PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA

CON IMPIANTI A COLLETTORESOLARE

Ing. Attilio Pianese

ENERGIE RINNOVABILI

Le energie rinnovabili (innovative) sono caratterizzate da:•DISPERSIONE E DILUIZIONE•ALEATORIETA’ E VARIABILITA’

⇓ne consegue la necessità di utilizzare

SISTEMI INTEGRATI ossia affiancati da sistemi tradizionali

COSTI DI PRODUZIONE DELL’ ENRGIA ELETTRICA

FONTE: IAEA – RAPPORTO 2006

FRAZIONE SOLARE DI UN IMPIANTO INTEGRATO

La frazione solare è il rapporto tra la quantità di calore prodotta annualmente dal sistema solare e quella totale prodotta dal sistema integrato (solare + convenzionale).

ts

s

QQQF+

=

F = frazione solareQs = calore prodotto annualmente per via solareQt = calore prodotto per via convenzionale

INTENSITA’ DELLA RADIAZIONE SOLARE

L’ENERGIA TERMICA PROVENIENTE DAL SOLE HA I SEGUENTI VALORI DI RIFERIMENTO:- Costante solare (al di fuori dell’atmosfera) G = 1,354 KW/m2

riferita ad incidenza normale alla superficie

Per pannelli solari obliqui correttamente orientati in Italia sihanno i seguenti valori medi di radianza:- Energia incidente su un pannello estate Ie = 0,67 KW/m2

- Energia incidente su un pannello inverno Ii = 0,32 KW/m2

La radianza varia sensibilmente a seconda delle condizioni atmosferiche. In Italia per superficie ortogonale alla direzione del sole si ha: 0,1 < I < 1 KW/m2

La radiazione solare nell’attraversare l’atmosfera, in parte viene assorbita, in parte viene riflessa.

Giungono al suolo le seguenti componenti di differenti caratteristiche:- radiazione solare diretta (radianza diretta Ib in KW/m2)- radiazione solare diffusa (radianza diffusa Id in KW/m2)

Interessano inoltre i valori giornalieri dell’energia solare ricevuta al livello del suolo (integrale della radianza), ossia:-l’irraggiamento medio giornaliero diretto Hb in KWh/m2)-l’irraggiamento medio giornaliero diffuso Hd in KWh/m2)

CARATTERISTICHE DELLA RADIAZIONE SOLARE

I valori sperimentali dell’irraggiamento medio su un piano orizzontale (diretti e diffusi) sono forniti dalle norme.

IRRAGGIAMENTO MEDIO GIORNALIERO SU UN PIANO ORIZZONTALE – ROMA (UNI 10349)

GIUGNO SETTEMBRE DICEMBRE MARZO Hdh

Hbh Hdh Hbh Hdh Hbh Hdh Hbh

Mj/m2 7,5 18,2 5,3 12,3 2,6 2,8 5,3 8,4 KWh/m2 2,08 5,06 1,47 3,42 0,72 0,78 1,47 2,33

ANDAMENTO DELLA RADIAZIONE SOLARE

COLLETTORI SOLARI PIANI VETRATI

Collettore solare piano Collettore a tubi sottovuoto

TIPOLOGIE DI COLLETTORI

Circolazione naturaleCircolazione forzata

Circolazione forzata Circolazione naturale

Costo iniziale Medio/Alto Basso Consumi elettrici Si No Rendimento Alto Basso (migliore se al sud)Perdite termiche Minime Medio/alte

PARAMETRI TERMOTECNICI DEI COLLETTORI SOLARI

ag = coefficiente di assorbimento globale o apparente dell’insieme

lastra/assorbitore/vetri,

H1 = fattore globale di trasmissione del pannello tra la superficie ricevente e

l’esterno lato vetro (kcal/h m2°C)

H2 = trasmittanza della parete isolante posta tra il fluido termovettore e l’aria

esterna al di sotto del pannello (kcal/h m2°C);

I = potenza raggiante ricevuta dal sole (kcal/h m2);

H = fattore globale di perdita del collettore.

(Per definizione si pone: H = H1 + H2);

θi − θa = differenza di temperatura tra l’acqua in ingresso nel collettore e la

temperatura ambiente.

