[Ingegneria eBook] - Fotovoltaico - Solar Wall - Guida Alla Progettazione

SOMMARIO��

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!� �� "�� Tecnologia ...................................................................................................................... 34�� Applicazioni tipiche ......................................................................................................... 35�� Dimensionamento del collettore......................................................................................... 39�� Esempio completo............................................................................................................ 40

� �� ®®®®#��$�� Tecnologia ...................................................................................................................... 42 �� Applicazioni tipiche ......................................................................................................... 42 �� Dimensionamento ............................................................................................................ 44 �� Risparmio energetico........................................................................................................ 45

%� ��&�� %�'� ��( ��!��)� �� !!�.�� Progettazione................................................................................................................... 55.�� Montaggio....................................................................................................................... 55.�� Impianto ......................................................................................................................... 55

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LA TECNOLOGIA SOLARWALL®

Figura 1 – Tipica installazione SOLARWALL®La maggior parte degli edifici commerciali ed industriali necessita di ricambiare l’aria una o duevolte ogni ora ed immetterne di nuova.Ogni abitazione può migliorare la qualità dell’aria interna ricorrendo alla tecnologia SOLARWALLche ha risolto i problemi di qualità dell’aria in moltissime applicazioni residenziali, commerciali edindustriali.Il collettore solare ad aria brevettato SOLARWALL® presenta livelli di rendimento tecnico edeconomico tali che l’U.S. Department of Energy’s Inventions Program (Dipartimento Americanoper il Programma delle Invenzioni sull’Energia) lo ha annoverato tra le migliori invenzioni per ilrisparmio energetico.Il National Renewable Energy Laboratory (Laboratorio per l’energia Rinnovabile Nazionale) delColorado, finanziato a livello federale, ha definito il sistema SOLARWALL® il termocollettoresolare tecnologicamente più avanzato tra quelli esistenti.Il collettore solare SOLARWALL® è stato insignito del prestigioso premio R&D 100, del PopularScience “Best of What’s New Award” nonché di numerosi altri riconoscimenti internazionali.L’aria riscaldata dall’energia solare raccolta dal collettore SOLARWALL® può essere immessadirettamente in ambiente o inviata ad un ventilatore dotato di sistema di recupero del calore o ad ungeneratore di aria calda.In inverno, in una giornata soleggiata, il collettore può produrre anche un aumento di 25° C dellatemperatura dell’aria esterna.

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I collettori solari ad aria SOLARWALL® permettono di riscaldare l’aria esterna da immettere inambiente e la quantità di calore che possono trasmettere ad essa dipende dal volume d’aria che liattraversa e dall’irraggiamento solare.In una giornata di sole, alle nostre latitudini, la radiazione solare su una superficie verticale, oscillatra i 700 e gli 800 W/m², mentre in una giornata nuvolosa può scendere fino a 200 W/m².Per stimare l’aumento della temperatura dell’aria esterna che il collettore può dare, si può fareriferimento alle curve riportate in figura 2, che forniscono l’aumento della temperatura dell’aria infunzione dell’irraggiamento solare (W/m²) e della portata unitaria d’aria che attraversa il collettore(m³/h/m²).La curva A si riferisce ad una portata d’aria di 18 m³/h per m² di collettore solare, mentre la curva Ead una portata d’aria di 126 m³/h per m² di collettore solare.Quanto è maggiore la quantità d’aria che attraversa il collettore, tanto è minore l’aumento dellatemperatura dell’aria che il collettore sarà in grado di dare e viceversa quanto minore sarà la portatad’aria che attraversa il collettore tanto maggiore sarà l’incremento di temperatura che essa potràricevere dal collettore. Ad un’alta portata d’aria attraverso il collettore corrisponde quindi un minore aumento dellatemperatura, ad una bassa portata d’aria corrisponde un alto aumento della temperatura.L’aumento della temperatura fornito dal diagramma in figura 2, riguarda la temperatura dell’ariaimmessa in ambiente attraverso il collettore solare ed è calcolato rispetto alla temperatura dell’ariaesterna.

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Il primo passo per l’utilizzo della tecnologia Solarwall® è quello di stabilire la quantità di ariaesterna di rinnovo necessaria agli ambienti interni.All’interno delle abitazioni, moquette, cartone, fibra, animali, fumatori, sono elementi checontribuiscono a contaminare la qualità dell’aria.La qualità dell’aria interna è molto importante ed ai fini della prevenzione della “Sindromedell’edificio malato” (Sick Building Sindrome) diventa opportuno immettere in ambiente unquantitativo adeguato di aria fresca di rinnovo.A questo scopo il sistema SOLARWALL® può essere di grande aiuto permettendo anche dirisparmiare energia.Nelle abitazioni più vecchie, ad elevata dispersione termica, si hanno infiltrazioni d’aria freddaesterna stimate in circa la metà del volume dell’abitazione stessa.L’aria fresca esterna riscaldata dal sole tramite il collettore SOLARWALL® ed immessa inambiente tramite un ventilatore, permette di evitare le infiltrazioni e le correnti d’aria all’internodegli ambienti.Nelle abitazioni più recenti, ben isolate termicamente e con serramenti ad alta tenuta, diventaopportuno prevedere l’immissione di aria esterna opportunamente riscaldata, per garantire un buonlivello qualitativo dell’aria. Il volume dell’aria di ricambio corrisponde anche in questo caso a circala metà del volume dell’abitazione stessa.Nelle giornate molto fredde e molto coperte, quando la radiazione solare è scarsa, l’aria cheverrebbe immessa in ambiente tramite il collettore solare SOLARWALL® può risultare ad unatemperatura inferiore rispetto a quella dell’ambiente interno. In tal caso, un sistema per evitarel’immissione di aria fredda all’interno dell’ambiente è quello di inviare l’aria riscaldata dalcollettore, che si trova a temperatura inferiore rispetto a quella ambiente, in un seminterrato o inun’ampia area di ingresso, mediante una serranda di by-pass (figura 3).

Figura 3 – Collegamento alla caldaia a circolazione forzata dell’ariaSe l’abitazione è dotata di un sistema di riscaldamento con generatore di calore ad aria calda, ilventilatore di servizio al collettore SOLARWALL® può essere collegato direttamente al generatoredi aria calda che, tramite il recupero del calore fornito dal SOLARWALL®, fornirà all’aria da

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immettere in ambiente solo il calore aggiuntivo necessario a scaldare l’aria fino alla temperaturadesiderata. In questo caso il collettore solare SOLARWALL® viene utilizzato per preriscaldarel’aria esterna da inviare al generatore di aria calda.Quando l’aria riscaldata dal collettore solare si trova ad una temperatura maggiore rispetto a quellarichiesta in ambiente, il generatore d’aria calda sarà inattivo, mentre è necessario un funzionamentoa ciclo continuo del ventilatore annesso.

Figura 4 – Scarico diretto nella stanzaSe il ventilatore del sistema SOLARWALL® immette aria direttamente in ambiente, sarà invecenecessario disporre di una regolazione automatica di attivazione e disattivazione del ventilatore perevitare l’immissione di aria a temperatura inferiore all’ambiente (figura 4). Una serranda di by-passcon termostato, permetterà quindi la regolazione del funzionamento del ventilatore “Solarwall” cheimmetterà aria solo quando la sua temperatura finale sarà pari o superiore ad un valore prefissato, aseconda della filosofia di funzionamento dell’impianto.

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La radiazione solare che investe una superficie verticale in una giornata soleggiata, ha un valoremedio di 500 W/m² (o 150 Btu/h/ft²).Facendo riferimento a tale valore dell’irraggiamento solare, la tabella seguente (tabella 1) permettedi individuare la dimensione corretta del collettore solare SOLARWALL® da installare.La tabella 1 riporta un’indicazione delle superfici minime del pannello da installare per riscaldareuna portata d’aria fresca di rinnovo pari a circa la metà del volume dell’abitazione. In generale, perdare un maggior contributo al riscaldamento degli ambienti e riscaldare la stessa portata d’aria aduna temperatura superiore, si preferisce installare una superficie di collettori solari SOLARWALL®

maggiore.

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SUPERFICIE FLUSSO SUPERFICIE CALORE

CASA D'ARIA PANNELLO SVILUPPATO

(m2) (m3/h) (m2) (W)

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135 180 7,5 - 15 3.750 - 7.500

180 240 10 - 20 5.000 - 10.000

225 300 12,5 - 25 5.250 - 12.500

Tabella 1 – Valori indicativi per il corretto dimensionamento dell’impiantoNelle nuove costruzioni, i pannelli SOLARWALL® possono essere utilizzati quali elementi dirivestimento esterno della muratura e possono essere posati anche attorno a porte e finestre. Unasuperficie eccessiva di pannelli SOLARWALL® non costituisce generalmente alcun problema, inquanto non è necessario raccogliere il calore in eccesso ma il calore non utilizzato, salendo versol’alto, potrà uscire direttamente dalla parte alta del collettore.

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I collettori SOLARWALL® sono costituiti da pannelli in lamiera grecata microforata di alluminio oacciaio zincato rivestita in poliestere, disponibile con diversi profili e, attualmente, preferibilmentenel colore grigio antracite per sfruttare al massimo la capacità di assorbimento degli stessi pannelli.L’alluminio e l’acciaio sono equivalenti dal punto di vista delle funzioni, ma l’alluminio èpreferibile in quanto è più leggero, facile da tagliare ed è un materiale totalmente riciclabile.I pannelli in colore grigio antracite assorbono circa il 90% della radiazione solare che ne investe lasuperficie.

