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Monitoraggio di impianti solari. Strumenti di misura, analisi e risultati 1

Monitoraggio di impianti solari termici in Provincia di Torino

G.V. Fracastoro, J. Toniolo, M. ArboitDipartimento di Energetica

Politecnico di Torino


Ubicazione degli impianti


Dati tecnici sopralluoghiComune

ubicazione impianto

mq netti assorbitore

Tipologia tipo integrazione tipo architettonico

data sopralluogo

Periodo monitoraggio

VIGONE 6.6 piani vetraticaldaia

riscaldamentosemi integrati su

falda a 20°C 19/04/2011 19/04/2011-6/05/2011

VIGONE 11.1 piani vetrati resistenza elettricasemi integrati su

falda a 30°C 19/04/2011 19/04/2011-6/05/2011

VIGONE 5.6 tubi sottovuotocaldaia

riscaldamento

su tetto piano, assorbitori interni

inclinati 03/03/2011 03/03/2011-18/03/2011

PINASCA 30.6 piani vetraticaldaia


falda a 20°C 03/06/2011 03/06/2011-15/06/2011

NICHELINO 33.2 tubi sottovuotocaldaia

riscaldamentosupporto su tetto

piano 06/05/2011 6/5/2011-16/5/2011

AVIGLIANA 7.1piani vetrati autocostruiti

caldaia murale dedicata supporto su terreno 25/03/2011 25/03/2011-13/04/2011

AVIGLIANA 4.0 piani vetraticaldaia


falda a 30°C 01/04/2011 1/4/2011-19/4/2011

MAZZE' 18.8 piani vetrati bollitore a gassemi integrati su

falda a 30°C 06/05/2011 impianto non funzionante

BRUINO 21.0 piani vetraticaldaia murale

dedicatasupporto su tetto

piano 09/02/2011 9/2/2011-20/2/2011

BRUINO 17.8 tubi sottovuotocaldaia


piano 24/02/2011 24/02/2011-03/04/2011


Metodologia di indagine

• La metodologia di indagine ha comportato tre fasi distinte:– Ispezione

– Monitoraggio– Simulazione


ISPEZIONE– Sopralluogo e ispezione dell’impianto. Intervista con il

responsabile dell’impianto al fine di trarre alcune considerazioni di massima sullo stato di funzionamento e di manutenzione dello stesso. Acquisizione, ove possibile, del progetto dell’impianto, della documentazione relativa alle prestazioni previste e alle esigenze di acqua calda sanitaria/termiche dell’edificio;

– Check-up del funzionamento dell’impianto. Verifica della presenza e dello stato di funzionamento di tutti i componenti dell’impianto previsti nel progetto. Verifica del funzionamento della centralina solare attraverso la “forzatura” del sistema (diminuzione della differenza di temperatura di azionamento o rimozione della sonda bollitore).

– Redazione di una scheda sintetica di “impianto”


Ispezione: verifica dell’installazione

Centralina “solare”: criteriodi funzionamento a ∆T.

Sonde di temperatura:fissaggioinadeguato, mancanza di pasta termica


Esempio scheda impianto


Esempio scheda impianto

m2/cad

m2

lt300

Tipologia circuito: Impianto per la produzione di ACS composto da bollitore servito da due scambiatori di calore a serpentino. Su quello basso è collegato il circuito collettori, mentre quello alto è collegato alla caldaia a servizio del circuito riscaldamento dello stabile. La centralina di controllo regola l'accensione della pompa del circuito solare sulla base delle temperature rilevate alla sommità dei pannelli e dentro il bollitore. Un termostato sul bollitore regola l'accensione della pompa circuito caldaia per mantenere in temperatura l'accumulo.

4.0

AtlanticMarca e modello centralina:

Atlantic

Unical Titanium2

SCHEDA IMPIANTO

Orientamento e inclinazione

anno installazione

Asilovia Einaudi, Avigliana

EdificioIndirizzo

Tipologia collettori:

Area totale netta:

Marca e modello collettori:

N° collettori:

2009

2azimuth 180°, inclinazione 30°

Area netta assorbitore:

volume accumulo:Marca e modello accumulo:

Piani vetrati

In arancione sono indicati gli strumenti di misura utilizzati.SCHEMA FUNZIONALE IMPIANTO

Cal

daia

impi

anto

cen

tral

izza

to


MONITORAGGIO

• La misura delle prestazioni dei collettori ha previsto un periodo di monitoraggio variabile fra 10 e 18 giorni per i diversi impianti, registrando i valori con un intervallo di 10 minuti. Durante il periodo di monitoraggio si sono registrate le temperature di mandata e ritorno, nonché la portata del circuito solare all’accumulo.

