Impianti solari termici per acqua calda ad uso sanitario e per l integrazione all impianto a bassa temperatura

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1 Impianti solari termici per acqua calda ad uso sanitario e per l integrazione all impianto a bassa temperatura radiazione solare produzione acqua calda sanitaria (acs) produzione acs e integrazione riscaldamento tipi di collettori possibili problematiche Legge Finanziaria art. 1, commi studio tecnico - gasser p.i. nikolaus - gasser dr.ing. robert - brunico - radiazione solare globale Radiazione solare sulla superficie terrestre [W/m²] Radiazione annuale vicino all equatore [kwh/m²a] (relativa costante tutto l anno) Radiazione annuale Europa Centrale [kwh/m²a] (maggiore d estate per la latitudine superiore) ~110 lt. Gasolio; ~110m³ Metano (di cui ~ 50 70% realizzabile per la copertura del fabb. acs) Influenzato dal tempo 1

2 Nei paesi del nord, dove c èc poco potenziale di radiazione solare fanno più uso di questi sistemi che per esempio in Italia zona di installazione Bisogna tenere conto di gravi ostruzioni / ombreggiature presenti sulla traiettoria del sole per poter valutare il campo effettivo di irraggiamento durante una giornata, e definire cosí il tempo di disponibilità effettiva. 2

3 inclinazione Inclinazione massima del sole nella nostra zona ca.23,5 + latitudine del luogo (~46 ) = 69,5 Inclinazione consigliata per pannelli (Massimo rendimento se la radiazione sta in un angolo verticale sul collettore) devono lavorare tutto l anno ~angolo del parallelo (46 ) Prevalentemente uso estivo diminuita di - 15 (30 ) Prevalentemente uso invernale aumentata di +15 (60 ) (~ 90 se integrazione risc.) esempi Piscina aperta 0 30 Prod. acqua calda sanitaria riscaldamento: (con meno surriscaldamento estivo) Orientamento inclinazione del tetto E SE S SO O I guadagni solari non cambiano molto in funzione del orientamento da S a SE o SO: ~ - 10% rendimento [%] orientamento inclinazione 3

4 Impianti solari - sistemi base: produzione acqua calda sanitaria prod. di acs e integrazione riscaldamento (raffrescamento solare con macchine ad assorbimento) Informazioni base per il dimensionamento Fabbisogno di acqua calda sanitaria (acs) e per riscaldamento Differenza principale tra dimensionamento di una caldaia e di un sistema solare termico : Caldaia: - fabb. energetico di picco Solare: - carico reale medio giornaliero - come si delinea nell arco della giornata - andamento stagionale - come trasferire nel tempo l energia solare accumulata - grado di copertura solare richiesto 4

5 Consumo energetico: per prod. acqua calda sanitaria per riscaldamento con piscina aperta fabbisogno per prod. acs fabb. riscaldamento ambiente con ~ invariato/costante picco invernale Rapporto tra fabbisogno - radiazione - rendimento Maggiore radiazione in periodi di basso consumo 5

6 produzione acqua calda sanitaria Sistemi a circolazione naturale Sistemi a circolazione forzata (Sistemi drain back ) circolazione naturale Sistema molto semplice per zone con alta radiazione e non soggette a gelo Funziona con la differenza di densità del fluido a diverse temperature Senza pompa - senza regolazione - senza corrente elettrica Valvola di scarico termico e valvola di sicurezza 6

7 Sistemi (diretti con acs) e indiretti(senza probl. di calcare) con scambiatore di calore Piccoli impianti (tipo prefabbricato) (10m² / <400lt.) spinta della circolazione è contenuta circolazione forzata - con pompa (collettori sul tetto accumulo nel locale caldaia) pompa attivata: T~+7K (collettore/sezione inferiore dell accumulo) pompa si spegne < 3K Impianto bivalente Quando c é bisogno, si accende il generatore di calore (timer per risparmiare) Esistono diversi schemi d installazione con vantaggi e svantaggi a secondo delle necessità dell utente (consumo) 7

8 Impianti grandi con puffer (accumulo inerziale) Riempito con acqua di riscaldamento (puffer( puffer) ) anziché acs (bollitore) Circuito chiuso senza norme (igiene) ) per acs Più perdite, però temperature possibili fino a 95 C C senza problemi con la formazione di calcare (65 C) e senza problemi di legionellosi impianti di prod. acs. - valori approssimativi Riferimento: consumi / fabbisogno in periodi a basso carico fabb. acs residenziale (20 80) ~50 [l/p d] a 60 C (45 ) fabb. alberghi ~80 [l/p d] a 60 C picchi mattina/sera/mezzogiorno (~ inverno bagni più caldi + consumo) perdite per circolazione 30% del fabb. grado di copertura acs % pannelli 1-1,5m² / Pers., (flusso l/m²h) giorno estivo soleggiato (rad.~8 kwh/m²); sistema acs. (dim. rend. annuo ~50%) fornisce ~< 4 kwh/m² 10 K a 60 C = dt 50K = 58 [Wh/l] ~ 70 [l/acs/g] Prov. BZ: contributo superfice collettore 2m²/pers. Volume accumulo 150 l/pers.; 60 l/m² 8