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Il National Renewable Energy Laboratory ha redatto una sintesi dei risultati di risparmio energeticofornito dai collettori solari ad aria tipo SOLARWALL® installati sull’intero territorio degli StatiUniti. Il grafico della figura 5 illustra i risultati di risparmio energetico ottenuti da un muro solareSOLARWALL® esposto a sud con riferimento ai dati relativi alla radiazione solare e temperatura diogni diversa località.

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Figura 5 – Risparmio energetico su territorio statunitenseI valori sono espressi in kWh di energia erogata per metro quadrato di pannello in un anno.Gli Stati medio-occidentali registrano i migliori rendimenti del sistema SOLARWALL®, ma èinteressante osservare come il sistema sia efficiente anche in uno stato caldo come il Texas. Su baseannuale, molti stati del sud hanno l’opportunità di risparmiare lo stesso quantitativo di energiatermica di quelli del nord-est. E’ probabile che il sud registri meno giornate che richiedonoriscaldamento, ma tali giorni tendono ad essere soleggiati, mentre nel nord-est, laddove la stagionedi riscaldamento è più lunga, molte giornate invernali possono essere coperte.Una volta rilevata l’energia termica risparmiata in kWh, occorre determinare il costo dell’energiautilizzata per riscaldare l’edificio.Il costo dell’energia elettrica è riferito al kWh di energia consumata, pertanto per ottenere ilrisparmio economico annuo, è sufficiente moltiplicare il costo per kWh indicato sulle bollettedell’energia elettrica per il risparmio energetico totale annuo.Se il sistema di riscaldamento è a gas o gasolio o altro, occorre convertire le unità di misuradell’energia in modo da riferire il costo dell’energia al kWh consumato.Per poter confrontare i costi dei diversi combustibili, si possono utilizzare i fattori di conversionesotto indicati e fare riferimento ai seguenti valori standard di rendimento:sistemi elettrici: in genere rendimento del 100%Caldaie a gas: in genere valori di rendimento tra il 70%, per caldaie di vecchia installazione, e il

90% per nuove caldaie e caldaie a condensazione.Sistemi a gasolio: in genere valori di rendimento tra il 60% e l’80%.1 m³ di gas naturale = 9,5 kWh.1 litro di gasolio da riscaldamento = 11,8 kWh1 Kg di olio combustibile = 11,4 kWh.

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Figura 6 – Abitazione, Trinità (Cuneo)

Figura 7 – Villetta, Elicottville (Canada)

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Lo scopo di un serbatoio di stoccaggio del calore è quello di immagazzinare il calore in eccessosviluppatosi durante il giorno per riutilizzarlo di notte.L’esperienza dimostra che un’abitazione con meno di 20 m² di collettori non richiede una strutturadi stoccaggio in quanto non sarà in grado di produrre energia in eccesso da valere la penaimmagazzinarla.Nei sistemi con superficie di collettori solari più grandi, dimensionati per soddisfare tutta lanormale richiesta di calore per riscaldamento, può essere opportuno prevedere una struttura diimmagazzinamento del calore per far sì che questo sia utilizzato appieno.I serbatoi di stoccaggio del calore più idonei sono costituiti da strutture in pietra che nel caso dinuove costruzioni vengono create nel basamento.Nel caso di edifici esistenti in cui sia difficile installare un serbatoio di stoccaggio in pietra nelbasamento, la struttura di stoccaggio potrebbe essere esterna alla casa.Generalmente si dimensiona il sistema di accumulo del calore sulla base del valore del calore totaleraccolto dal collettore solare in una giornata invernale soleggiata, con riferimento alla radiazionesolare massima giornaliera.Nei mesi invernali, quando le esigenze di riscaldamento sono elevate, l’apporto dell’energia solare èlimitato e di norma il calore che potrà essere immagazzinato durante il giorno non sarà sufficienteper la notte. Ciò rende comunque necessario un apporto di calore supplementare.Un sistema di stoccaggio del calore si rivela vantaggioso nelle stagioni intermedie, quando i periodidi sole sono più prolungati ed intensi e le esigenze di riscaldamento inferiori.Il calore immagazzinato, eventualmente non utilizzato di notte, può essere utilizzato al mattinoseguente prima che inizi la captazione dell’energia solare.Al fine di utilizzare il sistema SOLARWALL® per il riscaldamento degli ambienti o dell’aria diventilazione, in maniera vantaggiosa dal punto di vista economico, si consiglia di non includere unsistema di stoccaggio del calore per installazioni con superfici di collettori fino a 20 m².

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I pannelli SOLARWALL® vengono fissati saldamente alle murature verticali degli edifici creandoun’intercapedine di 8/10 cm.L’apporto solare di un collettore solare verticale esposto a sud, oppure tra sud-est e sud-ovest, èillustrato nella figura 25. I collettori solari captano la maggior parte della radiazione solare seesposti a sud o se orientati di ±20° rispetto al sud.Se non è possibile installare il collettore solare su una superficie esposta a sud, è possibile ottenereancora un grado di rendimento medio con esposizione est o ovest.In realtà, se occorre riscaldare un grande volume d’aria, si può pensare di utilizzare le tre diverseesposizioni.L’orientamento del collettore influenza soltanto la quantità di radiazione solare che può esserecaptata, ma non influisce sull’effetto di isolamento termico della parete su cui viene installato esulla riduzione delle dispersioni termiche.SOLARWALL® Italia fornisce, a richiesta, i pannelli montati in opera o gli accessori per ilmontaggio degli stessi.

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Per far attraversare la portata d’aria richiesta attraverso i collettori SOLARWALL® ed immetterla inambiente, è necessario l’uso di un ventilatore.Nel caso il sistema SOLARWALL® sia utilizzato per il preriscaldamento dell’aria esterna da inviaread un generatore di aria calda, se l’aspirazione risulta sufficiente, può essere utilizzato un unicoventilatore.La portata d’aria ottimale, per questo tipo di utilizzo, è compresa tra i 36 e i 72 m³/h/m² di collettoresolare.Se occorre installare un ventilatore aggiuntivo per l’aspirazione dell’aria dal collettore solare,questo può essere dotato di sistema di attivazione/disattivazione e dovrà essere collegato alventilatore del sistema di riscaldamento.Nel caso il sistema SOLARWALL® immetta aria riscaldata dal calore solare direttamente inambiente, è necessario l’uso di un ventilatore dedicato dotato di apposito sistema di regolazionedella portata e di attivazione/disattivazione.Questo ventilatore, date le dimensioni, potrebbe essere alimentato a corrente continua, utilizzandoun pannello fotovoltaico a 24 V (o 2 pannelli da 12 Volt in serie) che potrebbe fungere anche daunità di controllo solare attivandosi quando è disponibile l’energia solare e variando la velocità delventilatore a seconda delle necessità.

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SOLARWALL® è un sistema solare per il riscaldamento dell’aria basato sull’utilizzo di unrivestimento in lamiera metallica applicato sulle murature esterne degli edifici con funzione diassorbitore di calore.

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SOLARWALL® fornisce calore gratuito, utilizzando l’energia solare per riscaldare aria fresca daimmettere negli ambienti, destinata al riscaldamento degli ambienti o alla ventilazione.

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L’aumento della Temperatura dell’aria che il collettore SOLARWALL® può fornire dipendeessenzialmente dalla radiazione solare presente ed incidente sulla sua superficie e dal volume d’ariache lo attraversa.Una tipica installazione destinata all’uso residenziale può produrre un aumento della temperaturadell’aria esterna da 15°C a 30°C.

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Nelle giornate nuvolose si è comunque in presenza di radiazione solare diffusa che contribuisce ariscaldare l’aria che attraversa il collettore solare, per cui si può registrare un aumento dellatemperatura esterna da 3°C a 12°C.

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L’installazione del collettore SOLARWALL® su una muratura esposta a sud, annulla le dispersionidi calore da parte di questo muro.Il calore disperso dal muro viene infatti trasferito all’aria presente nell’intercapedine tra il muro edil collettore e, quando il ventilatore è in funzione, questo calore viene recuperato e nuovamenteimmesso nell’edificio.

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L’efficienza massima del sistema SOLARWALL® si ottiene con orientamento compreso tra sud-este sud-ovest. Tuttavia i collettori possono essere montati anche su muri esposti ad est ed ovest conuna flessione del rendimento e della quantità di calore prodotta.

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Nelle regioni a clima rigido, gli accumuli di neve sul tetto ne sconsigliano l’installazione, in quantose il tetto non è abbastanza spiovente potrebbe non consentire lo scivolamento della neve e quindiostacolare il funzionamento del collettore.Inoltre il collettore solare SOLARWALL® viene utilizzato nei mesi freddi, quando il sole è piùbasso sull’orizzonte, per cui l’installazione verticale garantisce una posizione più perpendicolare airaggi solari e la captazione di una maggior quantità di energia. L’energia solare raccolta dalcollettore montato verticalmente può anche aumentare del 20% grazie alla captazione anche dellaradiazione solare riflessa dal terreno innevato circostante. Infine i costi di installazione su superficiverticali sono inferiori.

