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1 AMICO SOLE DA ALCUNI DECENNI TECNOLOGIE AD HOC CONSENTONO IL PIENO SFRUTTAMENTO DELL ENERGIA DA IRRAGGIAMENTO SOLARE. UN IMPIANTISTICA OPPORTUNA E INTEGRATA RENDE POSSIBILE LA COMPLETA AUTONOMIA ENERGETICA DI UN EDIFICIO ENRICO CAROSSO* Da sempre l uomo utilizza il calore del sole per il riscaldamento proprio e dei luoghi in cui vive; questo sfruttamento è avvenuto dapprima utilizzando semplicemente l irraggiamento diretto e poi, con la scoperta del fuoco, attraverso l utilizzo dei combustibili fossili, che null altro sono che serbatoi all interno dei quali l energia solare si è immagazzinata per milioni di anni. Oggi, a causa dell eccessivo sfruttamento dei combustibili fossili e delle negative conseguenze che ne derivano e ne deriveranno in futuro, l opportunità di sfruttare il calore diretto che proviene per irraggiamento dal sole è nuovamente tornata d attualità ed è certamente una delle tante strade possibili che dovranno essere percorse per evitare che il degrado ambientale in essere diventi irreversibile per le future generazioni. UN POTENZIALE ENORME Come è noto, l irraggiamento solare è un flusso di energia irradiato nello spazio dal sole uniformemente in tutte le direzioni. Gli strati esterni dell atmosfera terrestre sono costantemente raggiunti da una potenza enorme, pari a circa 1.36 kw/m 2. Penetrando nell atmosfera, l irraggiamento viene attenuato per effetto della riflessione, della dispersione e dell as- 67

2 Pannelli solari termici piani. L ITALIA DEL SOLE sorbimento da parte di particelle di pulviscolo e molecole di gas. La parte di irraggiamento solare che riesce a raggiungere comunque la superficie terrestre si dice irraggiamento diretto, mentre quello che, riflesso dall atmosfera, raggiunge comunque la superficie terrestre in modo indiretto, si dice irraggiamento diffuso. La somma delle due quote di irraggiamento solare si dice irraggiamento globale e può, in condizioni ottimali, raggiungere alle nostre latitudini anche 1.0 kw/m 2. Limitando l attenzione al solo aspetto termico (senza tenere conto di quello legato alla produzione diretta di energia elettrica con sistemi fotovoltaici, di cui si parla in altro articolo all interno di questo stesso Speciale) e tenuto conto che un pannello solare è in grado di convertire in calore fino al 75% dell irraggiamento globale, è evidente quanto le quantità di energia disponibili siano enormi. In Italia, in particolare, l irraggiamento medio annuo va da a kwh/m 2 per anno (figura 1), pari al contenuto energetico di circa litri di gasolio o m 3 di metano. Grazie alla attuale disponibilità di impianti solari efficienti, lo sfruttamento dell energia solare non è una prospettiva futura ma è parte della realtà quotidiana. Le principali tecnologie oggi disponibili per ottenere calore dal sole sono sostanzialmente due e dipendono dal livello energetico che si vuole raggiungere nel fluido riscaldato. Fig. 1 Irraggiamento solare medio annuo nelle diverse zone d Italia. 68

3 IL SOLARE TERMODINAMICO Se si intende utilizzare il fluido riscaldato dal sole per produrre energia elettrica, la sua temperatura dovrà essere molto elevata (anche 600 C). In questi casi si ricorre al solare termodinamico o solare a concentrazione; questa tecnologia permette di produrre calore a media e alta temperatura grazie a specchi parabolici che concentrano la luce diretta del sole su un tubo ricevitore. Dentro il tubo scorre un fluido che assorbe l energia e la trasporta in un serbatoio di accumulo, che è in contatto termico con uno scambiatore di calore, che genera vapore; questo viene utilizzato per muovere delle turbine collegate ad alternatori per produrre corrente elettrica. IL SOLARE TERMICO Se si intende utilizzare l energia ricavata dal sole per usi legati alle abitazioni (riscaldamento acqua sanitaria e integrazione al riscaldamento e/o raffrescamento degli ambienti) la temperatura richiesta al fluido riscaldato dal sole è molto più bassa di quella necessaria nel solare termodinamico. Le temperature in gioco infatti difficilmente superano i 90 C (nel caso del solar cooling) e più frequentemente rimangono, per gli usi canonici, al di sotto dei 70 C. La scelta tra le varie tipologie di pannelli disponibili dipende appunto dal contenuto energetico che deve avere il fluido di scambio. Per tutte le varie tipologie di pannello, il principio di funzionamento è comunque sempre LE TIPOLOGIE DI PANNELLI SAC - COLLETTORE SOLARE AD ARIA FPC - COLLETTORE SOLARE PIANO Riscaldamento diretto dell aria Normalmente utilizzati per pre-riscaldare aria di mandata. Necessita impianto di ventilazione. Es. capannoni industriali Riscaldamento liquido termovettore (acqua e componente anti-gelo; glicole) Maggior uso: produzione di acqua calda sanitaria Trattamento superficiale selettivo CPC- COLLETTORE PARABOLICO FISSO Concentrano la radiazione senza utilizzare sistemi di inseguimento Riscaldamento liquido termovettore (acqua, anti-gelo; glicole) Maggior uso: produzione di acqua calda sanitaria Riduzione perdite convettive attraverso l uso di un foglio di Teflon Tubi sottovuoto per la riduzione di perdite di energia termica (convezione, conduzione) Diverse tipologie costruttive disponibili: heat-pipe o a flusso diretto; tubi tutto vetro; con/senza concentratore Maggior uso: produzione di acqua calda sanitaria EHP SYC EDF COLLETTORI A TUBI SOTTOVUOTO Fig. 2 Principali tiplogie di pannelli per il solare termico attualmente disponibili sul mercato. 69

