un elevato coefficiente di assorbimento (α) della radiazione solare incidente una bassa emissività ε = radiazione emessa / radiazione assorbita

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1 IL COLLETTORE: la l a piastra captante Deve garantire: un elevato coefficiente di assorbimento (α) della radiazione solare incidente una bassa emissività ε = radiazione emessa / radiazione assorbita Costituita da una lastra metallica di buona conducibilità termica (rame o alluminio), trattata superficialmente con vernici, a contatto con la tubazione (rame) in cui scorre il fluido vettore. Il trattamento superficiale incrementa la capacità assorbente e diminuisce l emissività termica. 27 novembre

2 IL COLLETTORE: la l a copertura in vetro Deve garantire una elevata trasmittanza (τ) verso l interno del collettore e limitare le dispersioni verso l esterno. Generalmente è una lastra di vetro a bassa percentuale di ferro, temprata e di spessore 4-6 mm, posta a non più di 2-4 cm dalla piastra assorbente. Altri materiali quali plastiche e vetroresina hanno lo svantaggio di alterare le loro proprietà a seguito dell esposizione agli agenti atmosferici. 27 novembre

3 IL COLLETTORE: la l a piastra captante Per lo scorrimento del liquido all interno della piastra sono possibili diverse configurazioni Piastra tubo Serpentino Roll-bond A letto fluido 27 novembre

4 IL COLLETTORE: struttura L isolante Serve a ridurre le dispersioni di calore verso l esterno del collettore. I materiali impiegati sono fibre minerali (lana di roccia) oppure lastre di poliuretano espanso. NB: in caso di stagnazione il collettore può raggiungere temperature di C e pertanto i materiali impiegati devono poter supportare tali temperature. Struttura di contenimento Deve garantire rigidità meccanica e resistenza agli agenti atmosferici. I materiali impiegati sono: Alluminio: leggero ma costoso Acciaio: affidabile ma pesante Plastica: raramente usata Legno: facilmente lavorabile (usato per autoassemblaggi) 27 novembre

5 IL COLLETTORE: l efficienza del collettore Qu = Qa-Qp η = Qu/ I β Radiazione incidente Energia riflessa Qu potenza utile, funzione della superficie captante del collettore, del DT e delle proprietà del collettore (trasmissione, emissività, assorbimento, dispersione) Qa potenza assorbita Qp potenza dissipata (perdite) La retta di efficienza Energia dispersa Energia utile Certificazione del pannello: Condizioni standard con radiazione incidente di 800 W/m 2 27 novembre

6 IL COLLETTORE: connessioni I collettori formano delle schiere in cui il fluido deve essere fatto circolare in modo equilibrato così da garantire portate simili nei collettori (e conseguenti temperature) Si possono avere connessioni in serie e parallelo. La disposizione dipende dalle temperature da raggiungere e dalla dimensione dell impianto. PARALLELO 27 novembre

7 IL COLLETTORE: connessioni Schiera SERIE Fila 27 novembre

8 IL COLLETTORE: connessioni Osservazioni: Con la connessione in parallelo ciascun pannello fornisce il medesimo salto di temperatura. Si può avere la connessione in parallelo di più schiere o più file di collettori. Se i collettori collegati in parallelo sono numerosi le perdite di carico possono compromettere la bontà della trasmissione (suddivido il fluido tra vari percorsi). Conviene passare ad un collegamento di tipo misto, serie parallelo, che consente una maggiore uniformità di portata. Nel caso della serie-parallelo il funzionamento secondo la retta di efficienza vale solo per la prima schiera di collettori in parallelo. La seconda schiera infatti avrà in ingresso fluido già in parte riscaldato per cui la capacità riscaldante della seconda schiera sarà inferiore, e così di seguito. Nel collegamento in serie posso incrementare la temperatura del fluido: aumento i passaggi con effetto scaldante. Tuttavia le perdite di carico possono essere rilevanti (si sommano ad ogni passaggio). 27 novembre

9 COLLETTORI: sottovuoto Collettori a tubi evacuati Costituiti da una serie di tubi di vetro sottovuoto in cui è inserita la piastra captante VANTAGGI Maggiore efficienza Elevata efficienza anche con basso irraggiamento (invernale) SVANTAGGI Costi elevati Inclinazione minima di novembre

10 COLLETTORI: ad aria Esempio di specifiche di collettore solare ad aria Rizzi Solar Energy Engeneering 27 novembre

11 COLLETTORI: solari non vetrati Sono costituiti da materiale sintetico Sono resistenti agli agenti atmosferici, poiché non protetti dalla superficie vetrata vengono attraversati direttamente dall acqua calda sanitaria da riscaldare per cui sono privi dell isolamento Il loro funzionamento è condizionato dalla temperatura ambiente (almeno 20 C), tuttavia hanno un buon rendimento Sono impiegati per riscaldare piscine, per l acs di stabilimenti balneari 27 novembre

12 IL SERBATOIO D ACCUMULO: Accumulare l energia solare La fonte solare è discontinua, sia nell arco del giorno (24 ore), sia durante i mesi dell anno. L andamento dei consumi d acqua calda è indipendente dalla energia irradiata dal sole. È pertanto necessario prevedere un serbatoio per mantenere l acqua riscaldata. 27 novembre

13 I SERBATOI D ACCUMULO: tipologie Gli accumulatori si distinguono in : -Bollitori (se conglobano scambiatori) -Serbatoi d accumulo Diverse configurazioni legate allo schema di funzionamento dell impianto : -serbatoio senza scambiatori, - orizzontale o verticale, -con uno scambiatore, con due scambiatori - Forma cilindrica; Sono verticali; Rapporto altezza/diametro=2,5 27 novembre