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Spesso le giornate più fredde tendono ad essere soleggiate, pertanto anche in presenza ditemperature sotto zero, il collettore SOLARWALL® è in grado di captare l’energia solare e diriscaldare l’aria fredda.

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E’ possibile collegare il collettore SOLARWALL® alla maggior parte dei ventilatori esistenti incommercio, della prevalenza e portata necessaria.

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Il collettore solare SOLARWALL®, essendo costituito da una lamiera in alluminio o acciaio, ha insé dei costi assai ridotti, ma l’aspetto più interessante è la rapidità con cui l’investimento si ripaga.Gli elementi che influiscono sul costo globale dell’impianto sono le condizioni di installazione, ilnumero di ventilatori necessari e il sistema di regolazione.Nelle nuove costruzioni, il costo della realizzazione del muro solare è paragonabile a quello di unmuro tradizionale. Nelle applicazioni su edifici esistenti, generalmente si ammortizzano i costi in unperiodo che va dai tre ai cinque anni.

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I pannelli SOLARWALL® hanno il medesimo effetto estetico dei tradizionali rivestimenti metalliciper edifici e sono utilizzabili dagli architetti come elemento costruttivo caratteristico.

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I nuovi regolamenti edilizi consigliano volumi di aria fresca di ricambio superiori al valoreattualmente garantito (la metà del volume della casa in m³/h) ed il sistema SOLARWALL® è ingrado di fornire il riscaldamento necessario anche a quantitativi superiori di aria che venganoimmessi in ambiente.Nella stagione estiva protegge il muro su cui è installato dall’irraggiamento solare, responsabile diparte del carico termico per irraggiamento.Nelle stagioni intermedie, il SOLARWALL® può produrre riscaldamento degli ambienti o dell’ariadi ventilazione anche quando gli impianti termici sono ormai spenti ma fa ancora un freddo.

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Il riscaldamento ad energia solare non inquina e contribuisce alla riduzione delle emissioni di gasresponsabili dell’effetto serra e del riscaldamento globale del pianeta.L’utilizzo del sistema solare SOLARWALL® permette di risparmiare energia, aumentare la qualitàdell’aria interna degli edifici e di contribuire a migliorare la qualità dell’ambiente.

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Il materiale dei pannelli SOLARWALL® è costituito interamente da metallo ed il sistema è statoprogettato per durare decenni; in particolare, i pannelli sono in alluminio dunque sonocompletamente riciclabili.

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Vincitore di numerosi premi internazionali, i collettori solari ad aria SOLARWALL® offrono altirendimenti di sfruttamento dell’energia solare, con una notevole riduzione dei costi rispetto aicollettori di tipo vetrato.Perché l’energia solare sia a basso costo occorre che il sistema di utilizzo sia a basso costo.Il basso costo del sistema è dovuto al tipo di materiale che costituisce il collettore, alla facilità diapplicazione e alle pressoché nulle necessità di manutenzione.La lamiera metallica, che costituisce il collettore SOLARWALL®, viene montata sulla parte esternadei muri formando un’intercapedine.Il SOLARWALL® può essere considerato come materiale da costruzione, oltre che come pannellosolare da aggiungere a strutture esistenti.Una volta installato, il muro solare SOLARWALL® assume l’aspetto di una muratura con uncomune rivestimento metallico, non presenta componenti mobili e non necessita di manutenzione.La figura 8 mostra la sezione di una tipica applicazione su edificio industriale: il collettoreSOLARWALL® appare come un rivestimento metallico in colore scuro montato su un muroesposto a sud.Il collettore può essere usato per preriscaldare l’aria esterna di rinnovo da inviare ad una UnitàTrattamento Aria o ad impianti di riscaldamento ad aria, oppure può essere usato come sistemaindipendente per contribuire al riscaldamento e al ricambio aria degli edifici che si attiva soltantoquando è disponibile un quantitativo sufficiente di calore.Il collettore SOLARWALL® preleva il calore solare, nelle ore in cui questo è disponibile, e lotrasmette all’aria che attraversa lo spazio tra il collettore e il muro esterno del fabbricato; l’ariapreriscaldata dalla radiazione solare viene convogliata in un canale orizzontale (canopy) situato allasommità della parete solare ed aspirata da un ventilatore che la immette in ambiente o inviata adun’Unità di Trattamento d’Aria o ad un generatore di calore ad aria.Normalmente i collettori SOLARWALL® vengono utilizzati, con funzionamento ad alta portata, peril preriscaldamento dell’aria di ventilazione degli ambienti quando i requisiti di ricambio d’ariasono alti, oppure vengono utilizzati ad alta temperatura e bassa portata per fornire calore gratuitoagli ambienti interni, coprendo una quota della domanda di energia per riscaldamento.Il sistema permette di migliorare la qualità dell’aria interna degli edifici e di risparmiare energia conrendimenti di captazione dell’energia solare che superano il 70%.Il sistema SOLARWALL® può sostituire l’impianto di ventilazione tradizionale ed essere integratocon un sistema di riscaldamento degli ambienti ad aerotermi atto a fornire il calore necessario acoprire il fabbisogno totale di calore dell’edificio.Il sistema SOLARWALL® può portare benefici anche nel periodo estivo, quando in realtà non c’èdomanda di calore. L’aria calda tende infatti a salire nell’intercapedine tra il collettore ed il muro e,aspirata, viene fatta uscire dall’alto: questo movimento dell’aria calda verso l’alto permette diraffreddare il collettore solare. Il rivestimento in lamiera protegge il muro esposto a sud dallaradiazione solare incidente riducendo le esigenze di raffrescamento dell’edificio.

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In Canada, negli Stati Uniti Settentrionali e nei paesi del Nord Europa, così come alle nostrelatitudini, una superficie verticale è più adatta alla captazione dell’energia solare rispetto ad unasuperficie inclinata, se il calore solare è richiesto essenzialmente nella stagione invernale, quando iraggi solari sono più bassi sull’orizzonte.I vantaggi dei collettori SOLARWALL® montati su una superficie verticale sono:- le superfici verticali ricevono il massimo della radiazione solare incidente durante il periodo

invernale e possono usufruire anche della radiazione solare riflessa dal suolo coperto dineve; la radiazione solare incidente su di esse nei mesi estivi è invece sensibilmente ridottaed è quindi ridotto l’apporto di calore da parte del collettore in quei mesi in cui non c’èdomanda di calore e c’è anzi eventuale richiesta di raffrescamento.

- i costi di installazione degli impianti montati su superficie verticale sono molto inferiori.- su una superficie verticale, gli accumuli di neve non costituiscono un problema.- i pannelli montati in posizione verticale non comportano problemi legati ad eventuali carichi

dovuti al vento.

L’applicazione dei collettori solari SOLARWALL® su un muro esposto a sud permette la riduzionedelle dispersioni di calore da esso, in quanto produce un effetto isolante. Il calore disperso dal muroviene recuperato in quanto raccolto dall’aria che fluisce nell’intercapedine tra il muro ed ilcollettore ed immesso quindi di nuovo in ambiente. Il collettore solare SOLARWALL funge quindianche da scambiatore di calore per il recupero delle dispersioni di calore della superficie su cui èinstallato.In edifici di nuova costruzione il costo della realizzazione di un muro solare SOLARWALL® si puòparagonare a quello di un muro con rivestimento tradizionale.Nel caso di applicazione in edifici esistenti, il collettore solare SOLARWALL® può essereinstallato su qualsiasi tipologia di muratura.La soluzione più usata è quella di realizzare alla sommità del collettore verticale un canaleorizzontale (canopy), anch’esso perforato per una miglior raccolta e convogliamento dell’ariapreriscaldata. L’aria preriscaldata dalla radiazione solare viene convogliata nel canopy alla sommitàdella parete solare ed aspirata da un ventilatore che la immette in ambiente o viene inviata adun’Unità di Trattamento d’Aria o ad un generatore di calore ad aria.Il collettore SOLARWALL® può essere facilmente sagomato intorno a porte o finestre.Qualora non sia possibile installare il collettore su una superficie verticale, si può pensare diinstallarlo su una copertura, fermo restando l’esposizione a sud, con una diminuzione dell’efficienzada valutare a seconda dell’inclinazione della falda.L’inclinazione del tetto dovrebbe essere preferibilmente superiore a 30° e comunque non inferiore aquesto valore. Nel caso di località ove si verifichino frequenti precipitazioni di neve, l’inclinazioneminima del collettore deve essere di 45° per evitare l’accumulo di neve su di esso.Anche se la posizione ideale per il collettore SOLARWALL® è quella verticale, è possibile quindimontare i pannelli SOLARWALL® sulle coperture degli edifici a condizione che ci sia la pendenzanecessaria a che la neve possa scivolare via dal pannello.Il solaio di copertura deve comunque essere dotato di un sistema di tenuta e impermeabilizzazioneall’acqua.Occorre prevedere una parte del pannello non perforata in prossimità della presa d’aria onde evitarel’ingresso dell’acqua piovana.

