IMPIANTI SOLARI TERMICI

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1 IMPIANTI SOLARI TERMICI Considerazioni energetiche Considerazioni normative ENERGIA SOLARE 1

2 ENERGIA SOLARE UTILIZZAZIONE INDIRETTA UTILIZZAZIONE DIRETTA sotto forma di energia idraulica, eolica e biomasse l'energia, termica o elettrica, prodotta sfruttando direttamente l'energia irraggiata i dal sole verso la terra ENERGIA SOLARE Energia solare è l energia che può essere ottenuta sfruttando direttamente l irraggiamento del sole verso la Terra. Il sole trasmette sull orbita terrestre circa 1367 W/m 2. Questa si definisce costante solare ed è la potenza radiante che si ha prima dell ingresso nell atmosfera. L atmosfera filtra i raggi solari, quindi la potenza sulla Terra è notevolmente più piccola dell energia incidente su una superficie posta all esterno dell atmosfera 2

3 ENERGIA SOLARE I valori di potenza che arriva sulla Terra sono compresi tra circa 1000W/m 2 con cielo sereno e W/m 2 con cielo nuvoloso. Il filtro costituito dall atmosferaatmosfera è influenzato: Dalla riflessione in tutte le direzioni, nell atmosfera stessa, a causa dell urto con le molecole dell aria, del vapor d acqua e del pulviscolo atmosferico. In conseguenza di ciò una parte della radiazione viene rimandata verso lo spazio esterno. Dall assorbimento, principalmente a causa dell ozono, del vapor d acqua e dell anidride carbonica (CO 2 ) Dalle foschie e dalle nebbie Dalle nuvole che schermano una parte della radiazione solare entrante ENERGIA SOLARE 3

4 ENERGIA SOLARE Pertanto, una parte della radiazione solare viene riflessa in direzione dello spazio una parte viene diffusa dalle molecole dei gas atmosferici e dal vapore acqueo in tutte le direzioni i i una parte viene assorbita dalle molecole dell atmosfera ed emessa sotto forma di radiazione infrarossa Sulla terra arriva la parte di radiazione diretta e quella diffusa Le tabelle della norma utilizzata per calcolare la quantità di energia ottenibile da un impianto solare termico forniscono per ogni capoluogo di provincia: la radiazione solare diffusa, che arriva in modo non diretto sulla superficie terrestre la radiazione solare diretta che è quella che riesce a raggiungere direttamente la superficie terrestre senza incontrare ostacoli nell atmosfera. La radiazione solare globale è la somma della radiazione solare diffusa e di quella diretta ENERGIA SOLARE Il numero individua il capoluogo di Provincia 4

5 ENERGIA SOLARE Diffusa Diretta Totale MJ/m2 kwh/m2 MJ/m2 kwh/m2 kwh/m Gennaio Febbraio Marzo Aprile Maggio Giugno Luglio Agosto Settembre Ottobre Novembre Dicembre Radiazione diffusa Radiazione diretta Radiazione totale ENERGIA SOLARE La radiazione solare globale viene utilizzata per dimensionare il collettore solare, in condizioni di carico solare massimo. Ma siccome la superficie del collettore solare può essere, sia ortogonale alla radiazione incidente che inclinata, e diversamente orientata rispetto alla direzione Sud, è necessario calcolare la componente della radiazione solare con riferimento all effettiva inclinazione ed orientamento della superficie del collettore. L orientamento di una superficie è definito per mezzo dell angolo di inclinazione b della superficie stessa sul piano orizzontale (0 b 180 ) e per mezzo dell angolo azimutale o azimut della superficie. 5

6 ENERGIA SOLARE Per individuare ad un certo istante la posizione del sole nel cielo in una determinata località è necessario dfii definire alcuni angoli caratteristici. ii L elevazione solare: è l angolo formato tra la direzione dei raggi solari ed il piano orizzontale L angolo zenitale: è l angolo formato tra i raggi solari e la direzione dello zenit. Lo Zenit è in pratica un punto sopra la testa dell osservatore L azimut solare: è l angolo formato tra la proiezione sul piano orizzontale dei raggi solari e la direzione Sud. È negativo se la proiezione cade verso est, ed è positivo se la proiezione cade verso ovest ENERGIA SOLARE G 0 = 1367 W/m 2 0 costante solare Energia media irraggiata dal sole, su una superficie unitaria posta all esterno dell atmosfera terrestre, perpendicolare ai raggi G n = τ m G 0 τ: coefficiente di trasmissione dell atmosfera (0,62 0,81) m: percorso effettivo (non perpendicolare alla sup. terrestre) G i = G n cos (i) i A n A i n A i cos (i) = A n G i A i = G n A n 6

