La Progettazione degli impianti solar cooling · Agenzia Provinciale Energia e Ambiente Agrigento...

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ING. SALVATORE CASTALDOAgrigento, 18 giugno 2008

Introduzione al Corso di Formazione Specialistica per Tecnici Progettisti

La Progettazione degli impiantisolar cooling

Ing. Salvatore CastaldoAPEA

Agenzia Provinciale Energia e AmbienteAgrigento

[email protected]


• Circa un quinto della superficie emersa del pianeta e circa un terzo della popolazione mondiale vive in condizioni di clima caldo-secco o caldo-umido

• Anche nelle aree continentali interne ad elevate latitudini (50°) le condizioni climatiche estive presentano temperature superiori ai livelli limite di comfort


• L’utilizzo di impianti di condizionamento nel mondo e i relativi costi energetici, in particolare in Europa, sono in continuo aumento

• Il 60% dell’energia globalmente consumata in Europa è utilizzata esclusivamente per il riscaldamento e il raffrescamento degli edifici


• Questa tendenza rischia di annullare gli sforzi delle politiche di risparmio ed uso razionale dell’energia attuate dai Paesi UE e dagli altri Paesi industrializzati

Andamento della produzione di biossido di carbonio, determinata dallo sfruttamento delle fonti classiche di energia

ING. SALVATORE CASTALDO

Agrigento, 18 giugno 2008

• Se non viene modificato radicalmente il modo di affrontare il problema della climatizzazione nei climi caldi il crescente consumo di energia elettrica, per la maggior parte di origine termica petrolifera, renderàpresto ancora piùevidente l’insostenibilitàdell’attuale scenario



• Il riscaldamento globale dovuto alle emissioni di gas ad effetto serra produrrà, tra gli altri effetti, la rapida estensione della zona arida del pianeta

• Lo sviluppo economico crescente e senza controlli ambientali delle aree emergenti del continente asiatico amplificherà gli effetti del global

warming già in atto

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• Una alternativa a tale tendenza è rappresentata indubbiamente da criteri progettali e tecnologie basate su

– climatizzazione passiva– bio-architettura o bio-edilizia


• Ma con le tecniche di raffrescamento naturale si riesce a garantire il comfort termico anche in piena estate?

• Fino agli anni ’70 si sarebbe potuto rispondere… sì, tranne che nelle giornate eccezionalmente calde


• Oggi le tecniche di climatizzazione naturale possono garantire “pieno comfort” solo ed esclusivamente alle fasce più povere della popolazione mondiale


• La soglia di accettazione del discomfort termico varia infatti in funzione di parametri socio-economici e psicologici

In passato, soffrire (entro certi limiti) il caldo in estate e il freddo in inverno era considerato normale, accettabile, specie nelle aree mediterranee



• Condizioni ambientali fino a qualche anno fa tranquillamente accettate come tollerabili oggi sono considerate inaccettabili

• La dimostrazione sta nell’incredibile aumento del numero di condizionatori e degli impianti di riscaldamento

Dati relativi al mercato in Italia



In passato l’architettura tradizionale era

coerente con le attese di comfort di allora

Oggi occorre tenere conto delle nuove aspettative di benessere e per garantirle occorre servirsi di moderne tecnologie di produzione del freddo che richiedono energia per funzionare

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• Per poter garantire la sostenibilità energetica e le condizioni di benessere occorre dunque accoppiare le migliori tecnologie edilizie bio-climatiche con l’utilizzo di impianti poco energivori


• Applicare con intelligenza le regole dell’architettura bio-climatica per catturare il sole in inverno e proteggersene in estate

• Estendere al massimo le mezze stagioni, quelle in cui non occorre né riscaldare néraffreddare


• Inevitabilmente però, sia pure per periodi ridotti al minimo possibile, è necessario riscaldare e raffreddare.

