTTI

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ORDINE degli INGEGNERI di BRESCIA – COMMISSIONE ENERGIA

FATE TUTTE LE

DOMANDE CHE VI

VENGONO IN MENTE

Corso di TECNOLOGIA DELLE ENERGIE RINNOVABILI · 5/45 Ing. GIORGIO BELOTTI ORDINE degli INGEGNERI...

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