7 ENERGIA SOLARE ENERGIA SOLARE Esempio: calcolare il massimo irraggiamento specifico a Udine nel giorno dell equinozio su una superficie orientata a sud e inclinata di 10 rispetto alla latitudine latitudine (UD) = 46 giornata limpida G n = τ m G 0 = 0,81 (1/cos 46) G 0 = 997 W/m 2 angolo i (tra i raggi e la normale alla superficie) = = 10 G i = G n cos (i)= 997 cos (10) = 982 W/m 2 7

8 La grande quantità di energia solare che arriva sul suolo terrestre deve essere raccolta con dei sistemi che sono appunto i collettori solari Sfruttamento dell energia solare: orientamento e inclinazione orientamento: SUD inclinazione: LATITUDINE + 10 ENERGIA SOLARE Utilizzazioni: ad alta temperatura FORNACI SOLARI FORNACI SOLARI a media temperatura a bassa temperatura CICLI RANKINE, STAGNI SOLARI COLLETTORI PIANI (ACQUA CALDA SANITARIA E RISCALDAMENTO) Specchi a doppia curvatura con assorbitore fisso o mobile Scopi di ricerca: fusione metalli e produzione H 2 Odello - Francia 8

9 CICLO RANKINE A VAPORE ENERGIA SOLARE 1. Concentratori t cilindrici i i a semplice curvatura con tubi-assorbitori bit i collegati in parallelo tra loro (impianti di taglia più piccola) CICLO RANKINE A VAPORE ENERGIA SOLARE 2. A torre con campo di specchi: eliostati che alimentano un unico ricevitore-generatore Sandia: impianto per fondere i sali Sandia: impianto per produzione di vapore Adrano: centrale eliosolare ENEL 1967 ad acqua (fluidi organici bassobollenti) 9

10 CICLO RANKINE A VAPORE SATURO T η = 1 T 41 T 41 condensatore efficiente 23 surriscaldamento T 23 STAGNI SOLARI Laghi artificiali non molto profondi, ricoperti sul fondo da membrana gomma sintetica in cui si mantiene un gradiente inverso di concentrazione salina Lo stagno solare a Pondicherry (India) alimenta un ciclo Rankine a cloruro di metile (T eboll = 40 C); lo stagno ha una superficie di 500 m 2, e può fornire 12,5 kw all ora. L acqua nella zona di accumulazione raggiunge una temperatura di 74 C, ritenuta ottimale per il funzionamento. Il Dott. Isaac ha osservato che gli stagni solari non potrebbero generare le grandi quantità di energia elettrica necessarie per intere città. Tuttavia potrebbero avere un buon potenziale applicativo nei villaggi remoti non raggiungibili da linee elettriche. 10

11 Impianti solari a bassa temperatura: Gli impianti solari utilizzati nelle applicazioni domestiche per la produzione di ACS e per l integrazione termica nella climatizzazione invernale sono del tipo a bassa temperatura. Solitamente questi impianti si distinguono in: Impianti a circolazione naturale Impianti a circolazione forzata Impianti solari a circolazione naturale: Gli impianti solari a circolazione naturale funzionano sfruttando il fenomeno di diminuzione della densità dell acqua all aumentare della sua temperatura. In conseguenza a questo fenomeno l acqua, o il fluido termovettore, riscaldandosi nel collettore solare tende ad andare verso l alto. In alto si trova l accumulatore che contiene l acqua sanitaria. All interno di questo accumulatore si trova uno scambiatore di calore, grazie al quale il calore del fluido termovettore caldo viene ceduto all acqua sanitaria. In conseguenza a questa cessione di calore, il fluido si raffredda, pertanto la sua densità aumenta, e quindi il fluido stesso scende tornando nel collettore solare, contribuendo a spingere quello caldo verso l alto. Pertanto, questo sistema non necessita di circolatori per far passare il fluido termovettore dal collettore all accumulatore e viceversa da questo di nuovo nel collettore solare. 11

