SOLARE TERMICO. produzione di calore, vengono classificate secondo la temperatura

Transcript

1 SOLARE TERMICO

2 SOLARE TERMICO L'energia Lenergia solare è la fonte primaria di energia. Dell energia energia solare si sfruttano sia gli effetti diretti sia quelli indiretti. L'irraggiamento solare produce energia termica che può essere "catturata" in vari modi e impiegata per svariati usi. Ilpiù comune è rappresentato dalla semplice energia termica, utilizzata sia come acqua calda per usi sanitari (ACS), sia come integrazione per il riscaldamento di ambienti. Inambitiindustriali industriali commerciali, oltre ad ACS e riscaldamento ambienti, può essere utilizzata nei processi industriali stessi, o per produrre energia frigorifera. Molto interessanti sono le applicazioni per produrre energia elettrica o energia meccanica.

3 SOLARE TERMICO Le tecnologie per lo sfruttamento t dell'energia solare, finalizzato alla produzione di calore, vengono classificate secondo la temperatura raggiunta dal fluido vettore, in: Bassa temperatura: comprendono i sistemi che usano un collettore per captare e trasferire energia solare per produrre ACS o climatizzare gli edifici. Sono i sistemi più diffusi in Italia e in Europa meridionale. Media temperatura: richiedono dispositivi a debole concentrazione in modo da raggiungere temperature t fino ai 250 C per l utilizzo dl del calore principalmente in processi industriali o produzione di acqua dissalata. Alta temperatura: richiedono sistemi più spinti atti a concentrare la radiazione solare per raggiungere temperature superiori anche ai 400 C essenzialmente per la produzione di energia elettrica per via termodinamica

4 Componenti impianto I componenti fondamentali di un impianto solare termico sono: i collettori o pannelli, che hanno il compito di raccogliere il calore del sole; un bollitore (serbatotio o boiler), che serve ad accumulare l acqua acalda prodotta dall impianto, un circuito idraulico, che trasferisce il calore dai collettori al bollitore e quindi all impianto ACS e di Riscaldamento ( se previsto) un circuito elettrico (per impianti a circolazione forzata), che comprende un circolatore e una centralina di regolazione della temperatura.

5 Fonte: Wagner&Co Componenti impianto

6 Collettore Un collettore solare trasforma la radiazione solare in calore e si distingue così da un pannello fotovoltaico, che trasforma la luce del sole in corrente elettrica. L elemento principale è l assorbitore assorbitore, che ha lafunzione di assorbire la radiazione solare incidente a onde corte e di trasformarla in calore (trasformazione fototermica).

7 Collettore Solitamente è composto da un metallo con buona capacità di condurre il calore (per esempio il rame) e dovrebbe riuscire a trasformare il più completamente possibile la radiazione solare in calore. Al giorno d oggi nella maggior parte dei collettori vengono impiegati assorbitori dotati di uno strato selettivo. Attraverso tale processo si raggiunge un alto grado di assorbimento (α > 0,95), nel range delle lunghezza d onda della radiazione solare. A ciòspesso si abbina un basso fattore di emissività (ɛ < 0,1) nelle lunghezze d onda della radiazione termica, che permette cioè di trattenere l energia termica assorbita. Gli strati selettivi possono essere ottenuti con procedimento galvanico (cromo, alluminio con pigmentazione al nickel) oppure applicati sotto vuoto (per esempio Tinox o Cermet).

8 Collettore Un buon contatto termico tra l assorbitore e un fluido termovettore in circolazione (per esempio acqua, glicole oppure aria) permette la cessione del calore al fluido termovettore e di conseguenza il trasporto fuori dal collettore del calore pronto per essere usato. Per ridurre le dispersioni termiche e per migliorare il rendimento del collettore, l assorbitore viene provvisto di una copertura trasparente t frontale, mentre lateralmente e sul retro viene coibentato.

9

10 Flussi di Energia

11 Tipi di Collettore Collettori solari piani I collettori solari piani sono la tipologia attualmente pi ùdiffusa. Quelli vetrati sono essenzialmente costituiti da una copertura in vetro, una piastra captante isolata termicamente nella parte inferiore e lateralmente contenuti all di una cassa metallica o plastica. Quelli scoperti sono normalmente in materiale plastico direttamente esposti alla radiazione solare. L utilizzo di quest ultimi di norma limitato al riscaldamento dell acqua di piscine.

12 Tipi di Collettore Il circuito interno di un collettore piano può essere ad arpa o a serpentina. Da un lato i collettori ad arpa favoriscono meglio la circolazione, e presentano meno rischi di strozzature o otturazioni; dall altro lato i collettori a meandro, quando installati in serie, hanno una resa più uniforme rispetto ai collettori ad arpa. Collettori a meandro Collettori ad arpa

13 collettore piano con tubo a meandro

14 collettore piano con tubo griglia g o Arpa

15 Collettori solari sottovuoto Nei collettori a tubi sottovuoto ogni striscia di assorbitore è inserita in un tubo di vetro in cui è stato creato il vuoto. Questo comporta un ottima coibentazione che rende possibile il raggiungimento i di temperature t di lavoro anche nel campo del dlcalore per processi industriali.

