SOLARE TERMICOSOLARE TERMICO

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Indice

L’energia solare

Principi base

Come funziona un sistema solare termico

Funzionamento

Classificazioni

I componenti dell’impianto

SOLARE TERMICO

La tecnologia del solare termico consente di trasformare direttamente l'energia associata alla radiazione solare in energia termica.

Essa sfrutta i principi basilari della termodinamica ed in particolar modo la trasmissione del calore da un corpo “caldo” ad uno “freddo”: il corpo caldo è il Sole che irradia energia nello spazio circostante ed il corpo freddo è il fluido che scorre all’interno del pannello.Si ha quindi un sistema che funzionasenza l'uso di alcun combustibile.

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I metodi per raccogliere l'energia solare

1) con concentrazione, mediante specchi o lenti che riflettono la radiazione verso pannelli o caldaie per l'utilizzo diretto dell'acqua calda oppure per la produzione di vapore da convogliare ad una turbina con generazione di energia elettrica;

2) senza concentrazione, mediante pannelli applicati o integrati nelle chiusure degli edifici (pareti, tetti, parapetti ecc.).

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La radiazione solare a onde corte passa attraverso il vetro della finestra e una volta raggiunti gli oggetti all’interno della stanza viene trasformata in radiazione a onda lunga, che soloin parte riesce a uscire all’esterno. Si ha così un effetto riscaldante (effetto serra).

Le onde lunghe restano intrappolate all’interno

Le onde corte penetrano la copertura trasparente

Vediamo com’è possibile sfruttare questa energia che è gratuitamente a nostra disposizione …

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Il collettore solare converte in calore la luce solare che penetra al suo interno attraverso la copertura trasparente.Una piastra metallica captante assorbe i raggi solari incidenti e li converte in calore.Tale piastra trasferisce il calore assorbito ad un sistema di canali contenenti il fluido vettore che si riscalda.

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Il fluido vettore trasferisce il suo calore ad un secondo fluido contenuto in un serbatoio di accumulo (2 circuiti). Il fluido vettore una volta raffreddato ritorna attraverso il circuito di ritorno al il collettore, mentre nel serbatoio l’acqua più calda si sposta verso l’alto. Il collegamento tra collettori solari e serbatoio di accumulo viene detto: "Circuito Solare”.

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L’acqua del serbatoio stratifica in funzione della temperatura (più calda in alto più fredda in basso) per la diversa densità. Dalla parte alta del serbatoio viene prelevata l’acqua per gli usi previsti. Nella parte bassa avviene l’ingresso dell’acqua di rete.

Qualora nel serbatoio non si raggiunga la temperatura prevista, si procede al riscaldamento dell’acqua con il sistema tradizionale: l’acqua viene fatta passare attraverso la caldaia, che la porta in temperatura prima di essere impiegata.

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1  Classificazione in base al tipo di fluido vettore

2  Classificazione in base alla tipologia di movimentazione del fluido

3  classificazione in base all’utilizzo

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• Acqua• Fluidi antigelo• Aria

L’acqua presenta i seguenti vantaggi:

    Ha elevata capacità termica     Ha elevata conducibilità termica     Ha bassa viscosità     Non e infiammabile     Non e tossica     È economica

ma… è soggetta a congelamento ( 0 ) e ad evaporazione (100 ) raggiungibili in normali condizioni di funzionamento.

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Se la temperatura esterna raggiunge valori inferiori allo zero

•devo prevedere l’uso di fluidi antigelo per evitare la rottura di tubazioni e collettori. In questi casi è d’obbligo una configurazione che preveda circuito primario separato dal circuito dell’utilizzatore.

•devo limitare le situazioni di evaporazione del fluido vettore (se liquido) per problemi legati alle sovrapressioni.

I fluidi antigelo sono classificati in:

•Fluidi a base d’acqua (glicole etilenico, glicole propilenico, alcoli)

•Fluidi diatermici (oli minerali naturali)

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Aria L’aria ha caratteristiche fisiche diverse dall’acqua. Nella tabella seguente vengono riassunte le principali differenze.