12 Impianti solari a circolazione naturale: Limiti di questo sistema: Il serbatoio di accumulo deve essere collocato più in alto rispetto al collettore solare Si riescono a servire solo unità abitative di dimensioni relativamente contenute e limitati fabbisogni di acqua calda sanitaria. Effetti negativi sull estetica dell abitazione quando il serbatoio è posizionato esternamente sulla copertura In genere non vi è un adeguata regolazione della temperatura del bollitore Non vi è una regolazione dello scambio di energia dal fluido termovettore all acqua sanitaria. Dispersioni termiche elevate nel caso di installazione del serbatoio all esterno o in un sottotetto non riscaldato Impianti solari a circolazione forzata: I collettori solari sono collegati tramite tubazioni opportunamente dimensionate ed isolate termicamente, ad un accumulo posizionato all interno dell edificio. Solitamente l accumulo si trova in basso rispetto al collettore solare. È necessario un circolatore per muovere il fluido termovettore dal collettore al serbatoio di accumulo. La circolazione del fluido termovettore viene controllata da un apposita centralina, che misura la temperatura del fluido all interno del collettore e la temperatura dell acqua contenuta nel serbatoio. Nel caso in cui l energia solare non fosse sufficiente a riscaldare l acqua sanitaria fino alla temperatura programmata per l utilizzo, è possibile integrare l energia termica mediante un generatore di calore esterno (caldaia, pompa di calore, ecc.) 12

13 Impianti solari a circolazione forzata: L integrazione da parte del generatore esterno viene effettuata nella parte alta del bollitore attraverso un secondo scambiatore di calore. Il circuito in cui scorre il fluido riscaldato dai collettori solari riscalda l accumulatore nella parte bassa dell accumulatore. Impianti solari a circolazione forzata: 13

14 Impianti solari a circolazione forzata: In questa tipologia di accumulatore, nel serbatoio è contenuta acqua potabile (l acqua calda sanitaria). Solitamente è richiesto periodicamente un processo di igienizzazione che prevede un innalzamento della temperatura dell acqua contenuta per un certo periodo. La capacità dell accumulatore deve naturalmente essere dimensionata sulla base del fabbisogno di acqua calda sanitaria dell edificio al cui servizio è installato. Impianti solari a circolazione forzata: In questo caso, l acqua calda sanitaria è prodotta mediante il serpentino in acciaio inox. Questo consente di evitare i cicli periodici di igienizzazione, in quanto l acqua ferma è solo quella contenuta nello scambiatore. Questo particolare tipo di accumulatore permette anche l integrazione termica all impianto di riscaldamento. 14

15 Impianti solari a circolazione forzata: produzione istantanea dell ACS e integrazione solare al riscaldamento Il collettore solare: determinazione dell efficienza Uni EN : e loro componenti - Collettori solari - Parte 2: Metodi di prova La norma specifica metodi di prova per la convalida della durabilità, dell'affidabilità e dei requisiti di sicurezza per i collettori a riscaldamento di liquido come specificato nella UNI EN La norma include inoltre tre metodi di prova per la caratterizzazione delle prestazioni termiche per i collettori a riscaldamento di liquido. t m = temperatura media del fluido t a = temperatura dell aria ambiente G = irradianza solare 15

16 Il collettore solare L energia solare viene captata per mezzo di dispositivi denominati collettori solari o pannelli solari. All interno del collettore, l energia solare viene convertita in energia termica di un fluido termovettore. Il collettore solare piano è costituito da una piastra assorbente, in genere metallica, copertura di vetro trasparente alla radiazione solare ed opaca alla radiazione infrarossa emessa dalla piastra sistema di canali collegati alla piastra ed attraversati dal fluido termovettore isolante termico posto sulle pareti laterali e sulla parte inferiore del collettore contenitore che racchiude i componenti e costituisce la struttura di supporto Il collettore solare Componenti: cassa di contenimento isolamento piastra assorbente tubi fluido termovettore vetro/i di copertura 16