14 I SERBATOI: funzionamento Acqua calda sanitaria Acqua da rete Il fluido vettore trasferisce il suo calore ad un secondo fluido contenuto in un serbatorio di accumulo (2 circuiti). Il fluido vettore una volta raffreddato ritorna attraverso il circuito di ritorna al il collettore, mentre nel serbatoio l acqua più calda si sposta verso l alto. L acqua del serbatoio stratifica in funzione della temperatura per la diversa densità 27 novembre

15 I SERBATOI: funzionamento Il prelievo per l uso avviene nella parte alta. L ingresso dell acqua di rete non deve generare turbolenze Acqua Se la temperatura è inferiore a quella prevista (in alternativa): L acqua passa attraverso la caldaia, La caldaia riscalda il serbatoio 27 novembre

16 I SERBATOIO : scelta La scelta del volume dipende dalla superficie dei collettori (dai 50 ai 100 l per m 2 ); Serbatoi molto grandi contengono molta energia ma comportano maggiori dispersioni e maggior ricorso all impianto ausiliario; Il serbatoio deve essere ben isolato per minimizzare le dispersioni (10-15 cm di isolante dispersioni inferiori a 2W/ C) Problema delle incrostazioni calcaree: mantenera la temperatura del serbatorio intorno ai 60 C Operano a pressioni di circa 4 6 bar Particolarità: serbatoio tank in tank 27 novembre

17 I SERBATOI: gli scambiatori di calore Possono essere: 1. Interni all accumulo A tubi alettati o a tubi semplici 2. Esterni all accumulo A piastre o tubolari Molto compatti se a piastra e con ottime capacità Posso usare lo stesso scambiatore per più accumuli Sono costosi e necessitano di una pompa sul secondario 27 novembre

18 IL REGOLATORE Regola il funzionamento dell impianto : - può regolare la pompa solare in funzione dei valori di temperatura misurati da appositi sensori sparsi sul circuito solare - può aprire o chiudere alcuni dei circuiti idraulici presenti -consente di interfacciarsi con la caldaia esistente - contabilizza il calore del sistema solare Sensori di temperatura e pressione 27 novembre

19 ALTRE COMPONENTI DEL CIRCUITO SOLARE Tubazioni In rame, acciaio o materiale plastico; opportunamente isolate Adatte a resistere alle temperature del circuito Pompa solare (circolatore) Velocità impostabile Dimensionate rispetto all impianto in modo da produrre differenze di temperatura su andata e ritorno di C 27 novembre

20 ALTRE COMPONENTI DEL CIRCUITO SOLARE Il vaso di espansione Consente la dilatazione termica del fluido vettore del circuito dovuta all incremento di temperatura Aperto Chiuso o a membrana 27 novembre

21 ALTRE COMPONENTI DEL CIRCUITO SOLARE Valvola di sicurezza Per vitare sovratensioni nel circuito collettore-scambiatore (circuito indiretto). Provoca lo scarico di una data quantità di fluido termovettore qualora si raggiunga il limite di pressione. Valvola di non ritorno / ritegno Evita che si abbia un inversione della circolazione del fluido caldo, a discapito dell accumulo Valvola di sfiato dell aria Posta nel punto più alto del circuito 27 novembre

22 DIMENSIONAMENTO: : PRINCIPI 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) 27 novembre

23 DIMENSIONAMENTO: fabbisogno ACS Il fabbisogno quotidiano per abitazione è generalmente stimato come prodotto del numero di persone presenti all interno dell abitazione per un valore di consumo medio pro capite: Basso consumo: Medio consumo Alto consumo litri/giorno a persona litri/giorno a persona litri/giorno a persona La temperatura media di utilizzo è generalmente considerata pari a 45 C 27 novembre

24 DIMENSIONAMENTO: 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); Tu, temperatura di utilizzo, pari a 45 C; Ta, temperatura acqua dell'acquedotto ( C). 27 novembre

25 DIMENSIONAMENTI DI MASSIMA Fonte ENEL 27 novembre

26 DIMENSIONAMENTI DI MASSIMA Fonte ENEL 27 novembre

27 BENEFICI OTTENIBILI Progetto Res & Rue Dissemination Dossier Solare termico 27 novembre

28 Costi Fonte ENEL 27 novembre

29 ESEMPI Acqua calda sanitaria per 4 persone Costo investimento: 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 (sistema radiante) per un abitazione da 120 m 2 e 4 persone Costo investimento: Risparmio in bolletta termica: 650 /anno Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007) Ritorno dell investimento: 7 anni 27 novembre

30 Per un impianto con le seguenti caratteristiche : Inclinazione pannelli = 45 Orientamento = sud Energia incidente = 1487 kwh/mq/anno Efficienza media = 50% Energia risparmiata = 743 kwh/mq/anno ENERGIA PRIMARIA RISPARMIATA EMISSIONI DI CO2 EVITATE ALBERI EQUIVALENTI 1905 kwh/mq anno mc/mq anno 380 kg CO 2 /mq anno kg CO 2 /mq anno 49 alberi/mq anno alberi/mq anno 27 novembre

31 Consumo di energia primaria per diversi sistemi di produzione di energia termica Fonte: ISES Italia Valori medi per una famiglia di 4 persone. Uso dello scaldabagno elettrico: doppia conversione energetica Caldaia a metano: combustione diretta del combustibile 27 novembre

32 Benefici ambientali Fonte ISES Italia 27 novembre

33 SOLARE TERMICO 27 novembre

34 DAL SOLE DAL SOLE DAL LETAME DAL LEGNO 27 novembre