16

17 Tecnologie La classificazione principale nei sistemi a bassa temperatura riguarda il sistema di circolazione del fluido nel circuito primario: a circolazione naturale (riscaldamento, ACS) a circolazione forzata (ACS più riscaldamento)

18 Impianti a circolazione naturale Negli liimpianti i a circolazione i naturale la circolazione i tra collettore e serbatoio di accumulo viene determinata dalprincipio di gravità. Il fluido termovettore si riscalda all interno del collettore ed essendo più leggero del fluido freddo, quindi presenta una differenza di densità, si instaura una circolazione naturale. Il fluido riscaldato cede il suo calore all acqua contenuta t nel serbatoio e ricade nel punto più basso del circuito del collettore. Negli impianti a circolazione naturale il serbatoio si deve trovare quindi in un punto più alto del collettore.

19 Impianti a circolazione forzata Un impianto a circolazione forzata è formato da un collettore solare a sé stante, connesso attraverso un circuito con un serbatoio localizzato nell edificio. All interno del circuito solare si trova acqua o un fluido termovettore antigelo. Una pompa provvede a far circolare il fluido tra il sistema di accumulo ed il collettore. La pompa p di circolazione del circuito solare è attivata da un regolatore differenziale di temperatura. Quando la temperatura all interno del collettore è superiore alla temperatura di riferimento impostata nel serbatoio di accumulo. Il calore viene quindi trasportato al serbatoio di accumulo e ceduto all acqua sanitaria medianteuno scambiatoredi calore.

20 Impianti a circolazione forzata

21 Tecnologie

22 Tecnologie Unavariante degli impiantia a circolazione forzata sono i sistemi detti 'a svuotamento. Tali impianti consentono, appunto, di svuotare collettori e tubazioni in un serbatoio di recupero aggiuntivo. Sono utili in climi molto freddi per evitare che i liquidi si ghiaccino, mentre alle nostre latitudini possono evitare che i collettori si danneggino se sottoutilizzati nei giorni con maggior radiazione solare.

23 APPLICAZIONI Un impianto solare termico è generalmente utilizzato per produrre Acqua Calda Sanitaria. Con un tale impianto può essere soddisfatto dal 60 90% del fabbisogno totale. Tali impianti possono essere utili anche per il riscaldamento degli ambienti. Lo svantaggio principale di questa applicazione è che, a differenza dell ACS il cui fabbisogno è costante nelle stagioni, il riscaldamento degli ambienti serve maggiormente quando c è meno sole. Se per la produzione di acqua calda il solare termico riesce a tagliare i consumi dl60 del 60 90%, ai fini i dli del riscaldamento degli ambienti può soddisfare al massimo il 40% del fabbisogno.

24 APPLICAZIONI Un impianto che fornisca anche calore per il riscaldamento deve essere necessariamente a circolazione forzata. In genere sono consigliati collettori molto efficienti, soprattutto in caso di scarsa insolazione: ione meglio dunque equelli a tubi sottovuoto. I pannelli, visto che devono lavorare moltodurante le stagioni nelle quali il sole è più basso all'orizzonte, vengono montati con inclinazioni leggermente più accentuate rispetto ai sistemi utilizzati per la sola produzione di acqua calda.

25 Analisi del fabbisogno di acqua calda Negli edifici residenziali il fabbisogno termico per la produzione di acqua calda rimane costante nel corso dell anno. Solitamente il consumo giornaliero pro capite di acqua calda a 45 C viene stimato intorno a queste cifre: comfort basso 35 l/(persona/giorno) /g comfort medio 50 l/(persona/giorno) comfort alto 75 l/(persona/giorno) Nel caso si vogliano collegare all impianto solare anche la lavatrice e lalavastoviglie lavastoviglie, ilfabbisogno deve essere aumentatodi: lavatrice 20 l/giorno (1 lavaggio al giorno) /g ( gg g ) lavastoviglie 20 l/giorno (1 lavaggio al giorno)

26 Negli edifici con funzione ricettiva il fabbisogno di acqua calda è strettamente dipendente dalla presenza di clienti. Ilcalcolo del fabbisogno giornaliero viene eseguito sulla presenza media di persone nel periodo compreso tra maggio e agosto, e su questo dato si effettua il dimensionamento dell impianto. I valori di riferimento per il fabbisogno giornaliero medio pro capite sono qui riportati: ostello della gioventù 35 l/(persone e giorno) standard semplice 40 l/(persone e giorno) standardalto50l/(persone alto l/(persone e giorno) Standard molto alto 80 l/(persone e giorno) Se la struttura offre anche servizio cucina, il fabbisogno di acqua calda aumenta indicativamente in questo modo: pasto semplice 10 l/(giorno e pasto) pasto a più portate 15 l/(giorno e pasto)

27 Dimensionamento Le variabili principali di cui si tiene conto nel dimensionare l'impianto sono il fabbisogno di acqua calda sanitaria nei diversi mesi dell'anno (ed eventualmente di riscaldamento) e la quantità di radiazione solare disponibile in quella zona, strettamente correlata con la latitudine. Unimpianto solare termico non viene maiprogettato per coprire il fabbisogno totale di ACS durante tutto l'anno per un discorso di convenienza economica: l'aumentodella laumento spesa per questo impianto sarebbe elevate con una produzione di acqua calda in estate in eccesso. L'impianto si progetta dunque cercando di coprire il 100% del fabbisogno nei soli mesi estivi e il 60 70% sui consumi medi annuali.