17 Flusso energetico in un pannello solare Al di sotto del vetro del collettore solare si verifica una specie di effetto serra in quanto la copertura vetrata lascia passare i raggi solari incidenti, ma non la radiazione infrarossa riflessa dalla piastra riscaldata. La piastra deve essere trattata con uno strato selettivo ad alto assorbimento e bassa emissività E0 = energia solare E1 = riflessione e irraggiamento vetro pannello E2 = riflessione e irraggiamento assorbitore E3 = perdita di calore vetro pannello E4 = perdita di calore schienale telaio pannello E5 = energia solare lorda Rendimento di un pannello solare termico η 0 = rendimento diretto. Dipende dalle perdite ottiche (trasparenza vetro, qualità assorbitore) K 1 e K 2 = perdite per irraggiamento e per convezione, dovute alla differenza di temperatura tra pannello e aria esterna η = T T k k E e E 1 2 e Il rendimento di un pannello solare è definito dalla EN η 0 2 E e 17

18 Collettore solare con tubi sottovuoto Sono costituiti da tubi sottovuoto Il vuoto svolge il ruolo di isolante termico, soprattutto perché evita la trasmissione di calore per convezione che si ha invece nell aria all interno del collettore piano. L efficienza più elevata del collettore solare con tubi sottovuoto rispetto al collettore piano si manifesta soprattutto durante l inverno in caso di esposizioni svantaggiate Collettore solare sottovuoto 18

19 Componenti dell impianto solare termico a circolazione forzata Centralina di regolazione La regolazione è più o meno complessa a seconda della tipologia di circuito che deve essere controllato. La versione più semplice è solitamente quella con un piccolo campo solare, un accumulatore ed un eventuale integrazione effettuata mediante un generatore esterno. Solitamente la centralina comanda l attivazione del circolatore che provvede a far fluire il fluido termovettore dai pannelli all accumulatore Componenti dell impianto solare termico a circolazione forzata Centralina di regolazione Il sistema di controllo più semplice è quello differenziale che verifica la differenza di temperatura tra il collettore e l acqua contenuta nell accumulatore. Se è presente un generatore di calore esterno, il regolatore provvede a comunicare a questo il momento in cui è opportuna l integrazione dalla fonte non solare 19

20 Componenti dell impianto solare termico a circolazione forzata Centralina di regolazione Centraline di regolazione via via più complesse permettono il controllo di un maggior numero di impianti e di sistemi con maggiori fonti di energia diverse e disponibili a diverse temperature. Componenti dell impianto solare termico a circolazione forzata Stazione solare In genere è un gruppo compatto, preassemblato e preisolato, che comprende la pompa di circolazione, termometri, valvola di sicurezza, collegamento al vaso di espansione 20

21 Componenti dell impianto solare termico a circolazione forzata Vaso di espansione Come in ogni impianto di riscaldamento, anche in un impianto solare, a causa della variazione di temperatura del fluido termovettore si ha una variazione del suo volume, e quindi è necessario installare un vaso di espansione per contenere queste variazioni. Prima della messa in funzione dell impianto, il vaso di espansione deve essere tarato alla pressione dell impianto. Ricordare sempre che, nel caso in cui l impianto i solare sia realizzato con un accumulatore in pressione, utilizzato per l acqua calda sanitaria o per il riscaldamento, è necessario installare anche uno o più vasi di espansione adatti per l uso in impianti sanitari Componenti dell impianto solare termico a circolazione forzata Valvola di sicurezza È necessaria per evitare pressioni pericolose nel circuito solare. Questa valvola di sicurezza deve essere di tipo adatto alle temperature che si possono verificare in un circuito solare (anche fino a circa 160 C). Deve essere inoltre adatta all utilizzo di fluidi costituiti da miscele glicolate del tipo utilizzato nell impianto solare termico. Al raggiungimento della pressione di taratura, la valvola l apre ed effettua un scarico, impedendo alla pressione di salire ulteriormente. 21