• Se vogliamo perseguire il criterio della sostenibilità, oltre che dei materiali e degli accorgimenti architettonici, dobbiamo occuparci della fonte energetica che alimenta gli impianti


• La fonte rinnovabile di più immediata disponibilità ècertamente il sole specie se facciamo riferimento al Sud Europa e al Mediterraneo

Distribuzione della radiazione solare giornaliera media annua sul piano orizzontale

(kwh/mq/giorno)



• L’energia solare captata dai pannelli solari termici può alimentare le macchine frigorifere

• SOLAR COOLING



• Il progetto degli edifici dovrà considerare, tra le altre, la necessità di disporre della superficie captante necessaria ad installare i collettori solari termici

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• L’edificio sostenibile del futuro dovràessere concepito come la sintesi di regole antiche e tecnologie moderne.

• I progettisti devono essere sempre più:energeticamente consapevolienergy conscious


Radiazione solare e condizionamento

Carichi di condizionamento e radiazione solare incidente sono in fase durante anno(e durante i giorni estivi)

Utilizzo dell’energia solare per il condizionamento

dell’aria


Solar Cooling: schema generale

• Produzione di freddo a partire da una sorgente di calore

• Possibilità di produzione di aria e/o acqua condizionata per applicazioni di condizionamento centralizzate

• Maggiore complessità rispetto a sistemi tradizionali di conseguenza si rende necessaria l’adozione di strumenti progettuali adatti


Solar Cooling: componenti principali

Pannelli solari termici Chiller



Solar Cooling: vantaggi

• dimostra nel medio - lungo termine, di essere efficiente e affidabile

• fa uso di fluidi refrigeranti non nocivi (generalmente acqua)

• comporta consumi energetici minimi rispetto agli impianti tradizionali



Solar Cooling: impianti realizzati in UE

fonte: Task 25 IEA SHCP Final report (2005)

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Perché vengono realizzati così pochi impianti di condizionamento solare?

La tecnologia non è matura NO

Non è economicamente conveniente

comune per lerinnovabili

Mancanza di fiducia nella tecnologia

Scarsa conoscenza della tecnologia

Mancanza dei dati di input

Disponibilità dei componenti

Gestione degli impianti


Soggetto coordinatore:

APEAAgenzia ProvincialeEnergia e Ambiente

Agrigento

Ideatore:Prof. Ing. Stefano RugginentiPOLITECNICO DI MILANO


Partners:• Dip. Ingegneria Ambientale Politecnico di Creta

• Istituto Tecnologico delle Canarie

• Rete delle Isole Europee per l’Energia e l’Ambiente (Bruxelles)

• ESCO Sardegna s.r.l. (Sassari)

• Cyprus Istitute of Energy (Min. Industria Cipro)


Progetto SOLCO

Rimozione delle barriere non tecnologiche alla diffusione della

tecnologia del raffrescamento solarenelle isole dell’Europa meridionale

(EIE/06/116/SI2.448522)



Obiettivi del Progetto SOLCO:• Stato dell’arte e indagini di mercato sulla disponibilità di tecnologia

• Individuazione di eventuali barriere di tipo normativo/burocratico

• Formazione dei potenziali utilizzatori e degli attori tecnici

• Ricognizione schemi/bandi di finanziamento

• Proposte di superamento delle barriere non tecnologiche e normativo/burocratico

• Disseminazione e informazione



Schema a blocchi della procedura di calcolo per la valutazione deicarichi termici estivi.

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1°°°° Giorno (18/06/2008)Docente: Ing. Salvatore CASTALDOAPEA Agrigento

• IL PROGETTO SOLCO• NOZIONI PRELIMINARI• CLIMATOLOGIA• COLLETTORI SOLARI

2°°°° Giorno (24/06/2008)Docente: Ing. Antonio CAMMIProlitecnico di Milano

• I CHILLERS

3°°°° Giorno (30/06/2008)Docente: Ing. Stefano RUGGINENTIProlitecnico di Milano

• IL COMPORTAMENTO TERMICO DELL’EDIFICIO

• LA NORMATIVA• IL PROGETTO DELL’IMPIANTO

4°°°° Giorno (*)• VALUTAZIONI ECONOMICHE• CASI-STUDIO

5°°°° Giorno (*)• ESERCITAZIONE PRATICA• TEST FINALE DI VERIFICA

(*) date da definirsi in funzione delle esigenze dei corsisti (luglio o settembre)