• Il monitoraggio degli impianti solari termici è stato eseguito per mezzo di:– misuratore di portata ad ultrasuoni– sonde di temperatura – logger di stato delle pompe


Monitoraggio: dettagli misure di flusso

installazione del misuratore preparazione del tubo con carta abrasiva

rimozione della coibentazioneTaglio della coibentazione esistente


Scheda monitoraggio

2.8 kW1.4 kW

85.4 °C1 assumendo un rendimento del 70% con condizioni di irradianza pari a 1 kW/m2

2 rilevata su base oraria

L'istogramma mostra l'energia disponibile (cioè l'energia specifica sul piano dei pannelli moltiplicata per l'area netta degli assorbitori) e l'energia prodotta (ceduta dai pannelli all'accumulo). La linea gialla rappresenta la temperatura esterna.

Anno installazione 2009

Potenza massima teorica 1

Potenza massima utile al bollitore rilevata 2

Data inizioData fine

Giorni totali 1819/04/2011 10.10

MONITORAGGIO

Indirizzo

Edificio Asilo

via Einaudi, Avigliana

01/04/2011 11.20

T max rilevata ingresso bollitore

Energia giornaliera

05

1015

2025

30

1/4 2/4 3/4 4/4 5/4 6/4 7/4 8/4 9/4 10/4 11/4 12/4 13/4 14/4 15/4 16/4 17/4 18/4

kWh

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

30.0

°C

Energia giornaliera disponibile Energia giornaliera prodotta T esterna media

Il grafico presenta il funzionamento orario del sistema durante un giorno caratterizzato da un buon irraggiamento. Esso mostra l'irradianza (cioè la potenza specifica disponibile sul piano orizzontale), la potenza specifica (ovvero quella prodotta da un metro quadro netto di assorbitore) e la temperatura esterna. Come si può vedere, vi è un irraggiamento minimo al di sotto del quale il sistema non fornisce energia. Ciò dipende dalla centralina, che fa intervenire il circolatore solo quando la temperatura nei collettori supera quella dell'accumulo di una certa quantità. Il sistema di regolazione solare funziona correttamente..

MONITORAGGIO

Temperature fluido

0

20

40

60

80

11.29

AM

12.49

AM

2.09 P

M3.

29 A

M4.

49 P

M6.

09 AM

7.29

PM8.4

9 AM

10.0

9 PM

11.29

AM

12.49

AM

2.09 P

M3.2

9 AM

4.49

PM6.0

9 AM

7.29

PM8.4

9 AM

10.0

9 PM

11.29

AM

12.49

AM

2.09 P

M3.

29 A

M4.

49 PM

6.09

AM7.2

9 PM

8.49 A

M10.

09 P

M11.

29 A

M12.

49 A

M2.0

9 PM

3.29

AM

4.49

PM6.0

9 AM

Tem

p (°C

)

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

DT

(K)

MANDATA RITORNO DT

Dati orari 16 aprile 2011

0

5

10

15

20

1.00

3.00

5.00

7.00 9.00

11.0

013

.00

15.00

17.0

019.0

021

.00

23.0

0

Tem

per

atur

a (°C

)

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

Irrad

ian

za o

rizzo

nta

le e

pot

enza

spe

cific

a

prod

otta

(W

/m2)

T MEDIA ESTERNA POTENZA SPECIFICA PRODOTTA IRRAGGIAMENTO MEDIO ORIZZONTALE


SIMULAZIONE

• Stima A : consiste nell’effettuare una regressione lineare tra energia giornaliera disponibile sul piano dei pannelli ed energia giornaliera prodotta nel periodo di misura. Correlazione lineare solitamente buona (R2=0.6-0.8).

• Stima B : consiste nel calcolo del rendimento medio giornaliero come funzione dello stesso parametro x, usato per l’espressione del rendimento dei collettori solari nelle prove previsto dalla norma UNI-12976. Il parametro x è dato da:

G

eTcT

)h/H(

eTcTx

sun

−=−=


Scheda risultati simulazione

Intercetta -2.198 kWhPendenza 0.32 -

R2 0.24

Intercetta 14.86 %

Pendenza 1.62 W/m2K

R2 0.13

RISULTATI SIMULAZIONE

Indirizzo

Edificio Asilo

via Einaudi, Avigliana

Stima A

anno installazione 2009

Stima A

Stima B

Stima B

♦Φ rappresenta la differenza di temperatura tra la temperatura media del collettore solare e la temperatura esterna. Gm è la radianza solare media sul piano dei collettori durante la giornata (calcolata a partire dall'irraggiamento globale sul piano collettori e dalle ore di sole del giorno considerato). Per la metodologia di calcolo si rimanda alla relazione.