22 Componenti dell impianto solare termico a circolazione forzata Valvola di sicurezza Ricordare di convogliare lo scarico della valvola di sicurezza in modo tale da evitare situazioni pericolose per le persone e per le cose in caso di intervento della valvola stessa. Inoltre, questo scarico dovrebbe essere convogliato in un recipiente in grado di contenere un volume di fluido almeno pari al contenuto dei collettori solari. Questo al fine di evitare lo scarico diretto della miscela di acqua e glicole nella fognatura. Nel caso di impianto solare termico con accumulatori d acqua in pressione, è necessaria anche una valvola di sicurezza, adatta per l impiego in impianti sanitari, dimensionata in modo tale che non si raggiunga in nessuna condizione la pressione massima di esercizio del bollitore Componenti dell impianto solare termico a circolazione forzata Valvola miscelatrice Nell impianto solare, l acqua sanitaria può raggiungere temperature molto elevate, quindi per evitare il pericolo di scottature è opportuno inserire una valvola miscelatrice che mantiene costante al valore fissato la temperatura dell acqua da inviare alle utenze 22

23 Componenti dell impianto solare termico a circolazione forzata Valvola automatica di sfogo aria Vengono utilizzate nei circuiti chiusi degli impianti solari per permettere l evacuazione dell aria contenuta nel fluido in maniera automatica. Alla valvola automatica di sfogo aria viene generalmente abbinata una valvola di intercettazione, anche questa adatta all utilizzo con le temperature del fluido termovettore dell impianto solare e con miscele di acqua glicolata. Componenti dell impianto solare termico a svuotamento 1 Tubazione di collegamento dell'acqua fredda 2 Tubazione di distribuzione dell'acqua potabile (calda) 3 Scambiatore termico con tubo ondulato in acciaio inox per acqua potabile (calda) 4 Scambiatore termico con tubo ondulato in acciaio inox verso il generatore di calore (carica bollitore) 5 Custodia a immersione per sonda di temperatura del bollitore 6 Indicatore di livello 23

24 Componenti dell impianto solare termico a svuotamento 7 Rubinetto di riempimento e scarico 8 Centralina di regolazione temperatura differenziale del Solaris R3 9 Tubazione di ritorno Solar (sotto il collettore/va 18 Solar) 10 Campo di collettori Solaris 11 Tubazione di mandata Solar (sopra il collettore/va 15 Solar) 12 Valvola termica di miscelazione (protezione dalle scottature in loco) 13 Freno a gravità Componenti dell impianto solare termico a svuotamento 14 Tubo corrugato mandata 15 Scambiatore termico con tubo ondulato in acciaio inox per supporto riscaldamento 16 Involucro termoisolante per scambiatore termico con tubo ondulato in acciaio inox per supporto riscaldamento 17 Collegamento ritorno Solaris 18 Custodia a immersione per sonda temperatura di ritorno Solaris 19 Collegamento tubazione di compensazione per ampliamento bollitore 24

25 Componenti dell impianto solare termico a svuotamento A Zona acqua per scopi industriali B Zona solare C Zona ausilio al riscaldamento Normativa: DLgs. 311/2006 come modificato ed integrato dal DPR 2 aprile 2009 n. 59 L art. 4, al comma 22 dice Per tutte le categorie di edifici,, nel caso di edifici pubblici e privati, è obbligatorio l utilizzo di fonti rinnovabili per la produzione di energia termica ed elettrica. In particolare, nel caso di edifici di nuova costruzione o in occasione di nuova installazione di impianti termici o di ristrutturazione degli impianti termici esistenti, l impianto di produzione di energia termica deve essere progettato e realizzato in modo da coprire almeno il 50% del fabbisogno di energia primaria richiesta per la produzione di acqua calda sanitaria con l utilizzo delle predette fonti di energia. Tale limite è ridotto al 20% per gli edifici situati nei centri storici. Come valutare il fabbisogno di energia primaria per la produzione di acqua calda sanitaria? UNI/TS : Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria 25