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Il collettore SOLARWALL® permette il preriscaldamento dell’aria esterna, ma per sopperire a tuttele necessità degli ambienti interni occorre prevedere un impianto di riscaldamento tradizionale.L’aria riscaldata dal sole deve essere utilizzata e immessa in ambiente senza diminuire il comfortinterno e creare situazioni di disagio o correnti d’aria.Generalmente il collettore solare SOLARWALL® viene utilizzato per preriscaldare l’aria esterna diventilazione, integrandolo con il sistema di ventilazione tradizionale. In questo caso il generatore dicalore del sistema di ventilazione tradizionale si attiva soltanto quando la temperatura dell’ariaall’uscita del collettore è inferiore alla temperatura richiesta per l’aria interna.

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Qualsiasi edificio che necessiti di aria di ventilazione è l’utente ideale per l’applicazione di uncollettore solare ad aria.In particolare, gli edifici scolastici ed i centri sportivi, con palestre e/o piscine coperte, richiedonograndi volumi di aria di ricambio e rappresentano quindi applicazioni ideali del sistemaSOLARWALL®.Gli edifici pubblici, ad uso ufficio o altro, utilizzano anch’essi grandi volumi di aria di ventilazionee la ventilazione degli ingressi e corridoi di grossi complessi residenziali richiede anch’essa unagrande quantità di energia.L’installazione di un collettore solare SOLARWALL® in questi tipi di edifici può essere prevista alivello di progetto, posizionando la presa di aria esterna sul lato sud dell’edificio e integrando ilcollettore solare sulla facciata sud.La presenza di finestre non comporta grossi problemi in quanto è possibile ritagliare il collettoresolare intorno alle aperture e montare eventualmente una struttura a tettoia in lamiera perforatasopra gli infissi, integrandola nella facciata dell’edificio.

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Le applicazioni industriali sono gli utenti ideali per l’applicazione del sistema SOLARWALL®, inquanto gli stabilimenti possono presentare esigenze particolari di ventilazione a seconda dellelavorazioni e delle merci prodotte.Qualsiasi processo che implichi verniciatura, saldatura , uso di sostanze chimiche, interventi suautoveicoli con produzione di fumi e/o odori, richiede un impianto di ventilazione per garantire unambiente di lavoro sano.I fabbricati industriali e quelli commerciali, costituiti da ambienti a grossa volumetria ecaratterizzati da vaste superfici murali senza aperture, sono particolarmente favorevoliall’applicazione del sistema SOLARWALL®, in quanto permettono l’installazione di grandisuperfici di collettore solare e il trattamento di grossi quantitativi di aria di ventilazione, garantendocosì un alto livello di captazione dell’energia solare e un’alta efficienza di funzionamento delsistema SOLARWALL®.Il collettore solare SOLARWALL®, applicato in edifici industriali e commerciali, può essereutilizzato per contribuire al riscaldamento degli ambienti o per il preriscaldamento dell’aria esternada inviare alle Unità di Trattamento Aria.Inoltre la distribuzione del calore dall’alto mediante diffusori a lancio o canali in tessutomicroforato, può contribuire a “destratificare” l’aria calda a soffitto e permettere un ulteriorerisparmio di energia grazie alla riduzione delle perdite di calore dal soffitto (o copertura).Infatti, in ambienti molto alti e con grosse volumetrie, il calore tende a salire verso l’alto e si ha unastratificazione dell’aria che comporta sostanziali differenze di temperatura tra il terreno e il soffittononché fastidiose correnti d’aria.

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- Basso costo.- Elevata efficienza nella captazione dell’energia solare.- Possibilità di gestire notevoli volumi d’aria esterna da riscaldare.- Riscaldamento gratuito dell’aria di ventilazione.- Facilità di integrazione su murature verticali o su coperture di edifici.- Buon impatto estetico.- Miglioramento della qualità dell’aria interna.- Risparmio energetico.

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- Permette solo il riscaldamento dell’aria di ventilazione.- Non si adatta a sistemi di riscaldamento degli ambienti senza richiesta di aria di

ventilazione.

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La posizione del sole nel cielo varia a seconda della latitudine e del mese dell’anno. D’inverno ilsole si trova più basso sull’orizzonte mentre raggiungerà l’altezza massima a giugno.La captazione dell’energia solare da parte di un collettore solare è massima quando i raggi del solelo colpiscono perpendicolarmente. Quanto più il collettore sarà posizionato in maniera damassimizzare la captazione della radiazione solare, tanto più alta sarà la sua efficienza difunzionamento.Se il collettore viene utilizzato nei mesi invernali per il riscaldamento degli ambienti e/o dell’aria diventilazione, esso dovrà essere installato più vicino possibile alla posizione verticale permassimizzare la captazione dei raggi solari che formano un angolo basso rispetto all’orizzonte.L’inclinazione dei collettori solari di un angolo pari alla latitudine del luogo, come spesso avvienenegli impianti ad energia solare, permette un buon compromesso per sfruttare l’energia solare lungotutto il corso dell’anno (stagione estate-inverno), ma l’utilizzo del collettore SOLARWALL®

esclusivamente nel periodo invernale ne consiglia l’inclinazione verticale.Se si considera la riflessione dei raggi solari da parte di un suolo innevato, un collettore solaremontato in posizione verticale rispetto al suolo, permette lo sfruttamento anche della radiazionesolare riflessa aumentando il suo rendimento e fornendo un apporto solare superiore del 15-30% aseconda del quantitativo di neve.

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L’apporto solare di un collettore solare verticale esposto a sud, oppure tra sud-est e sud-ovest, èillustrato nella figura 25. I collettori solari captano la maggior parte della radiazione solare seesposti a sud o se orientati di ±20° rispetto al sud.Se non è possibile installare il collettore solare su una superficie esposta a sud, è possibile ottenereun discreto grado di rendimento con esposizione est o ovest.In realtà, se occorre riscaldare un grande volume d’aria, si può pensare di utilizzare le tre diverseesposizioni.L’orientamento del collettore influenza soltanto la quantità di radiazione solare che può esserecaptata, ma non influisce sull’effetto di isolamento termico della parete su cui viene installato esulla riduzione delle dispersioni termiche.

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Il SOLARWALL® consente di ottenere un risparmio energetico attraverso cinque diversimeccanismi:

- riscaldamento solare attivo dell'aria di ventilazione.- recupero del calore perduto per trasmissione attraverso la parete su cui è installato.- utilizzo di aria proveniente dalla parte sud dell'edificio che risulta in media più calda

(effetto solare passivo).- diminuzione delle perdite di calore dalla parete ospitante il collettore, in quanto ne viene

aumentata la resistenza termica, a causa dell'innalzamento della temperatura dell'ariadietro il SOLARWALL®.

- effetto di destratificazione del calore all’interno degli ambienti con conseguentediminuzione delle perdite di calore dalla copertura.

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I collettori solari SOLARWALL® riscaldano l’aria esterna ed è possibile determinarne l’apportotermico con riferimento alla portata d’aria che viene prelevata e fatta fluire attraverso il collettore.

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L’aria, aspirata da un ventilatore, attraversa le perforazioni della parete solare, si riscalda e saleverso l’alto fino a raggiungere la sommità del muro, da dove viene convogliata in un canaleorizzontale (canopy) e quindi immessa in ambiente o inviata ad un’Unità di Trattamento d’Aria o adun generatore di calore ad aria.I fattori che influenzano il flusso dell’aria attraverso il muro solare e l’efficienza di raccolta delcalore solare, sono principalmente:

- le dimensioni del muro in termini di rapporto tra altezza e larghezza.- la dimensione e densità dei fori sul pannello.- la velocità dell’aria attraverso i fori.- lo spessore dell’intercapedine tra il muro e il collettore solare.- la dimensione del canopy ed il volume d’aria trattato.

Se il collettore solare è molto esteso in lunghezza, è opportuno prelevare l’aria in più punti allasommità del muro solare, al fine di contenere le dimensioni del collettore di raccolta (canopy).

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Il parametro di riferimento è la portata d’aria per unità di superficie del collettore (m³/h/m²), sullabase del quale si effettuano le analisi energetiche relative al funzionamento del sistemaSOLARWALL®.

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Le curve A e B nella figura 26 (portata unitaria d’aria 18 m³/h per m² e 36 m³/h per m²) siriferiscono al funzionamento del sistema SOLARWALL ad alta temperatura e bassa portata.Le curve C e D (portata unitaria d’aria 72 m³/h per m² e 97 m³/h per m²) si riferiscono invece alfunzionamento del sistema SOLARWALL® ad alta portata e bassa temperatura tipico nella maggiorparte delle applicazioni ove si richiede l’integrazione del sistema a collettori solari ad aria con unsistema ad aria per il riscaldamento e la ventilazione degli ambienti.La curva E (portata unitaria d’aria 126 m³/h per m²) o curve riferite a portate d’aria unitarie ancorapiù elevate, sono utilizzate in applicazioni industriali in cui è richiesta l’immissione di grossivolumi di aria esterna di rinnovo.Se è nota la superficie massima disponibile per il collettore solare, generalmente si procedevalutando la portata d’aria atta a garantire il salto di temperatura desiderato con riferimento allecurve riportate in figura 26.Se l’area del collettore è di 500 m² e si desidera ottenere un consistente aumento della temperatura,occorre fare riferimento alle curve A e B nella figura 26 (portata unitaria d’aria 18 m³/h per m² e 36m³/h per m²).Facendo riferimento alla curva B (36 m³/h per m²), la portata d’aria da trattare sarà di circa 18.000m³/h per ottenere un aumento di temperatura di circa 15°C in giornate parzialmente soleggiate,

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29

caratterizzate da un valore della radiazione solare su superfici verticali di 400 W/m², e di 23°C ingiornate soleggiate, con radiazione solare di 700 W/m2.