4 IMPIANTO PER ACS E RISCALDAMENTO Fig. 3 Esempio di impianto per la produzione di acqua calda per uso sanitario e integrazione del riscaldamento ambienti. Pannelli solari termici a tubi sottovuoto. lo stesso; infatti una superficie esposta alla radiazione solare assorbe parte dell energia incidente riscaldandosi; la quantità di energia assorbita dipende dal coefficiente a, che definisce il grado di nerezza di una superficie. La superficie colpita dalla radiazione solare irraggia a sua volta energia cedendo calore all ambiente, che si trova a una temperatura inferiore, per conduzione e convezione (da Wikipedia). Nel caso dei pannelli solari, il calore viene ceduto a un fluido che viene fatto circolare (naturalmente o forzosamente) all interno di circuiti chiusi. L energia così ottenuta viene quindi immagazzinata in accumulatori di energia (usualmente serbatoi coibentati) per essere utilizzata nei vari impianti. Le principali tipologie di pannelli per il solare termico attualmente disponibili sul mercato sono descritte in figura 2. ACQUA CALDA, RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO Gli impianti collegati ai pannelli solari possono essere di due tipi. Una prima tipologia è quella destinata alla produzione di acqua calda per uso domestico e all integrazione del riscaldamento degli ambienti. In tal caso il fluido riscaldato dal sole viene utilizzato per aumentare la temperatura dell acqua all interno di serbatoi di accumulo, la quale può essere indirizzata verso i due utilizzi. Uno schema tipico di impianto di questo tipo è rappresentato in figura 3. Il sistema solare, costituito da un sistema di regolazione (1), dai pannelli solari (2) e dallo scambiatore di calore (4), produce acqua calda che viene immessa (3) in un serbatoio all interno del quale viene introdotta anche altra acqua calda prodotta da un sistema di produzione alternativo (caldaia a condensazione, pompa di calore geotermica, caldaia a pellet etc). Il serbatoio è l accumulatore di energia dal quale essa viene prelevata dai vari impianti (riscaldamento e/o acqua sanitaria) secondo le necessità. È necessario un efficiente sistema di controllo in grado di assegnare le priorità all organismo di produzione dell energia in 70

5 Pensare al futuro Per secoli l umanità è vissuta utilizzando più risorse di quanto il nostro pianeta non sia in grado di rigenerare. Prima che il processo di degrado divenga irreversibile, è nostro dovere valutare ogni possibile soluzione che consenta il mantenimento dei nostri standard di sviluppo e progresso senza compromettere la possibilità delle generazioni future di fare lo stesso. D altronde non è possibile pensare ad alcun cambiamento che esuli dalla considerazione che sempre maggiori quantità di energia sono necessarie per lo sviluppo e il progresso dell umanità. Dove reperirle senza innescare processi irreversibili di degrado del pianeta in cui viviamo è quindi diventato il principale problema che affligge la nostra e le future generazioni. funzione delle condizioni ambientali esterne e delle richieste dell impianto di distribuzione. In ogni caso la priorità sarà sempre data ai pannelli solari, la cui capacità produttiva di energia sarà integrata dalla caldaia o dalla pompa di calore geotermica solo quando la richiesta di energia da parte dell impianto sarà superiore a quella resa disponibile da parte dei pannelli stessi. L utilizzo di specifiche tipologie di pannelli (ad esempio quelli sotto vuoto) consente di raggiungere temperature del fluido di scambio sufficientemente elevate per l applicazione di tecnologie che consentono di utilizzare il fluido caldo prodotto dal sole non solo per riscaldamento e produzione di acqua sanitaria ma anche per il raffrescamento estivo. Il fenomeno fisico su cui si basa tale tecnologia è fondamentalmente quello dell effetto di raffreddamento legato all evaporazione di un fluido. Le macchine presenti sul mercato utilizzate per tali applicazioni (solar cooling) utilizzano tale effetto con tecnologie diverse, che prevedono l impiego di fluidi quali soluzioni di bromuro di litio piuttosto che solidi specificamente studiati per tale scopo (silica gel etc). L applicazione estesa di tale tecnologia potenzialmente molto interessante (consente infatti di utilizzare l energia solare per il raffrescamento nel momento in cui essa è maggiormente disponibile) e tuttavia ancora limitata dalla scarsa diffusione sul mercato di apparecchiature adatte alle applicazioni di tipo abitativo (potenze minori di 50 kw e dimensioni contenute). *C.C.R. Ingegneria Srl Torino

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