26 Normativa: UNI/TS : Determinazione del fabbisogno di energia primaria e dei rendimenti per la climatizzazione invernale e per la produzione di acqua calda sanitaria Ai fini della certificazione energetica degli edifici, il fabbisogno di energia primaria per la produzione di acqua calda sanitaria viene calcolato utilizzando il metodo descritto nella norma UNI/TS Per la determinazione del fabbisogno di energia primaria per questo utilizzo si parte, come per il calcolo dedicato alla climatizzazione invernale, dalla valutazione del fabbisogno di energia termica. Si applicano poi i rendimenti dei sistemi di erogazione, di distribuzione e di produzione. Nel caso della produzione di ACS si devono considerare anche le perdite di accumulo. Normativa: UNI/TS : Nel caso di edifici ad uso residenziale, per determinare il fabbisogno in termini idilitidi litri acqua calda sanitaria i al giorno, si ifa riferimento i al valore della superficie utile dell edificio VW = a N u [ l / G] Parametro che dipende dalla destinazione Fabbisogno giornaliero specifico d uso dell edificio N u è il valore della superficie utile dell abitazione [m 2 ] (per edifici non residenziali c è una tabella) a è tabellato in funzione della superficie utile 26

27 Normativa: UNI/TS : determinazione del volume di ACS richiesto per edificio residenziale V = a N W Fabbisogno giornaliero specifico [ l / G ] N u è il valore della superficie utile dell abitazione [m 2 ] (per edifici non residenziali c è una tabella) a è tabellato in funzione della superficie utile u Parametro che dipende dalla destinazione d uso dell edificio fabbisogni <50m 2 51m 2-200m 2 >200m 2 80m 2 a 1,8 4,514 x Su -0,2356 1,3 1,6 Fabb. equivalente di energia termica utile 52,3 131,22 x Su -0, ,7 46,7 [Wh/Gm 2 ] Fabb. equivalente di energia termica utile [kwh/m 2 anno] 19,09 47,9 x Su -0, ,8 17,05 Normativa: UNI/TS : determinazione del volume di ACS richiesto per edificio non residenziale Per edifici con destinazioni d uso diverse dalle abitazioni, il fabbisogno di acqua calda sanitaria deve essere effettuato su base mensile tenendo conto del consumo giornaliero e del numero di giorni al mese di occupazione. Tipo di attività a Nu Hotel senza lavanderia 1 stella 2 stelle 3 stelle 40 l/g letto 50 l/g letto 60 l/g letto 4 stelle 70 l/g letto Scuole Scuole materne e asili nido Numero di letti e numero giorni mese - 15 l/g Numero di bambini Attività sportive/palestre 100 l/g Per doccia installata Uffici 0,2 l/mqg Ristoranti 10 l/g Numero di ospiti per numero di pasti 27

28 Normativa: UNI/TS : L energia termica Q h,w richiesta per riscaldare una quantità di acqua alla temperatura desiderata è: ( ϑ ) G [ ] Qh, W = Σiρ c VW er ϑo Wh Volume di acs temp. [m 3 /G] erogazione r = massa volumica dell acqua [kg/m 3 ] c = 4184 [J/kg C] = 4184/3600 = 1, [Wh/kg C] ϑer = 40 C ϑo =15 C N giorni temp. ingresso 1 Wh = 3600 J I valori di temperatura dell acqua calda sanitaria sono riferiti convenzionalmente ai seguenti valori: A meno che non siano resi pubblici dall Ente erogatore dati mensili di temperatura dell acqua di alimentazione in relazione alla zona climatica e alla fonte di prelievo Normativa: UNI/TS : Pertanto, ai fini della determinazione dell energia necessaria per la produzione dell ACS secondo quanto richiesto dal DLgs. 311/2006, si fa riferimento ad una temperatura di erogazione di 40 C e ad una temperatura di ingresso di 15 C. Il salto termico di riferimento è quindi di 25 K Qualora siano resi pubblici dall enete erogatore o dall Amministrazione Comunale dati mensili di temperatura dell acqua di alimentazione in relazione alla zona climatica e alla fonte di prelievo (acqua superficiale, acqua di pozzo, ecc.) si devono utilizzare tali dati ai fini del calcolo indicandone l origine. Ai fini di valutazioni per certificazione energetica si considerano i valori convenzionali di riferimento. 28