Se invece sono fissati sia la superficie del collettore solare che il volume d’aria che si desiderariscaldare, si procederà soltanto alla stima dell’incremento di temperatura dell’aria esterna che èpossibile ottenere con questi parametri di dimensionamento.Se la superficie del collettore è di 500 m² ed il volume d’aria da riscaldare è di 50.000 m³/h,calcolando un flusso d’aria attraverso il pannello di 100 m³/h per m², con riferimento alla curva D(97 m³/h per m²), in giornate parzialmente soleggiate, caratterizzate da un valore della radiazionesolare su superfici verticali di 400 W/m² si stimerà un salto di temperatura di circa 8°C, e di 14°C ingiornate soleggiate, con radiazione solare di 700 W/m2.

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Se occorre riscaldare l’aria ad elevate temperature e sono richiesti bassi volumi di aria diventilazione (uso per riscaldamento ambienti), è opportuno realizzare un sistema con bassa velocitàdi suzione dell’aria attraverso i fori (velocità dell’aria perpendicolare al muro):

da 0,005 m/s a 0,015 m/s (da 18 m³/h a 54 m³/h)

in presenza invece di grossi volumi d’aria da riscaldare a temperature più ridotte (uso perpreriscaldamento dell’aria di ventilazione), occorre prevedere un’alta velocità di suzione dell’ariaattraverso i fori:

da 0,03 m/s a 0,055 m/s (da 108 m³/h a 200 m³/h)

Nel caso di volumi intermedi di aria da riscaldare (uso riscaldamento aria di ventilazione), lavelocità di suzione attraverso i fori potrà essere:

da 0,015 m/s a 0,03 m/s (da 54 m³/h a 108 m³/h).

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Il pannello SOLARWALL® può essere di qualsiasi colore scuro, in quanto i colori scurigarantiscono i migliori risultati dal punto di vista dell’assorbimento del calore solare.Il colore migliore è ovviamente il nero, seguito dal grigio antracite e dal marrone scuro (90% dicapacità di assorbimento della radiazione).

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Il disegno in figura 27 riporta uno dei profili più utilizzati:

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I collettori SOLARWALL® sono costituiti da pannelli in lamiera grecata microforata di alluminio oacciaio zincato rivestita in poliestere, disponibile con diversi profili e, attualmente, preferibilmentenel colore grigio antracite per sfruttare al massimo la capacità di assorbimento degli stessi pannelli.L’alluminio e l’acciaio sono equivalenti dal punto di vista delle funzioni, ma l’alluminio èpreferibile in quanto è più leggero e facile da tagliare ed è un materiale totalmente riciclabile.I pannelli in colore grigio antracite assorbono circa il 90% della radiazione solare che ne investe lasuperficie.Il pannello in lamiera grecata che costituisce il pannello solare SOLARWALL® è disponibile invari profili. Il profilo più usato è quello 30/250, dove il passo tra due grecature è di 250 mm mentrel’altezza della grecatura è di 30 mm.

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Il pannello in lamiera perforata che costituisce il collettore solare SOLARWALL® assomiglia ad unnormale rivestimento in lamiera. Esso potrà fungere così sia da collettore solare che da rivestimentoesterno per muri o coperture.E’ necessario creare un’intercapedine tra il muro dell’edificio ed il collettore solare, all’interno dellaquale l’aria riscaldata dal calore solare può salire fino alla sommità e raggiungere il punto diaspirazione più vicino.L’intercapedine creata esclusivamente dal profilo della lamiera del collettore può essere sufficientequando si hanno ridotti volumi d’aria da trattare.La profondità dell’intercapedine influenza il flusso dell’aria nel suo interno e si riduce se sonoprevisti più punti di aspirazione dell’aria.Una volta stabilito il flusso d’aria che si vuole ottenere all’interno del collettore e quindi anchel’incremento di temperatura che si desidera ottenere, si potrà definire la profonditàdell’intercapedine.Il flusso d’aria alla sommità del muro solare dovrebbe avere una velocità non superiore ai 3 m/s.

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Nel caso di grossi volumi d’aria da trattare, non è sufficiente realizzare un’intercapedine tra il murodell’edificio e il collettore solare ma è opportuno prevedere, alla sommità del muro solare, uncanale orizzontale per il convogliamento dell’aria ai punti di aspirazione.Il canale di raccolta orizzontale (canopy) viene generalmente dimensionato sulla base di unavelocità dell’aria non superiore ai 5 m/s. Il ventilatore (o ventilatori) viene collegato al canopy;maggiore sarà il numero delle prese d’aria, più contenute saranno le dimensioni del canopy.Il sistema SOLARWALL® può essere realizzato in diverse configurazioni, come evidenziato nellafigura 29, che comportano diverse modalità di realizzazione della raccolta dell’aria alla sommità delmuro e del canale orizzontale di raccolta.TIPO 1:Il collettore solare è montato tutto alla stessa distanza dal muro dell’edificio, ad unadistanza che non deve superare i 300 mm se non si realizza un canale orizzontale di raccolta aria(canopy) sporgente.

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TIPO 2:Il collettore solare è rastremato con distanza superiore in alto e inferiore in basso.TIPO 3:Il collettore solare è montato ad una certa distanza dal muro (minimo 100 mm) ed è dotato dicanopy in lamiera perforata alla sua sommità.TIPO 4:Il collettore solare è montato direttamente contro il muro ed è dotato di canopy in lamiera perforataalla sua sommità.TIPO 5:Il collettore è montato contro il muro o ad una certa distanza ed il canopy è realizzato sullacopertura dell’edificio dietro il collettore stesso e non è perforato.Anche il ventilatore è posizionato sulla copertura.Il sistema SOLARWALL®, nelle configurazioni di cui sopra, è progettato sulla base dei seguenti trefattori:

- volume d’aria da trattare.- Estetica.- costo.

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I passi da seguire sono generalmente i seguenti:- stabilire la dimensione del collettore solare e la sua posizione, verificando prima la

disponibilità della superficie del muro esposto a sud e, in caso di impossibilità adinstallarlo sul muro esposto a sud, prendendo in considerazione anche i muri esposti asud-est o sud-ovest, che possono essere utilizzati entrambi con buoni risultati.

- determinare il volume di aria esterna che è necessario riscaldare.- calcolare la portata d’aria per unità di superficie del collettore solare e far riferimento

alle curve in figura 2 o 26 per determinare l’aumento di temperatura dell’aria previsto.- scegliere il colore e il profilo della lamiera e dimensionare e posizionare il canale

orizzontale di raccolta aria (canopy).- studiare la destinazione dell’aria riscaldata dal SOLARWALL®: o immetterla

direttamente in ambiente, o inviarla ad un Unità di trattamento Aria esistente o prevista,o inviarla al generatore di aria calda per il riscaldamento dell’aria di ventilazione eriscaldamento degli ambienti.

- definire il numero di ventilatori richiesti e la distribuzione dell’aria riscaldata dalSOLARWALL® negli ambienti interni.

Si precisa che nelle applicazioni in edifici dotati di ambienti a grande altezza, è possibile ottenereun effetto di destratificazione dell’aria interna prevedendo una distribuzione interna dell’ariamediante condotti a soffitto dotati di ugelli o diffusori di aria o mediante un sistema a condottoperforato. In questo modo si immette aria più fredda a livello del soffitto, ove si trova stratificataaria a temperatura più alta.L’aria si miscela, si raffredda rispetto a quella stratificata, tende a scendere, attivando un motoconvettivo all’interno del fabbricato, destratificando l’aria e diminuendo la differenza ditemperatura fra altezza pavimento e soffitto.Si ottiene un ulteriore risultato di risparmio energetico, dovuto alla riduzione delle perdite di caloredalla copertura ed alla riduzione delle perdite di calore sull’aria di estrazione, quando questaavviene dall’alto.L’effetto di miscelazione dell’aria a soffitto può essere ottenuto anche quando non vi è contributosolare (per esempio di notte), sfruttando l’aria proveniente dal SOLARWALL® per ottenere aria atemperatura più bassa a livello del soffitto.

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L’energia termica annua prodotta da un impianto a collettori solari ad aria varia a seconda dellalocalità e delle caratteristiche di irraggiamento solare relative all’anno in questione.Altri fattori influiscono sul risparmio energetico annuo ottenibile quali le ore di funzionamentodell’impianto, la portata d’aria trattata ed il livello di isolamento dei muri.E’ possibile valutare l’energia solare effettivamente raccolta dal collettore e il risparmio energeticoannuo ottenibile utilizzando specifici programmi software, interfacciati ai valori raccolti da impiantirealizzati e monitorati.

