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

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SOLARE TERMICO SOLARE TERMICO SOLARE TERMICO

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Dal sole tutta l’energia che serve!

Dal sole tutta l’energia che serve!

SOLARE TERMICO

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

2 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 funziona senza l'uso di alcun combustibile.

T

1. La conduzione è presente principalmente nei solidi ed è caratterizzata dalla trasmissione del calore senza spostamento di materia. In pratica le particelle elementari che costituiscono il corpo trasmettono energia a quelle attigue per semplice contatto.

2. La convezione è presente solo nei fluidi, vale a dire liquidi e gas In essa la trasmissione del calore avviene attraverso lo spostamento delle particelle da temperatura maggiore verso zone a temperatura minore

Tutti questi spostamenti di materia si traducono nei cosiddetti movimenti

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Tutti questi spostamenti di materia si traducono nei cosiddetti movimenti convettivi di cui possiamo avere un esempio osservando una pentola di acqua in ebolìizione.

3. L'irraggiamento, infine, avviene principalmente nel vuoto (basti pensare alla radiazione solare che colpisce la Terra e che viaggia nello spazio), è efficace anche nei gas, lo è poco nei liquidi ed è quasi nullo attraverso i solidi (tranne quelli sottili e trasparenti come i vetri) .

Esso consiste nel trasporto di energia per mezzo di onde elettromagnetiche.

gli scambi termici che avvengono fra un edificio e l'esterno presentano tutte e tre le forme di trasmissione del calore.

La captazione dell'energia solare

Gli apparecchi per la captazione dell'energia solare, chiamati comunemente pannelli solari, sono attualmente di due tipi:

a) pannelli termici (impianto solare termico), che trasmettono a un fluido (in genere acqua) il calore fornito dall'irraggiamento solare;

b) pannelli foto elettrici (impianto fotovoltaicco), che possono essere costituiti da fotocellule, che trasformano direttamente l'energia solare in energia elettrica, e da termocellule, che raccolgono il calore dell'irraggiamento e lo trasformano direttamente in elettricità.

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dell'irraggiamento e lo trasformano direttamente in elettricità.

A loro volta i pannelli termici si possono distinguere nei tipi:

1) pannelli solari piani;

2) pannelli solari a concentrazione;

3) pannelli solari a debole concentrazione.

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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 solo in parte riesce a uscire all’esterno.

Si ha così un effetto riscaldante (effetto serra).

5 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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•un pannello solare termico di un metro quadro garantisce 80-135 litri di acqua calda sanitaria al giorno, mantenendo una temperatura che si aggira intorno ai 40°. Considerando che il consumo medio per persona è di 30-50 litri giornalieri, si possono fare i propri calcoli.

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In Italia l’orientamento ideale dei pannelli solari è a Sud. Tuttavia ci sono anche orientamenti diversi non del tutto penalizzanti:

-con variazioni d’orientamento di ±30° dal Sud, l’energia solare annua ricevuta diminuisce solo del 2,5%;

-con variazioni di ±45° diminuisce del 3÷4%.

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•conviene, vista la nostra latitudine, che i pannelli solari abbiano questi angoli di inclinazione:

- α = 20÷40° per impianti a funzionamento estivo;

- α = 50÷65° per impianti a funzionamento invernale;

- α = 40÷60° per impianti a funzionamento annuo.

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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

13 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.).

Impianti Grid-Connected

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•La corrente continua proveniente dai pannelli installati sul tetto, arriva all’Inverter.

•L’inverter è un’apparecchiatura che ha il compito di trasformare la tensione e la corrente continua prodotte dall’impianto fotovoltaico in alternata a 220 Volt, in modo da poter essere utilizzata per alimentare il computer, la televisione e tutti gli altri elettrodomestici.

•Dall’inverter la corrente prende due direzioni: una verso gli apparecchi elettrodomestici e le lampade dell’abitazione, l’altra verso la rete ENEL.

•Passa però prima da un contatore bidirezionale che conteggia l’energia in entrata ed in uscita (da e verso l’abitazione).

Impianti Stand-Alone

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•Gli impianti fotovoltaici di tipo autonomo sono indicati in caso di assenza di collegamento alla rete elettrica (ad esempio in montagna, in aree agricole non servite dalla rete, ecc.).