29 Normativa: UNI/TS : Perdite di erogazione per il sistema di produzione dell ACS Si assume come valore di rendimento di erogazione = 0,95 Le perdite di erogazione si considerano tutte non recuperabili Q l Q 1 η W, er, W, er = h, W Perdite di erogazione ηw, er Normativa: UNI/TS : Perdite di distribuzione per il sistema di produzione dell ACS In assenza di rete di ricircolo, il calcolo delle perdite nella rete di distribuzione si può effettuare utilizzando i coefficienti riportati nel prospetto 30 della Specifica Tecnica, che fornisce dei valori per i coefficienti di perdita e per i coefficienti di recupero, per calcolare le perdite recuperate Q Perdite di distribuzione = η h, W Q l, W, d fl, W, d η W,er f l,w,d = coefficiente di perdita Q lrh, W, d frh, W, d Ql, W, d = Perdite recuperate f rh,w,d = coefficiente di recupero 29

30 Normativa: UNI/TS : Perdite di distribuzione per il sistema di produzione dell ACS Qh, W Perdite di distribuzione Q l, W, d = fl, W, d η W, er f l,w,d = coefficiente di perdita Q lrh, W, d frh, W, d Ql, W, d = Perdite recuperate f rh,w,d = coefficiente di recupero Tipologia di sistema Sistemi installati prima dell entrata in vigore della Legge 373/76 Sistemi installati prima dell entrata in vigore della Legge 373/76 Coefficiente di perdita f l,w,d Coefficiente di recupero f rh,w,d 0,12 0,5 0,08 0,5 Normativa: UNI/TS : Perdite di accumulo per il sistema di produzione dell ACS L impianto di ACS può essere dotato di un serbatoio di accumulo. Il serbatoio può essere all interno del generatore di calore ed in tal caso le perdite di accumulo sono comprese nelle perdite di produzione dell apparecchio. Se il serbatoio è esterno al generatore di calore si devono calcolare sia le perdite del serbatoio che quelle del circuito di collegamento generatore serbatoio. Le perdite di accumulo si calcolano in base all entità e alle caratteristiche della superficie disperdente dell accumulatore alla differenza tra la temperatura media della superficie e la temperatura media dell ambiente nel quale l accumulatore è installato 30

31 Normativa: UNI/TS : Perdite di accumulo per il sistema di produzione dell ACS Q S = ( ϑ ϑ ) t λ [ Wh] s l, W, s s a s s ds In cui S s = superficie esterna dell accumulo [m 2 ] d s = spessore dello strato isolante [m] l s = conducibilità dello strato isolante [W/mK] t s = durata del periodo considerato [h] q s = temperatura media nell accumulo [ C] q a = temperatura ambiente del locale di installazione dell accumulo [ C] Normativa: UNI/TS : Perdite di generazione per il sistema di produzione dell ACS La norma fornisce un prospetto di valori di riferimento per il rendimento di generazione, utilizzabili nel caso in cui non siano disponibili valori forniti dal costruttore del generatore Tipo apparecchio Versione Rendimento stagionale (%) Generatore a gas di tipo istantaneo per sola produzione di acqua calda sanitaria Tipo B con pilota permanente Tipo B senza pilota Tipo C senza pilota Generatore a gas ad accumulo per sola produzione di acqua calda sanitaria Tipo B con pilota permanente Tipo B senza pilota Tipo C senza pilota Bollitore elettrico ad accumulo - 75 Bollitori ad accumulo a fuoco diretto A camera aperta 70 A condensazione

32 Normativa: UNI 10349: dati climatici UNI : Energia solare - Valutazione dell energia raggiante ricevuta UNI : Energia solare - Valutazione degli apporti ottenibili mediante sistemi attivi o passivi. Utilizza il metodo F-Chart per la determinazione dell energia ottenibile da un pannello solare. UNI EN : e loro componenti Collettori solari requisiti generali. UNI EN : e loro componenti - Collettori solari - Parte 2: Metodi di prova UNI EN : e loro componenti - Impianti prefabbricati - Parte 1: Requisiti generali UNI EN : e loro componenti - Impianti prefabbricati - Parte 2: Metodi di prova Normativa: Uni : Energia solare - Valutazione dell energia raggiante ricevuta Ha lo scopo di effettuare valutazioni i di massima dell' apporto energetico medio mensile dell' energia solare da utilizzare per applicazioni termiche attive e passive negli edifici, in relazione alle caratteristiche morfologiche e tecnologiche di questi ultimi, alla loro collocazione nel tessuto costruito ed alle condizioni climatiche; questa prima parte espone un metodo di calcolo dell' energia radiante ricevuta da una superficie fissa comunque inclinata ed orientata. Il calcolo si basa sui valori giornalieri medi mensili derivati dalla conoscenza di dati climatologici locali. Terminologia, irraggiamento su una superficie comunque inclinata ed orientata, esempi di calcolo, uso dei diagrammi solari. Appendice A: formule usate per il calcolo. Appendice B: irraggiamento solare globale orizzontale giornaliero medio mensile (l'appendice B e' sostituita dalla UNI 10349). 32