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Nei mesi estivi il calore dovuto all’irraggiamento solare su muri e tetti degli edifici contribuisce alcarico di raffrescamento dell’edificio. Il collettore solare ad aria SOLARWALL® permette diridurre il carico per irraggiamento solare sulla superficie su cui è installato. L’aria calda verràprelevata dal SOLARWALL® dal basso e tenderà a salire verso l’alto ove sarà fatta fuoriuscire.Per aumentare il flusso dell’aria si può installare una serranda di by-pass per facilitare la fuoriuscitadell’aria calda dalla sommità del muro solare.Il calore solare verrà dunque trasferito alla aria presente nell’intercapedine tra il muro dell’edificioed il collettore solare e non al muro stesso.Nel caso di edifici con muri esterni isolati, l’effetto di schermatura da parte del Solarwall puòrisultare ancora più significativo.

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!� SOLARWALL PER L’ESSICCATOIO SOLARE

!�� Tecnologia

Il principio di funzionamento del collettore Solarwall® è identico a quanto visto per la produzione diaria riscaldata per la ventilazione o il condizionamento degli ambienti. Si rimanda, quindi, aiparagrafi precedenti.

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!�� Applicazioni tipicheIl sistema è utilizzabile per varie tipologie di prodotti da essiccare senza modificare sostanzialmentel’operatività produttiva in essere e con ritorni degli investimenti in tempi brevissimi.Le soluzioni attuali di essiccazione attraverso l’utilizzo di combustibili fossili accelerano i tempi diproduzione rispetto ai metodi tradizionali, ma comportano costi elevati e, in alcuni casi, ricadutenegative sulla qualità del prodotto. L’applicazione del Solarwall® permette di accelerare,controllandoli, i tempi dei metodi tradizionali.L’essiccazione di ogni materiale prevede la rimozione dell’acqua dal materiale stesso. La velocità diessiccazione dipende dal volume, dalla temperatura e dall’umidità contenuta nell’aria che passa sulmateriale. Il metodo usuale è riscaldare l’aria ambiente, il che abbassa l’umidità relativa e aumentala capacità di assorbire l’acqua, facendo passare quest’aria calda sul materiale da essiccare.L’energia richiesta per l’essiccazione di diversi prodotti può essere determinata partendo dalcontenuto iniziale e finale di umidità di ogni prodotto. I prodotti hanno diversi tassi di essiccazionee temperature massime ammissibili. In molti casi, è necessario solo un piccolo aumento ditemperatura per raggiungere le giuste condizioni di essiccazione. La tabella 2 elenca un numero diprodotti con i contenuti di umidità, il totale d’acqua da rimuovere e l’energia richiesta per ilprocesso.

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B�1��<��-�� -� ��I��Una volta stabilita l’energia necessaria per raggiungere una corretta essiccazione, si può facilmentecalcolare l’area dei pannelli solari necessari per produrre una quantità di calore sufficiente asostituire sistemi a combustibile fossile. La figura 34 illustra alcuni essiccatoi di uso corrente.È possibile applicare il Solarwall alla maggior parte delle tipologie di essiccatoi.

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La figura 35 illustra alcune modalità di connessione fra il collettore solare e sistemi di essiccazioneesistenti.

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Quando il sistema solare è aggiunto ad un essiccatoio esistente, il bruciatore sull’essiccatore deveavere la fiamma modulabile, o spegnibile, quando il Solarwall produce calore sufficiente. Ciò siaper ottimizzare i risparmi energetici, sia per far funzionare l’essiccatoio alla temperatura ottimaleper i singoli prodotti. Solarwall può funzionare quindi come preriscaldatore dell’aria o come unicoproduttore di aria riscaldata.

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!�� Dimensionamento del collettoreIl principio di dimensionamento del collettore Solarwall è identico a quello per la produzione di ariariscaldata per la ventilazione e il condizionamento degli ambienti. Per le caratteristiche dei pannelli(colori, materiali, profili,…) vi rimandiamo alla prima parte della guida.Innanzitutto bisogna scegliere la falda del tetto, o il muro, su cui montare il Solarwall.

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Il volume di aria da riscaldare è determinato dal prodotto da essiccare. Nella figura 37 sonorappresentate alcune curve di funzionamento del sistema:

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La curva A rappresenta il tasso di flusso per applicazioni che richiedono alte temperature; la curvaB è tipica per la maggior parte degli essiccatori per granaglie; la curva C per applicazioni dove ènecessario un incremento di temperatura ridotta.L’incremento di temperatura dell’aria che si ottiene grazie al Solarwall® dipende dal volume d’ariaper m2 che attraversa il collettore. In giornate soleggiate, in inverno, (700 W/m2), un altoincremento di temperatura è normalmente nel range tra i 25°C e i 35°C rispetto all’ambiente. Sesono richieste temperature più alte, Solarwall® funge da preriscaldatore per un bruciatoretradizionale. Il dimensionamento più comune prevede crescite di temperatura tra 17°C e 25°Crispetto all’ambiente. Volumi d’aria più alti attraverso i pannelli solari produrranno aumenti ditemperatura tra i 10°C e i 17°C rispetto all’ambiente.Se è necessario un elevato aumento di temperatura (da 25°C a 35°C) o se bisogna riscaldare bassivolumi d’aria, si progetta con velocità più basse all’interno dei collettori solari (efficienza diraccolta solare più bassa):

da 18 m3/h a 54m3/hda 0.005 m/s a 0.015 m/s

Per una tipica performance (tra 17°C e 25°C):

da 54 m3/h a 108 m3/hda 0.015 m/s a 0.03 m/s

Per volumi d’aria più elevati (tra 10°c e 5°C):

da 108 m3/h a 180 m3/hda 0.03 m/s a 0.05 m/s

Molti essiccatoi hanno un tetto metallico senza isolamento. Il calore prodotto dal bruciatoreaumenterà sulla parte inferiore del tetto. Poiché il metallo è un conduttore di calore, questo caloreinutilizzato passa attraverso il tetto e normalmente viene perso.Utilizzando i pannelli Solarwall® sul tetto sopra l’essiccatore si ottengono risparmi energeticiaddizionali ricatturando questo calore che altrimenti andrebbe perduto; tale recupero avviene anchedi notte se l’essiccatore è operativo con un bruciatore a combustibileLa velocità dell’aria dietro i pannelli metallici perforati non deve essere più alta di 3 m/s. Lamassima velocità orizzontale al massimo è di 5 m/s

!�� Esempio completoUna compagnia in India essicca e tratta semi di sesamo. Fino a circa 2 anni fa, la compagnia usaval’essiccazione solare. L’essiccazione solare richiedeva molto spazio, tempi lunghi ed era difficilemantenere un’essiccazione omogenea. L’essiccazione meccanizzata ha risolto questi problemi, maad un alto costo energetico, usando essiccatoi a combustibile diesel.La compagnia essicca fino a 30 t al giorno usando 2 essiccatori che lavorano 24 ore su 24.Il consumo di combustibile è di 4.000 l al giorno. A 0,24 euro al litro, il costo del carburante ognigiorno è 960 euro. Ogni essiccatore ha un ventilatore a 25 HP che sprigiona 40.000 m3/h di ariariscaldata a 90°C. Il tempo che necessita per essiccare da un contenuto di umidità del 22% fino al2% è di 14 minuti. Il nucleo bagnato ha il 2% dell’umidità sulla superficie e il 20% nel nocciolo.Dopo essere stato riscaldato ed essiccato, deve essere raffreddato prima di venir impacchettato.

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41

Richiesta energetica:

• Dalla tabella 2, l’energia richiesta per essiccare 1 kg è 0.516 MJ• L’energia per essiccare 30 t è 30.000 kg x 0.516 = 15.480 MJ• Ogni litro di petrolio contiene 39 MJ (approssimativamente) di energia• Si assuma un efficienza del bruciatore pari al 60% (40% perso nel camino)• Ogni litro di petrolio da solo sprigiona 39 x 0.6 =23.4 MJ di energia per il ventilatore• La richiesta di petrolio è 15.480 MJ / (39x0.6) = 662 litri di petrolio (assumendo efficienza

dell’essiccatore del 100%)

Se sono stati bruciati 4.000 litri, l’efficienza dell’essiccatore è bassa ed è approssimativamente 662 /4.000 = 17%. Questo spiega l’eccesso di aria calda vicina all’essiccatore e il bisogno di raffreddaresotto i semi dopo che questi sono stati essiccati.Rivela anche una considerazione molto importante, e cioè che la selezione e l’operazione diessiccazione può seriamente avere un impatto sul consumo energetico.Nessun essiccatore ha un efficienza del 100% ma deve essere possibile raggiungere un’efficienza diessiccazione più alta del 17%. Se assumiamo un’efficienza del 50%, l’ammontare di petroliorichiesto è 662 / 0.5 = 1.324 litri.