INOLTRE:

c = calore specifico del fluido termovettore (kcal/kg°C)

G = portata del fluido termovettore (kg/h)

(θu – θi) = differenza di temperatura del fluido termovettore (°C)

A = area del pannello, riferita alla superficie dell’assorbitore (m2).

Si definisce rendimento del collettore solare il seguente rapporto:

incidente termicaPotenza fluido dal assorbita Potenza

η =( )

AIGc iu

⋅−⋅⋅ θθ

=

RENDIMENTO DEL COLLETTORE

Il rendimento di un collettore solare è il parametro fondamentale che ne definisce le prestazioni.

Per il rendimento si dimostra la seguente espressione(1):

( )

cGHAe

IHa

cGHA

aig

−−

⋅⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ −⋅

−=1θθη

(1) Si veda: Parolini – Fondamenti di Fisica Tecnica - UTET

ESEMPIO DI UN COLLETTORE COMMERCIALE

IPOTESI DA RICORDARE

L’espressione del rendimento si riferisce a condizioni stazionariequindi non considera le fasi iniziali di riscaldamento.Il rendimento ottico ag (o coeff. di assorb. globale) esprime la frazione di calore ricevuta dall’assorbitore per irraggiamento tenuto conto di tutti i fenomeni di invio e riflessione.Il suo valore dipende dall’angolo di incidenza della radiazione solare, e decade sesibilmente (cioè oltre il 25 %) per angoli di incidenza della radiazione superiori a 60°. I valori di ag da impiegare nella relazione precedente sono i valori medi in cui il collettore può essere considerato funzionante, ossia le ore centrali della giornata.

SCHEMA DI IMPIANTO

PROBLEMI POTENZIALI DEGLI IMPIANTI

Relativamente al funzionamento:

- Gelo notturno ad impianto fermo, in assenza di antigelo.

- Possibilità di formazione della legionella in presenza di acqua a 35 – 50 °C in contatto con l’atmosfera.

Relativamente all’installazione del collettore:Il pannello solare deve essere installato attentamente:- va evitata la presenza di ostacoli che proiettano ombre,- va verificata la posizione inclinazione ed azimut ottimali

CRITERI DI PROGETTO DI MASSIMA

Per calcolare la superficie del pannello si devono considerare ivalori dell’irraggiamento medio giornaliero atteso funzione del luogo e della posizione del pannello.In Centro Italia:-In estate (luglio) H = 6,0 ÷ 6,5 KWh/m2

-In inverno (dicembre) H = 2,4 ÷ 2,5 KWh/m2

Si determina il fabbisogno termico. Ad esempio per una famiglia di 4 persone (200 l di acqua/d):Q = 200 * (40 − 15) /860 = 5,8 KWh/d

Si determina la superficie del pannello (superficie dell’assor-bitore), tenuto conto anche del rendimento effettivo con cui si lavora (in estate ed in inverno).

DISCUSSIONE DI ALTRI SCHEMI

LO SCHEMA PRESENTE ED IL SUCCESSIVO SONO TRATTI DA: IDRAU-LICA 32. IMPIANTI SOLARI SCHEMI DI REALIZZAZIONE - CALEFFI

APPROFONDIMENTI SUI COLLETTORI

COLLETTORE A TUBO SOTTOVUOTO –

AUGUSTA AS100

SOLARPOWER - modello SOLARTRAP 10

ULTERIORI DATI - BIBLIOGRAFIA

LibriAttilio Pianese -Impianti tecnici in edilizia –Dario Flaccovio

Siti internet:http://www.solarenergy.ch/http://www.caleffi.it/

ULTERIORI ESEMPI

COLLETTORE RIELLO CP20TS

Lunghezza totale 1.857 m Larghezza totale 1.087 m Peso a vuoto con vetro 31 kg Superficie dell'apertura 1.804 m² Fattore di conversione η0 0.748 Coefficiente di perdita a1 3.82 W/(m²K) Coefficiente di perdita a2 0.0101 W/(m²K²) K1, longitudinale (50°) 0.86 K2, trasversale (50°) 0.86

CARATTERISTICHE TECNICHE