33 Normativa: Uni : Energia solare - Valutazione degli apporti ottenibili mediante sistemi attivi o passivi Stabilisce un metodo di calcolo per la stima degli apporti termici utili medi mensili provenienti da impianti solari utilizzanti collettori piani a fluido e ad aria per riscaldamento di ambienti e/o produzione di acqua sanitaria. ACCUMULO INCORPORATO, CALDAIA CON BOLLITORE 33

34 Schema con accumulatore a stratificazione Il sistema consente sia la produzione di acqua calda sanitaria che l integrazione termica al riscaldamento Schema con accumulatore a stratificazione Nel caso di caldaia a pezzi di legna, il collegamento della tubazione di ritorno dall accumulatore alla caldaia è posizionato più in basso rispetto alla soluzione con caldaia a gas o gasolio 34

35 L integrazione termica al riscaldamento È comprensibile che per effettuare un integrazione termica al riscaldamento percentualmente significativa: l edificio deve essere a basso consumo energetico, quindi deve essere dotato di consistente isolamento termico (cappotto isolante) serramenti con vetri doppi e telaio con taglio termico l impianto di riscaldamento deve essere del tipo a bassa temperatura, infatti l energia messa a disposizione dall impianto solare è a bassa temperatura per la maggior parte della stagione invernale Questo deriva anche dal fatto che l impianto solare dovrà essere comunque dimensionato sul fabbisogno di acqua calda sanitaria, in modo da non avere fenomeni di stagnazione durante la stagione estiva per un eccesso di temperatura L integrazione termica al riscaldamento Nel caso di impianti di questo tipo, è spesso necessario utilizzare accumulatori di grande capacità, collegati insieme 35

36 L integrazione termica al riscaldamento In alcuni casi, uno dei due accumulatori può essere un accumulo a stratificazione, senza produzione di ACS Accumulatore tampone a stratificazione Svolge la funzione di accumulatore tampone con caricamento stratificato. L utilizzo in combinazione con lo scambiatore di calore sferico permette l impiego in un impianto solare. Può essere utilizzato anche in un impianto a biomassa o in uno con pompa di calore. Capacità da 500 litri a 5000 litri 36

37 Accumulatore a stratificazione con serpentino per la produzione di acqua calda sanitaria L acqua accumulata non è potabile, ma si tratta di acqua tecnica dell impianto di riscaldamento. L acqua potabile viene riscaldata all interno della serpentina (solitamente in acciaio inox) Accumulatore a stratificazione 37

38 Bollitore combinato con contenuto d acqua per il circuito di riscaldamento di litri e bollitore interno per ACS da litri 38

39 Valutazione economica di un impianto solare termico con pannelli piani Input: consumo medio di ACS pari a circa 240 litri/giorno efficienza della caldaia nella produzione di ACS pari a circa 77% Valutazione economica di un impianto solare termico con pannelli piani Rendimento sull investimento: 6,3 % 39

40 Valutazione economica di un impianto solare termico con pannelli piani Impianto solare termico con due pannelli piani e un bollitore da 300 litri. Incentivazione IRPEF 55% Flussi di cassa cumulati (Euro) anni Con incentivo fiscale 55 % Rendimento sull investimento: 13 % Valutazione economica di un impianto solare termico con tubi sottovuoto Senza incentivo fiscale Rendimento sull investimento: 4 % 40

41 Valutazione economica di un impianto solare termico con tubi sottovuoto Impianto solare termico con pannello a tubi sottovuoto e un bollitore da 200 litri. Incentivazione IRPEF 55% lussi di cassa umulati (Euro) F cu Con incentivo fiscale 55 % Rendimento sull investimento: 11 % anni Collettori solari ad aria 41