Superficie di riscaldamento solare

• L’area di tetto necessaria per ogni edificio è 560 m2

• La capacità del ventilatore è 40.000 m3/h per ognuno di essi• La radiazione solare media annuale in India è di 20 MJ/m2

• Il flusso d’aria attraverso il collettore è 40.000 / 560 = 3,33 m3/h/m2

In figura 37 il tasso di flusso d’aria è tra le curve B e C, l’incremento di temperatura con radiazionea 800 W/m2 è di 23°C rispetto all’ambiente; se l’ambiente è a 30°C, sprigionando l’aria, latemperatura diventa 30° + 23° = 53°C.L’efficienza del collettore è approssimativamente del 60% a 71,42 m3/h/m2.Con 20 MJ/m2 di radiazione solare al giorno, efficienza del collettore del 60%, ogni m2 di collettoreSolarwall® produrrà 20 x 0.6 = 12 MJ.La richiesta di energia per essiccare 30 t di semi di sesamo è 15.480 MJ.Ad un’efficienza dell’essiccatore di 50% corrisponde un’energia richiesta di 15.480 / 0.5 = 31.000MJ (completata).La superficie di pannelli solari richiesta è 560 m2 x 2 tetti = 1.120 m2

L’operazione di essiccazione dura 24 ore al giorno così Solarwall non può rimpiazzare tutto ilcarburante ma può supplire per molto tempo durante il giorno alle richieste di riscaldamento.

Analisi economicaL’analisi è riferita ai costi locali, sia per il carburante che per Solarwall ed i suoi accessori.Il costo del collettore Solarwall® fornito e installato è approssimativamente di 71 euro/m2.Il costo del collettore è 1.120 m2 x 71 euro/m2 = 79.520 euro.Il costo delle connessioni dei condotti tra i pannelli solari e i ventilatori è 15.118 euro.Costo totale = 94.638 eiro.Il risparmio energetico è di 12 MJ/m2 diviso per 23.4 MJ/l = 0.5 litri di petrolio per m2 di pannelloal giorno.I risparmi annuali sono di 1.120 m2 x 300 giorni x 0.5 = 168,000 litri di petrolio.I risparmi di costo sono di 168.000 l x 0,24 euro = 40.320 euro all’anno.Il tempo di ricupero è 94.638 / 40.320 = 2.3 anni

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� SISTEMA DI RISCALDAMENTO MISTO SOLARWALL®®®®-FOTOVOLTAICO: TETTO�SOLARE IBRIDO�

�� Tecnologia

I pannelli solari fotovoltaici producono calore oltre che elettricità. Con l’abbinamento Solarwall®

più fotovoltaico si utilizza questo calore, migliorando l’efficienza totale del sistema.Il principale svantaggio della maggior parte dei sistemi fotovoltaici è l’elevato costo iniziale e lalimitata produzione di energia elettrica. Tempi di ritorno dell’investimento iniziale, al netto dicontributi pubblici, sono mediamente lunghi. Questo lungo periodo di payback può essere ridotto adun periodo accettabile utilizzando il calore prodotto dal fotovoltaico, non disperdendolo.I pannelli fotovoltaici al silicio cristallino sono quelli comunemente più utilizzati negli edifici asistema integrato. Il grado di efficienza dei pannelli fotovoltaici attuali più evoluti è dell’ordine del10-15%.Le prestazioni delle cellule cristalline sono influenzate dalla temperatura e decresconoall’aumentare della temperatura. Rimuovendo il calore si raffreddano le cellule e si miglioral’efficienza operativa.La configurazione base di un sistema ibrido solare termico/fotovoltaico è composto da una porzionedi Solarwall® a cui sono sovrapposti pannelli fotovoltaici. Le cellule fotovoltaiche sono raffreddatedalla continua corrente d’aria che si crea grazie al Solarwall®

Solarwall® aumenta l’efficienza di conversione del fotovoltaico e può produrre aria riscaldata per laventilazione dell’edificio e per il riscaldamento degli ambienti.

�� Applicazioni tipiche

Tipologia A: le cellule fotovoltaiche vengono montate su un collettore Solarwall®, strutturato inmodo che l’aria più fresca passi fra le cellule fotovoltaiche e il collettore stesso in maniera uniformee controllata, grazie al particolare sistema di funzionamento del Solarwall®.Il calore prodotto dalle cellule fotovoltaiche sarà ceduto all’aria, come mostrato in figura 38.L’intero sistema può essere progettato tenendo conto delle indicazioni di dimensionamento per ilSolarwall®

Figura 38 – moduli fotovoltaici montati su un pannello ad aria Solarwall®

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43

Nella figura 43 sono riportati dei valori sperimentali, misurati in laboratorio, dell’effetto che ilraffrescamento delle cellule, ottenuto grazie a Solarwall®, produce sull’efficienza del fotovoltaico.

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Tipologia B: la seconda variante è un sistema a 2 stadi; l’aria, riscaldata da un pannello fotovoltaicomontato su pannello Solarwall®, è inviata in un collettore ad aria vetrato Solarwall® in modo che siraggiungano temperature più elevate.Questa combinazione offre più scelte per i componenti selezionati e per l’utilizzo dell’ariariscaldata. La figura 40 illustra questo concetto.

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Gli edifici situati in climi freddi, che necessitano di un certo carico di riscaldamento sono l’idealeandare ad applicare un concetto combinato termico/fotovoltaico.

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�� DimensionamentoIl volume di aria per raffreddare i pannelli fotovoltaici è ampiamente variabile; generalmente ècompreso tra i 40 e i 120 m3/h per m2 di collettore. Flussi d’aria al di fuori di questo range sonocomunque possibili.Le modalità di dimensionamento di Solarwall, una volta stabilita la portata d’aria desiderata, sonoanaloghe a quelle già descritte per il sistema Solarwall base, a cui vi rimandiamo.

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�� Risparmio energetico

La produzione di calore dal sistema misto Solarwall®/fotovoltaico è simile a quello dei collettoriSolarwall® tradizionali. Il calore è normalmente utilizzato durante gli 8 o 9 mesi della stagione diriscaldamento mentre l’uscita elettrica si usa su tutti i 12 mesi. La produzione elettrica annua ègeneralmente nel range 70-200 kWh/m2, e dipende, naturalmente, dalle condizioni climatiche.I risultati dei test indicano che i pannelli misto Solarwall®/fotovoltaico migliorano l’efficienza deipannelli fotovoltaici e che l’efficienza combinata totale può risultare più elevata rispettoall’efficienza termica da sola. La figura 43 mostra in maniera evidente come il diminuire dellatemperatura della cella fotovoltaica comporti un aumento dell’efficienza della stessa. La figura 44mostra, invece, la relazione tra la produzione di potenza e la temperatura della cella fotovoltaica.Abbassando la temperatura della cella aumenterà la potenza in uscita. Per ogni °C di diminuzionedella temperatura della cella, si ha un aumento dello 0.4-0,5% della potenza in uscita.Una riduzione di 20°C nella temperatura della cella può aumentare la potenza in uscita fino al 10%.Una temperatura della cella più bassa è ottenibile aumentando il flusso d’aria attorno ai pannellifotovoltaici, dimensionando Solarwall di conseguenza.

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Per ottimizzare l’energia prodotta dal sistema fotovoltaico, i pannelli saranno montati sul tetto perraggiungere il miglior angolo possibile con il sole, con un vantaggio derivante dalle più elevate oredi luce solare nei mesi estivi, privilegiando, quindi, il posizionamento del sistema fotovoltaico.L’aumento di produzione della potenza elettrica del fotovoltaico con il Solarwall® potrebbe coprirei costi aggiuntivi del sistema Solarwall® e la produzione di energia termica sarebbe totalmentegratuita.In Italia abbiamo realizzato un sistema sperimentale su un impianto Solarwall® (Palestra C.S.,Cernusco sul Naviglio -MI-) a muro, per verificare l’efficienza del sistema misto montatoverticalmente in luogo della soluzione a tetto.

Fig. 1 PV SOLARWALL® - TEST RESULTS. Conditions: 900 W/m2, 1 m/swind, flowrate 7 CFM/SQFT, 0.754 m2 PV panel on 4.23 m2 SOLARWALL.

20

25

30

35

40

45

50

55

60

13.45 14.00 14.16 14.32 14.48 15.04 15.20 15.35 15.51Test Time

PV

Tem

pera

ture

(°C

)

70%

75%

80%

85%

90%

95%

100%

PV

Effi

cien

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C

PV temperature

PV efficiency, %SOLARWALL FAN START

SOLARWALL Cooling Effect

PV Efficiency Improvement

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Di seguito si può vedere la scheda di acquisizione dati per poter procedere allo studio di pre-fattibilità di un sistema di riscaldamento solare ad aria Solarwall®.Oltre a ciò è necessario avere sia una pianta che una sezione dell’edificio preso in considerazione,per poter meglio rendersi conto di eventuali ostacoli fisici, morfologici e di concetto che si possonopresentare durante la progettazione del sistema.