Non dà problemi di corrosione, non presenta limiti legati alle temperature massima (evaporazione) e minima (congelamento).

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Circolazione naturale

Circolazione forzata

La differenza principale tra le due tecniche di conversione sta principalmente nel fatto che nella prima (circolazione naturale) non ci sono elementi di movimentazione di tipo elettromeccanico: il motore della movimentazione del fluido è il calore stesso. Nella seconda tecnica il fluido è messo in moto da una pompa.

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•Produzione di acqua calda sanitaria (ACS) ad uso domestico, alberghiero e ospedaliero oppure riscaldamento dell'acqua delle docce (stabilimenti balneari, campeggi, ecc.);

•Riscaldamento degli ambienti

•Raffrescamento degli ambienti (ancora costoso).

•Piscine

•Usi industriali : riscaldamento dell'acqua per processi a bassa temperatura; essiccatoi.

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•Il collettore solare

•Il serbatoio di accumulo

•I componenti del circuito solare      – Gli scambiatori di calore      – Le tubature      – La pompa      – Il vaso di espansione      – Le valvole      – Il regolatore      – Sensori di temperatura

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Il dispositivo base: "il collettore solare" è costituito da un corpo nero assorbente entro il quale può scorrere un fluido (con la funzione di captare l'energia irradiata dal sole attraverso la superficie scura e trasferirla sotto forma di energia termica al fluido) e una copertura selettiva trasparente sulla parte esposta al sole (con la funzione di limitare le dispersioni per irraggiamento verso l'ambiente esterno), tutto racchiuso in un contenitore opportunamente isolato sulle pareti laterali e sulla parete opposta a quella di ricezione della radiazione.

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È composto da:• Lastra trasparente (vetro) • Piastra captante (assorbitore) • Strato di materiale isolante • Contenitore

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PARAMETRI• Fabbisogno complessivo mensile• N° di persone = consumo giornaliero di acqua• calda sanitaria• trasmittanza complessiva dell’edificio (UA) per i•fabbisogni di riscaldamento (temperatura interna degli ambienti)• Energia fornita dalla fonte ausiliaria per le• integrazioni (caldaia tradizionale)

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FABBISOGNOACS

Il fabbisogno quotidiano per abitazione è generalmente stimatocome prodotto del numero di persone presenti all’internodell’abitazione per un valore di consumo medio pro capite:

•Basso consumo: 30-40 litri/giorno a persona

•Medio consumo 40-60 litri/giorno a persona

•Alto consumo 60-80 litri/giorno a personaLa temperatura media di utilizzo è generalmente considerata pari a 45 C

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Analisi energetica: calcolo dell'energia pro capite necessaria

In media, in Italia si consumano circa 50 litri al giorno di acqua calda sanitaria pro capite, alla temperatura di 45°C.

Ipotizzando una temperatura dell'acqua proveniente dall'acquedotto pari a 15°C si può calcolare il quantitativo pro capite Q, di energia termica necessaria:

Q = G . cs . (Tu - Ta ) = 50 l . 1 kcal/l°C . 30°C = 1500 kcal.

Avendo indicato con:

G, massa d'acqua da scaldare (l);

Cs, calore specifico dell’acqua (kcal/l);

u, temperatura di utilizzo, pari a 45°C;

Ta, temperatura acqua dell'acquedotto (°C).

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Fonte ENEL

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Fonte ENEL

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Acqua calda sanitaria per 4 personeCosto investimento: 4.000€Risparmio in bolletta termica: 350 €/anno (valore medio)Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007)Ritorno dell’investimento: 5 anni

Acqua calda sanitaria e riscaldamento (sistemaradiante) per un’abitazione da 120 m2 e 4 personeCosto investimento: 10.000€Risparmio in bolletta termica: 650€/annoDetrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007)Ritorno dell’investimento: 7 anni

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