9 esempio (imp. acs) Dati climatici: Bolzano dati base del sistema di collettori: (tipo a piastre tradizionale) superf. collettore tipo di vetrata rendimento ottico perdite inclinazione orientamento portata del flusso temp. antigelo dati del costruttore sud dati base dell impianto acs. volume serbatoio di accumulo rendimento scambiatore temp. acqua fresca volume serbatoio di accumulo fabb. acs [lt/g] perdite per ricircolo efficienza Grado di copertura 9

10 mese rad. solare fabb. acs. energ. supl. energia solare rendimento grado di copert. x anno 3146 kwh/a ~ 310 lt gasolio/a ~ 310 m³ metano/a (~300 /a) investimento iniziale: ~~ 5500 (senza contribuiti/agevolazioni) prod. di acs e integrazione riscaldamento Aumentare l inclinazione del collettore per un orientamento più favorevole al sole basso nelle stagioni intermedie e in inverno e per diminuire il calore in eccesso durante l estate (>60 ) Aumentare il volume specifico dell accumulo solare per la necessità di accumulare l energia solare dai periodi di alta radiazione con poco fabbisogno di riscaldamento ai periodi di minore radiazione e elevato fabbisogno (accumuli: bollitore / puffer) buona stratificazione termica nell accumulo Sistema di riscaldamento a bassa temperatura (pav./parete) Quanto più alto è il grado di copertura solare per riscaldamento, tanto più l efficienza dell impianto solare diminuisce = grado di copertura elevato maggior costo meno competitività ( integrazione riscaldamento e non sostituzione ) 10

11 Impianto con grado di copertura solare BASSO (<25%) immobile con alto consumo d energia immobile a basso consumo d energia immobili con scarso isolamento, con periodi di riscaldamento più lunghi, possono sfruttare meglio l energia solare Edifici a basso consumo, con utilizzo di energia solare passiva tramite finestre a sud, hanno quindi lunghi periodi di non riscaldamento Il possibile grado di copertura solare del fabb. diminuisce in edifici a basso consumo a causa di periodi senza fabbisogno di riscaldamento più lunghi (almeno in zone con inverni freddi e basse radiazioni) rendimento medio annuale abbassato (<35%) a causa di periodi lunghi di forte radiazione e poco fabb. di energia superficie collettore x 2( 4) rispetto alla sola prod. acs. aumentare il volume dell accumulo Impianto con grado di copertura solare ALTO ( 50%) immobile con alto consumo d energia fabb. acs. edificio a basso consumo per non avere bisogno di superfici di collettori troppo grandi x grado di copert. 50% 3m²/MWh di consumo annuo per risc. e acs. e/o necessità di grandi accumuli (fino a accumuli stagionali con perdite anche d estate) immobile a basso consumo d energia basso rendimento annuale <25% (~1/2 rispetto alla sola prod. acs ~50%) fabb. acs. Attenzione a tutti i problemi di surriscaldamento dei collettori 11

12 bollitore acs integrato Serbatoio combinato bollitore acs accumulo inerziale Sistema con 2 serbatoi (acs + inerziale) Tipi di collettori Coll. a piastre Tubi sottovuoto non vetrato (per piscina) 12

13 isolamento termico: resistente a alte temperature L energia luminosa delle radiazioni solari giunge passando attraverso un vetro (meno riflettente possibile), su uno strato assorbitore (~ossidi di metallo di ceramica) che si scalda per assorbimento (e diventa sorgente di raggi infrarossi onda lunga). Materiale assorbente (selettivo): alta capacità di assorbimento delle radiazioni luminose e bassa riemissione delle radiazioni termiche. Valori caratteristici Efficienza [%] (EN 12975) relazione tra energia prodotta in uscita dal collettore e quella in entrata (irraggiamento) efficienza ottica assorbimento perdite di calore (isolamento termico) capacità termica del collettore (possibilmente bassa), irraggiamento solare basse perdite di carico temperature del fluido termovettore temperature ambiente ecc. costi 13

14 Rendimento [%] Irraggiamento 800 [W/m²] tipo sottovuoto non vetrato a piastre T [Tm coll. Ta] [K] Il tipo sottovuoto èil piùcostoso con ottimo isolamento e possibilità di realizzare alte temperature Il tipo non vetrato è il più conveniente per basse temperature piscine aperte con scarso isolamento termico In zone con scarsa radiazione collettori di alta qualità (miglior isolamento) Sistemi per piscine aperte aumento temp. [K/d] temp. acqua [ C] mesi fabbisogno periodo di alta radiazione Sistema semplice - costi molto ridotti superficie collettore ~ superf.piscina (senza rinnovo acqua) telo di copertura notturna / evaporazione collettore semplice con buona resa solo con bassa differenza temp. ambiente e temp. acqua (estate) superfice collettore / superfice acqua 14