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STUDIO DI FATTIBILITA’ PER INSTALLAZIONECOLLETTORI SOLARI AD ARIA “SOLARWALL”

INFORMAZIONI NECESSARIE:

AGENTE:COMMITTENTE:INIDIRIZZO:TELEFONO/FAX:

DATI EDIFICIOCaratteristiche geometricheLocalitàDestinazione d’uso degli ambientiAttività svoltaLunghezza (m)Larghezza (m)Altezza interna (m)Numero di piani dell’edificioAnno e tipologia di costruzioneOccupazione degli ambientiMesi/AnnoGiorni/SettimanaOre funz. impianto/giornoCondizioni climatiche interneTemperatura media in ambiente(valore attuale) (°C)Temperatura a pavimento(valore attuale) (°C)Temperatura a soffitto(valore attuale) (°C)Temperatura media in ambiente(richiesta) (°C)Numero ricambi di aria esterna(richiesti) (Vol/h)Tipologia delle strutture edilizieTipologia copertura(pendenza, isolamento termico)

Tipologia murature (tipologia edilizia,isolamento termico)

Tipologia finestre (tipo di vetro)

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DATI PARETE SUDAltezza totale Parete sud (m)Tipologia edilizia (isolamento)Tipologia elementi finestrati (sud)Superficie disponibile per collettorePresenza di elementi schermantiPresenza di porte e/o uscite sicurez.Tipologia del terreno circostante o Terreno

o Asfaltoo Pavimentazione a colori

luminosio Specchio d’acqua

DATI IMPIANTO ESISTENTETipologia impianto di riscaldamento o ad Acqua

o ad Ariao misto

Terminali di erogazione energia termicaEfficienza dell’impianto (%)Tipo di CombustibileCosto del combustibileConsumo attuale di energia (quantità dicombustibile consumato o costo annualesostenuto per riscaldamento)Presenza di impianto di ventilazionemeccanica (ricambi di aria controllati)

o SI o NO

Tipologia impianto di ventilazione (seesistente)

DATI UTILIZZO COLLETTORE SOLAREImpiego per Preriscaldamento Aria di Ventilazione:o Immessa direttamente in ambienteo Inviata a UTA (Unità Trattamento Aria)Locali direttamente interessati:

ALTRE INFORMAZIONI UTILISe interessati ad una valutazione economica sulla base del VAN, indicare il tasso diinteresse da considerareSpecificare ogni altra informazione ritenuta utile

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SCHEDA TECNICA

DATI ��5��#LOCALIZZAZIONE TORRE S.GIORGIO

LOCALE SERVITO DAL COLLETTORE MAGAZZINO

NUMERO DI PIANI 1

USO DEL COLLETTORE riscaldamento ambienti

DATI SOLARWALLTIPO perforato "high efficiency"

COLORE grigio antracite

POSIZIONE 90°

AZIMUT Sud

ALTEZZA DISP. PER COLLETTORE m 10,16

TIPO DI CANOPY(I=Interno; E=Esterno) I(F=lamiera forata;NF=non forato) NF

ALTEZZA CANOPY cm 60

TIPO DI USO (A o B) A= Alta portata, alta efficenzaB

B= Alta temperatura, bassa efficienza

Scegliere se si desidera il calcolo della portata trattabile con una certa superficie nota di Solarwall,oppure il calcolo della superficie di Solarwall necessaria per fornire una certa portata.

A= Superficie fissa, calcolare la portataTIPO DI CALCOLO (A O B) A

B=Portata fissa, calcolare la superficie

SUPERFICIE DISPONIBILE Solarwall m2 620

SUPERFICIE TOTALE COLLETTORE SOLARE m2 620

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SUPERFICIE CANOPY ESTERNO m2 0

SUPERFICIE ASSORBENTE TOTALE m2 620(solo per Tipo di Calcolo A)

LUNGHEZZA DISP. PER COLLETTORE m 61

FRAZIONE VUOTA DEL PANNELLO % 0,9

COEFFICIENTE RIFLESSIONE TERRENO 0,25(terreno=0,20; asfalto=0,25; pavimentazione acolori luminosi>0,30; specchio d'acqua=0,5; neve=0,7)

PRESENZA ELEMENTI SCHERMANTI NO

ESERCIZIO DELL'IMPIANTOIndicare se si immetterà come dato la portata di rinnovo in m3/h, oppure se si desidera ilcalcolo della stessa immettendo come dati il volume dell'ambiente e il n° di ricambi orari

A= Volume e n° ricambi orariTIPO DI DATI (A o B) B

B= Portata di ricambio

VOLUME DELL'AMBIENTE DA RISCALDARE m3 78.800(Solo per Tipo di Dati A)NUMERO DI RICAMBI ORARI RICHIESTI vol/ora valore medio calcolato(Solo per Tipo di Dati A)TEMPERATURA AMBIENTE RICHIESTA °C 12

PORTATA D'ARIA richiesta mc/h 40.000(Solo per Tipo di Dati B)

PORTATA D'ARIA TOTALE calcolata mc/h 40.000

STAGIONE DI RISCALDAMENTO mesi 7

GIORNI DI FUNZIONAMENTO SETTIMANALI gg 6

ORE DI FUNZIONAMENTO AL GIORNO ore/giorno 12

EFFICIENZA IMPIANTO CONVENZIONALE 0,8

COMBUSTIBILE SOSTITUITO (GN, GASOLIO, ELET) GN

COSTO DELL'ENERGIA RISPARMIATA euro/kWh 0,062

ALTEZZA DELL'AMBIENTE DA RISCALDARE m 13

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Risultati calcolo energetico

diminuzione diminuzione energia diminuzionerisparmioperdite di perdite di solare perdite di totalecalore calore prelevata caloretetto aria espuls. parete sud(GJ) (GJ) (GJ) (GJ) (GJ)

gennaio 126,30 236,10 91,12 32,20 362,40febbraio 114,00 213,10 97,23 25,00 327,10marzo 126,30 236,10 110,20 19,00 362,40aprile 122,20 242,10 91,14 10,00 364,30maggio 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00giugno 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00luglio 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00agosto 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00settembre 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00ottobre 126,30 250,20 109,77 9,10 376,50novembre 122,30 228,40 91,84 19,60 350,70dicembre 126,30 236,20 61,38 28,80 362,50

TOTALE 863,70 1642,20 652,68 143,70 2505,90

EFFICIENZA COLLETTORE SOLARE 0,62

CONSUMO E. ELETTR. DEL VENTILATORE kWh/anno 4012

TOTALE ENERGIA RISPARMIATA ALL'ANNOGJ/anno 2505,90kWh/anno 696083

EN. SPECIFICA RISPARMIATA NELL'ANNO GJ/m2/anno 4,04

EN. NETTA RISPARMIATA NELL'ANNO kWh/anno 692071TOE/anno 59,63

SALTO TERMICO ARIA NEL SOLARWALL °C 11(valore stimato rispetto a °T aria esterna)

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Risultati calcolo economicodiminuzione diminuzione energia diminuzione risparmioperdite di perdite di solare perdite di totalecalore calore prelevata caloretetto aria espuls. parete sud(euro) (euro) (euro) (euro) (euro)

gennaio 2175,17 4066,17 1569,29 554,56 6241,33febbraio 1963,33 3670,06 1674,52 430,50 5633,39marzo 2175,17 4066,17 1897,89 327,18 6241,33aprile 2104,56 4169,50 1569,63 172,20 6274,06maggio 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00giugno 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00luglio 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00agosto 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00settembre 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00ottobre 2175,17 4309,00 1890,48 156,70 6484,17novembre 2106,28 3933,56 1581,69 337,51 6039,83dicembre 2175,17 4067,89 1057,10 495,94 6243,06TOTALE 14874,83 28282,33 11240,60 2474,59 43157,17

RISPARMIO TOTALE ANNUO euro/anno 53946,46

COSTO EN. ELETTRICA euro/kWh 0,15

COSTO UNITARIO SOLARWALL euro/m2 130

TASSO DI INTERESSE % 5VITA UTILE IMPIANTO anni 12

COSTO DI ESERCIZIO (ventilatore) euro/anno 601,8

RISPARMIO ANNUO NETTO euro/anno 53344,66

COSTO TOTALE SOLARWALL (collettore) euro 80600

COSTO ventilatori euro 1000

COSTO CANALI in tessutto microforato euro 25000

COSTO CANALE in lamiera (CANOPY) euro 16470

COSTO INVESTIMENTO TOTALE euro 123070

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PERIODO DI RITORNO INVESTIMENTO anni 2,31

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)�� ProgettazioneSolarwall Italia offre la redazione, a titolo gratuito, di uno studio di pre-fattibilità personalizzato perogni singolo impianto.Lo studio può orientare in modo adeguato l’eventuale cliente, perché prevede il dimensionamento dimassima dell’impianto, i relativi costi, i benefici energetici/economici, e, in definitiva, il tempo incui l’impianto ripaga l’investimento.Inoltre, Solarwall Italia, in caso di realizzazione dell’impianto, redige il progetto definitivo delcollettore, e può predisporre, secondo le esigenze del committente, il progetto dell’impianto a valledel collettore.

)�� MontaggioSolarwall Italia prevede il servizio di montaggio del collettore.Il committente può, comunque, decidere di effettuare in modo autonomo tale montaggio, seguendole specifiche dell’azienda.

)�� ImpiantoSe il committente lo desidera, Solarwall Italia può progettare e realizzare anche l’impianto a valledel collettore (ventilatore, UTA), canali di distribuzione), consegnando il sistema “chiavi in mano.

Via Vittime del Vajont, 6 – 10024 Moncalieri (TO)tel +39 011 64.74.551fax +39 011 64.70.912

E-mail: [email protected] site: www.solarwall.it

I sistemi SOLARWALL sono protetti dai brevetti1.196.825, 1.283.333, 1.326.619, 4.777.932, 4.899.728, 4.934.338, 0.340.886, 0.380.349, 0.553.893SOLARWALL® è un marchio registrato della Conserval Engineering, Inc.

[Ingegneria eBook] - Fotovoltaico - Solar Wall - Guida Alla Progettazione

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