•Gli impianti fotovoltaici isolati vanno sempre dimensionati sulla base dei seguenti fattori:

• la zona di installazione

• il periodo di utilizzo

• la tipologia di utenza (se in corrente continua o alternata)

• i carichi da collegare (es. luci, TV, radio, ecc.).

Inseguitore solare

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•Un inseguitore solare è un sistema meccanico in grado di modificare l'orientamento dei pannelli solari (fotovoltaici, termici o concentratori solari) per consentire di seguire il corso del sole nel cielo e ottenere la migliore inclinazione dei pannelli, aumentando l'efficienza dell'impianto solare. Lo scopo principale di un inseguitore è quello di massimizzare l'efficienza del dispositivo ospitato a bordo. Nel campo fotovoltaico i moduli montati a bordo di un inseguitore, vengono generalmente disposti geometricamente su un singolo pannello, pratica che evita l'impiego di un inseguitore per ogni singolo modulo.

•Se da un lato gli inseguitori solari consentono di ottenere un maggiore livello di efficienza, dall'altro sono esposti al rischio dell'usura e del guasto meccanico dovuto all'azione degli agenti atmosferici. Richiedono pertanto una maggiore manutenzione rispetto agli impianti solari tradizionali. Inoltre, ogni servomeccanismo elettrico consuma energia per svolgere il proprio lavoro, quindi al ricavo economico della maggiore produzione di energia dovrà essere sottratto il costo della quantità di energia consumata dagli inseguitori. Questi ultimi due aspetti rendono particolarmente conveniente l'applicazione degli inseguitori solari nel settore dei medio-grandi impianti solari a terra dove è presente una struttura e un personale adibito al controllo quotidiano dell'impianto.

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Il collettore solare converte in calore la luce solare che penetra al suo interno attraverso la copertura trasparente.

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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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20 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

21 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

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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:

23 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.

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•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.

25 Non dà problemi di corrosione, non presenta limiti legati alle

temperature massima (evaporazione) e minima (congelamento).

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Circolazione naturale

26 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

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•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

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– Gli scambiatori di calore – Le tubature

– La pompa

– Il vaso di espansione – Le valvole

– Il regolatore

– Sensori di temperatura

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30 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

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• 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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FABBISOGNO ACS

Il fabbisogno quotidiano per abitazione è generalmente stimato come prodotto del numero di persone presenti all’interno

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come prodotto del numero di persone presenti all’interno dell’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 persona

La 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:

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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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35 Fonte ENEL

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36 Fonte ENEL

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Acqua calda sanitaria per 4 persone Costo investimento: 4.000€

Risparmio in bolletta termica: 350 €/anno (valore medio) Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007)

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Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007) Ritorno dell’investimento: 5 anni

Acqua calda sanitaria e riscaldamento (sistema radiante) per un’abitazione da 120 m2 e 4 persone Costo investimento: 10.000€

Risparmio in bolletta termica: 650€/anno

Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007) Ritorno dell’investimento: 7 anni

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•Introduzione impianti 2:

•La ventilazione meccanica controllata (VMC)

•La ventilazione meccanica ha lo scopo di immettere aria di rinnovo all’interno degli ambienti riscaldati allo scopo di garantire il corretto il ricambio dell’aria ambiente, senza aprire le finestre eliminando così sprechi di dissipazione elettrica.

1. Sistemi a doppio flusso con recupero 1. Sistemi a doppio flusso con recupero 2. Sistemi a semplice flusso

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•Introduzione impianti:

•VMC

•

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•Introduzione impianti:

•Recuperatore statico

•By-pass Free Cooling

•0°C

•10°C

•10°C

•20°C

•50%

•

•10°C

•20°C

•Batteria di post

•riscaldamento

•Introduzione impianti 2:

•Recupero energetico attivo (termodinamico)

•

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Funzione del cappotto ISOLAMENTO TERMICO

•Inverno: protezione termica

•Estate: protezione da surriscaldamento PROTEZIONE DELL' EDIFICIO

•intemperie / umidità

•sbalzi di temperatura

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•sbalzi di temperatura

•agenti inquinanti (pioggia acida, ...)

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•polistirene espanso sinterizzato

•Fibra di legno

•Sughero

•Lana di roccia

•La di vetro

•pannelli in idrato di silicato di calcio

•Il cappotto in fibra di canapa e calce

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Grazie per l’attenzione