15 Scelta dei materiali Tubazioni (adatti per le alte temperature): rame o inox (v<0,5m/s); dilatazione; Isolamento dei tubi: resistente ai raggi UV Accumuli e bollitori Stratificazione verticale della temperatura ϑ<65 C per evitare problemi di calcare (imp. grandi:uso di puffer accumulo inerte) ottima coibentazione per ridurre le perdite ϑ~30-50 C x >1giorno come in tutti i sistemi: attenzione a legionelle ( 1 x g t>60 C; pomeriggio quando serbatoi solare preriscaldato) Guasti (sondaggio `97 su >100 imp.) 15

16 Durata di vita ca anni con: Corretta progettazione conforme al consumo - non sovradimensionato Componenti di alta qualità Installazione accurata Controllo dell andamento - regolazione e manutenzione impianti semplici funzionano meglio e hanno meno rischi di guasti Legge Finanziaria art. 1, commi La detrazione del 55% sulle spese sostenute spetta, in 3 quote annuali di pari importo, entro i limiti riportati in tabella, in funzione dell intervento realizzato. 16

17 Art. 1. Definizioni 4. Per interventi di installazione di pannelli solari di cui all'art. 1, comma 346, della legge finanziaria 2007, si intende l'installazione di pannelli solari per la produzione di acqua calda per usi domestici o industriali e per la copertura del fabbisogno di acqua calda in piscine, strutture sportive, case di ricovero e cura, istituti scolastici e università. Art. 2. Soggetti ammessi alla detrazione ~ Tutti persone fisiche, soggetti titolari di reddito d'impresa, enti Art. 3. Spese per le quali spetta la detrazione c) interventi impiantistici concernenti la climatizzazione invernale e/o la produzione di acqua calda attraverso: 1) fornitura e posa in opera di tutte le apparecchiature termiche, meccaniche, elettriche ed elettroniche, nonché delle opereidraulichee murarienecessarie per la realizzazione a regola d'arte di impianti solari termici organicamente collegati alle utenze, anche in integrazione con impianti di riscaldamento; d) prestazioni professionali necessarie alla realizzazione degli interventi.., comprensive della redazione dell'attestato di certificazione energetica LA CUMULABILITA` CON ALTRE AGEVOLAZIONI Per espressa menzione normativa (art. 10), le detrazioni in questione non sono cumulabili con le agevolazioni previste da altre disposizioni di legge nazionale per i medesimi interventi (es. detrazione IRPEF del 36% per gli interventi di recupero degli edifici abitativi). Possono pero` essere richiesti i titoli di efficienza energetica (come previsti dai DM 24/7/2004) anche per gli interventi ammessi all`incentivo e l agevolazione fiscale è compatibile anche con ulteriori incentivi disposti dalle Regioni, Province e Comuni. 17

18 Art. 4. Adempimenti a) acquisire l'asseverazione di un tecnico abilitato che attesti la rispondenza dell'intervento ai pertinenti requisiti richiesti b) acquisire e a trasmettere entro sessanta giorni dalla fine dei lavori e, comunque, non oltre il 29 febbraio 2008, all'enea ovvero,, la documentazione 1) copia dell'attestato di certificazione energetica, 2) la scheda informativa relativa agli interventi realizzati. all'allegato E c) effettuare il pagamento delle spese mediante bonifico bancario d) conservare la documentazione Art. 8. Asseverazione degli interventi di installazione di pannelli solari l'asseverazione specifica il rispetto dei seguenti requisiti: a) che i pannelli solari e i bollitori impiegati sono garantiti per almeno cinque anni; b) che gli accessori e i componenti elettrici ed elettronici sono garantiti almeno due anni; c) che i pannelli solari presentano una certificazione di qualita' conforme alle norme UNI che e' stata rilasciata da un laboratorio accreditato. d) che l'installazione dell'impianto e' stata eseguita in conformita' ai manuali di installazione dei principali componenti. 2. Per i pannelli solari realizzati in autocostruzione, in alternativa a quanto disposto al comma 1, lettere a) e c), puo' essere prodotta la certificazione di qualita' del vetro solare e delle strisce assorbenti, secondo le norme UNI vigenti, rilasciata da un laboratorio certificato, e l'attestato di partecipazione ad uno specifico corso di formazione da parte del soggetto beneficiario. allegato E: - Superficie netta m2. - Tipo di installazione (tetto piano, falda...)- Inclinazione % - Orientamento N S E O NE NO SE SO - Accumulo (litri) Accumulo sanitario (litri) - Integrazione con riscaldamento Si No - Integrazione con produzione di acqua calda sanitaria Si No - Fluido di scambio (acqua, glicole, altro) bibliografia solarpraxis ag berlino 18

19 studio tecnico - gasser p.i. nikolaus - gasser dr.ing. robert - brunico