Corso “La Progettazione degli impianti solar cooling”


Potenziali utenti

• Hotel

• Centri congressuali

• Cantine

• Uffici

• Ospedali

• Immobili industriali (es. cosmetici)


“Technical actors”

• Produttori

• Rivenditori/Rappresentanti

• Progettisti

• Installatori

• Manutentori


Per ulteriori informazioni

• www.solcoproject.net

• www.apea.it



NOZIONI PRELIMINARIClimatologia – Comfort termico

Fabbisogno energetico per raffrescamento

Ing. Salvatore CastaldoAPEA

Agenzia Provinciale Energia e AmbienteAgrigento

[email protected]

La progettazione degli impianti solar cooling

Corso di Formazione Specialistica per Tecnici Progettisti



• Il clima può essere definito come la caratterizzazione media dei parametri fisici dell’atmosfera terrestre (temperatura, radiazione solare, velocità e direzione del vento, pressione, umidità relativa e piovosità) in un determinato spazio geografico e per un periodo di tempo relativamente lungo

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• In altre parole, il clima è la media delle condizioni meteorologiche di una località, di una regione o di un continente, effettuata in tempi sufficientemente lunghi a evidenziare condizioni di tendenza stabili


• Ci limiteremo ad accennare agli elementi di carattere generale che si ritengono importanti per porre in relazione il fattore clima al tema del raffrescamento solare


L’Atmosfera Terrestre

• È l’involucro d’aria e particelle sospese, costituito da diversi strati, che circonda la superficie terrestre ed è vincolato ad essa per effetto della forza di gravità.

• La massa totale dell’atmosfera è stimata in 5,1 x 1015 tonnellate


• Metà della massa totale dell’atmosfera ècollocata sotto 5.500 m di altitudine e tre quarti entro 10.700 m





• Gli strati di interesse per la meteorologia sono essenzialmente la stratosfera e la troposfera

• La troposfera è di interesse precipuo per i progettisti operano con approccio “climatologicamente consapevole”

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• La troposfera è la regione atmosferica “termica”

• Lo spessore della troposfera varia da circa 7-8 km nelle regioni polari a più di 13 km nelle regioni equatoriali


la troposfera è lo strato piùbasso dell’atmosfera ed ècaratterizzato in generale da decremento della temperatura e pressione all’aumentare dell’altitudine, movimento verticale significativo dell’aria, contenuto apprezzabile di vapore acqueo, presenza della quasi totalità delle nubi, delle perturbazioni e inquinanti


• Il decremento di temperatura procede con un gradiente pressoché costante all’aumentare dell’altitudine fino alla cosiddetta tropopausa – la zona di confine con la stratosfera – da questo punto in poi, nella stratosfera, il gradiente di temperatura cambia segno e la temperatura aumenta con l’altitudine


• La maggior parte dei fenomeni meteorologici avvengono nella troposfera e sono governati dal sistema di circolazione atmosferica generale stimolato dal differenziale termico tra zone polari e zone equatoriali



Classificazioni del clima

Il clima può essere classificato in funzione:• della SCALA ovvero dell’estensione,

verticale e orizzontale, entro cui si sviluppano determinate condizioni meteo

• della DISTRIBUZIONE GEOGRAFICA entro cui i fenomeni meteo assumono caratteristiche omogenee



Sottosistemi climaticidelimitati da fattori di scala

• MACROCLIMA (continentale)• MESOCLIMA (sub-continentale)• TOPOCLIMA (locale)• MICROCLIMA (intorno edilizio)

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Classificazione geografica dei climi

• Metodi a carattere zonale(generali e qualitativi)

• Metodi quantitativi


Scala di Olgyay (1969) a carattere zonale

• Clima freddo• Clima temperato• Clima caldo-umido• Clima caldo-secco

Classificazione basata su valori medi annui della temperatura dell’aria radiazione solare al suolo