Stima A: Regressione Energia Disponibile/Energia P rodotta

0

2

4

6

8

10

0 5 10 15 20 25 30Energia disponibile (kWh)

Ene

rgia

pro

dot

ta

(kW

h)

Stima B: Regressione Rendimento/x

0%5%

10%15%20%25%30%35%40%

0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100x= ♦♦♦♦T/Gm

Ren

dim

ento

Stimatore kWh

Media 1,296Stima A 1,116Stima B 1,604

TOTALE ANNUALE STIMATO

Le due stime restituiscono un valore differente. Si è preferito considerare la Stima A, per la sua vicinanza con il valore medio. E' dunque possibile stimare il contributo solare alla produzione di acqua calda annua pari a circa 1'200 kWh. La produzione specifica prevista ha un valore basso.

324279401

RISULTATI SIMULAZIONE

kWh/m2

Energia mensile prodotta

0.0

20.0

40.0

60.0

80.0

100.0

120.0

140.0

160.0

180.0

200.0

gen feb mar apr mag giu lug ago sett ott nov dicE

nerg

ia p

rodo

tta (

kWh)

Stima A Stima B


Stima AbEaE dp +=

Stima A: Regressione Energia Disponibile/Energia P rodotta

0

5

10

15

20

0 10 20 30 40 50 60Energia disponibile (kWh)

Ene

rgia

pro

dotta

(kW

h)


Stima B

Tale stima è più corretta, da un punto di vista fisico, poiché tiene conto anche della variabilità delle dispersioni termiche del collettore, al variare della differenza di temperatura tra fluido nel collettore ed ambiente esterno.

Per il calcolo dei parametri si è seguito il seguente procedimento:• calcolo della temperatura media del fluido (Tc) nel collettore nelle

ore di funzionamento (come media tra ingresso e uscita del fluido)• calcolo della differenza tra la temperatura Tc e la temperatura media

esterna Te• calcolo della radianza solare media G, a partire dall’irraggiamento

solare giornaliero H e dalle ore di sole hsun

G

eTcT

)h/H(

eTcTx

sun

−=−= bxa +=η


Stima B

Stima B: Regressione Rendimento/x

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500x=∆∆∆∆T/Gm

Ren

dim

ento


Stima della produzione mensile dei collettori

Energia mensile prodotta

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

gen feb mar apr mag giu lug ago sett ott nov dic

kWh

Stima A Stima B


Stima della produzione mensile dei collettori

n. impianto

Comune ubicazione impianto

mq netti assorbitore

destinazione d'uso edificio

Tipologia tipo integrazione tipo architettonico kWh/mq annui

disponibiliRendimento medio

periodo misura η η η ηmed

Media annua kWh/mq utili annui previsti

STIMA A kWh/mq

annui

STIMA A kWh annui

1 VIGONE 6.6 Asilo piani vetraticaldaia


falda a 20°C 1501 31.1% 466 471 3'106

2 VIGONE 11.1Mensa scuola elementare piani vetrati

resistenza elettrica

semi integrati su falda a 30°C 1538 26.0% 400 404 4'483

3 VIGONE 5.6 Asilotubi

sottovuotocaldaia

riscaldamento

su tetto piano, assorbitori interni

inclinati 1526 27.1% 414 448 2'510

4 PINASCA 30.6Campo sportivo / Palestra piani vetrati

caldaia riscaldamento


5 NICHELINO 33.2 Piscinatubi

sottovuotocaldaia


piano 1538 38.2% 588 13'462

6 AVIGLIANA 7.1 Docce campeggiopiani vetrati autocostruiti

caldaia murale dedicata supporto su terreno 1544 35.4% 546 482 3'422

7 AVIGLIANA 4.0Cucina scuola materna piani vetrati

caldaia riscaldamento


8 MAZZE' 18.8 Asilo piani vetrati bollitore a gassemi integrati su

falda a 30°C

9 BRUINO 21.0 Palestra piani vetraticaldaia murale

dedicatasupporto su tetto

piano 1355 25.7% 348 388 8'156

10 BRUINO 17.8 Campo sportivotubi

sottovuotocaldaia


piano 1524 31.3% 476 568 10'105

405


Conclusioni • Il monitoraggio ha dato risultati soddisfacenti per oltre la metà degli

impianti. Purtroppo, sono stati rilevate anche numerose anomalie, in genere a causa del non corretto funzionamento del sistema di controllo.

• Alcune conclusioni di validità generale:– La progettazione degli impianti esaminati non risponde a schemi

standard.– Alcuni impianti sono stati installati con orientamento poco favorevole,

anche su tetti piani – In nessuno degli impianti sembra che sia mai stata eseguita la fase di

commissioning. In particolare, risultano mal posizionati i sensori di temperatura.

– Lo stato di manutenzione è nella media buono.– Circa la metà degli impianti presentava un misuratore di calore sul

circuito solare. I dati principali sono rilevati e visibili sotto forma di valore cumulato, ma non vengono memorizzati né trasmessi. Se si trasmettessero alla Provincia i dati di funzionamento si potrebbero rilevare tempestivamente malfunzionamenti.

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