Classificazioni climatica quantitativadi Köppen-Geiger (1961)

• Si basa su valori della temperatura e della piovosità tenendo presenti le esigenze della vegetazione nella scelta dei limiti tra i limiti climatici

• Il cambiamento climatico globale in atto sta causando lo spostamento delle fasce climatiche che caratterizzano le zone di crescita di determinate specie vegetali


Climi in Europa secondo Köppen

• Climi polari• Climi subartici• Clima continentale umido• Clima continentale a varietà calda• Clima temperato oceanico• Clima oceanico di transizione• Clima mediterraneo• Clima semiarido a inverno freddo





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Clima Mediterraneo

• Inverni miti• Alta insolazione• Ridotte precipitazioni concentrate nei mesi

freddi• Estati calde quasi aride• Determinato dall’incontro tra alte pressioni

tropicali e correnti fredde polari


IL MICROCLIMA

• È il clima alla scala più piccola

• Caratteristico dell’intorno costruito

• Può essere influenzato entro una certa misura dall’intervento umano al fine di creare condizioni di benessere termoigrometrico all’interno o all’esterno di un edificio


• Il microclima in particolare èdeterminato dalle interazioni di scambio termico tra la radiazione solare, la crosta terrestre e l’atmosfera


• Conduzione (collisione molecolare)• Convezione (trasporto di massa)• Calore latente (senza cambiamento di

temperatura, per evaporazione o condensazione)

• Irraggiamento (onde elettromagnetiche)

Scambi termiciterreno-atmosfera



IL COMFORT TERMICO

• Sensazione di benessere fisico e mentale che l’individuo prova in un certo ambiente

• Il benessere è legato a due tipi di variabili:– SOGGETTIVE (dipendenti dalle

caratteristiche fisiche, biologiche ed emozionali)

– OGGETTIVE (connesse al microclima dell’ambiente considerato)



Neutralità termica del corpo

• La sensazione di comfort dipende dalla capacità del corpo di mantenere l’equilibrio termico

• In condizioni di neutralità termica l’individuo non necessita né di apporti né di dispersioni di calore

• La neutralità termica è condizione necessaria ma non sufficiente per ottenere il comfort

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COMFORT TERMICO E RISPARMIO ENERGETICO

Il raggiungimento del benessere ottimale e la minimizzazione dei consumi energetici si ottengono con:

– la regolazione dei sistemi di climatizzazione sulle variabili climatiche interne

– il controllo delle temperature superficiali alle pareti– il dimensionamento del sistema di climatizzazione

in base alla valutazione del livello di comfort termico desiderato


I parametri ambientali che influenzano il comfort termico delle persone che occupano un dato ambiente sono:

• Parametri fisici (temperatura dell’aria, la temperatramedia radiante delle superfici che delimitano l’ambiente, umidità relativa e velocità dell’aria, pressione atmosferica)

• Parametri organici (età, sesso, caratteristiche degli occupanti)

• Parametri esterni (tipo di attività svolta, abbigliamento, condizioni sociali)


IL CARICO DI RAFFRESCAMENTO

• È la quantità di calore che deve essere rimosso dall’edificio per mantenere condizioni confortevoli di temperatura e umidità dell’aria negli ambienti interni, si distingue in:– Carico di raffrescamento sensibile cioè calore da

rimuovere per mantenere costante la temperatura dell’aria

– Carico di raffrescamento latente cioè calore da rimuovere per ridurre il contenuto di vapor d’acqua in eccesso e mantenere il livello di umidità sotto la soglia di sopportabilità


Fattori che determinano l’entità del CARICO DI RAFFRESCAMENTO

• Apporti solari attraverso superfici opache e trasparenti

• Apporti termici (calore sensibile) e umidità (calore latente) entranti per infiltrazione e ventilazione

• Apporti termici interni dovuti alla presenza di persone, impianti, apparecchiature, corpi illuminanti



Schema a blocchi della procedura di calcolo per la valutazione deicarichi termici estivi.



Fabbisogno energetico per il raffrescamento in edificio con impianto d’aria condizionata

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