28 Dimensionamento Seci riferiamo a impiantidestinati a soddisfare oltreal fabbisogno di ACS anche quello di riscaldamento per gli ambienti, i calcoli si modificano. In questo caso l'impianto viene dimensionato in modo da soddisfare il 30 40% del fabbisogno di calore necessario per gli ambienti. Un modo semplice per farsi un'idea del dimensionamento è considerare che la stessa quantità di collettori necessaria al fabbisogno di ACS di una persona, può scaldare 10metri quadrati di abitazione con sistemi a bassa temperatura come i pannelli radianti. Per questi impianti anche il bollitore va dimensionato di conseguenza: indicativamente litri in più per ogni metro quadro di collettori piani vetrati o per ogni 0,75 metri quadrati di collettori a tubi sottovuoto.

29 Dimensionamento Per una astua situazione econ orientamento e toideale e (sud, inclinazione e30 30 ) si utilizzano i valori di riferimento di seguito riportati per dimensionare la superficie del collettore. Questa viene quindi calcolata in relazione al fabbisogno giornaliero di acqua calda. Zone in Italia valori di riferimento per il dimensionamento Nord 1,2 m2/(50 l/giorno) Centro 1,0 m2/(50 l/giorno) Sud 0,8 m2/(50 l/giorno) Questi valori di dimensionamento permettono di coprire completamente il fabbisogno durante i mesi estivi, cioè in estate tutta l acqua calda sanitaria viene riscaldata dall impianto solare. Calcolato su tutto l anno, il risparmio energetico ottenuto è di circa 50 80%.

30 Dimensionamento I valori in tabella devono essere ridotti del 30 % nel caso in cui si usino colletori a tubi sottovuoto. I valori riportati sono valori indicativi. La superficie reale dei collettori è da calcolare effettivamente sulle dimensioni dei moduli esistenti. Differenze di ±20 % possono essere considerate non problematiche. I valori di riferimento valgono per collettori piani. Per collettori a tubo sottovuoto sono sufficienti i 2/3 della superficie calcolata. Per il dimensionamento dei collettori nelle strutture ricettive bisogna utilizzare il valore medio dlfbb del fabbisogno giornaliero di acqua calda calcolato nei mesi da maggio ad agosto.

31

32 Dimensionamento del serbatoio Il serbatoio serve a equilibrare la differenza temporale tra la presenza dell irraggiamento e l utilizzo dell acqua calda. Serbatoi dall ampio volume permettono di superare periodi anche lunghi di brutto tempo, tuttaviacausano anche maggioridispersioni di calore. Ilvolume del serbatoio corrisponderà circa a l/(m² superficie di collettore piano). Negli impianti con riscaldamento ausiliare integrato nel il volume in temperatura, cioè la parte di serbatoio che viene mantenuta sempre alla temperatura desiderata per l acqua calda, viene sempre calcolato secondo il fabbisogno giornaliero di acqua calda. Dovrebbe aggirarsi sui 20l/persona. Quando si effettua il dimensionamento di grandi impianti, bisogna calcolare il volume da tenere in temperatura (spesso (p si tratta di un secondo serbatoio più piccolo) tenendo conto anche della potenza della caldaia.

33 Scambiatori di calore del circuito solare Negli impianti semplici, come di norma sono quelli delle case unifamiliari, si preferisce solitamente impiegare all interno del serbatoio scambiatori di calore a tubi lisci o corrugati. Negli impianti più grandi si utilizzano scambiatori di calore esterni a piastre o a fasci di tubi. La superficie dello scambiatore di calore dovrebbe essere circa 0,4 m2/(m2 superficie del collettore). Per gli impianti più grandi si calcola la potenza massima che i collettori possono trasmettere e a seconda di questa potenza si sceglie un adeguato scambiatore di calore esterno.

34 Collettori solari per piscine Si tratta di strati di tubi flessibili che fungono da collettore. Per un corretto dimensionamento dell impianto solare si deve considerare che necessitano circa il 70 80% di mq di collettori solari rispetto ai mqdi superficie della piscina. Nl Nel caso di piscine i coperte il collettore deve essere posto all'esterno ed occupa sicuramente una superficie abbastanza ampia in funzione dei metricubi d'acqua da riscaldare. Occorre tenere presente che nel caso di piscine, il salto termico non deve essere grande a livello di gradi come per il riscaldamento dell'acqua sanitaria. Quì bastano pochi gradi per rendere la temperatura accettabile

35 L'impiantoè Limpianto costituito da un collettore con i soliti tubi in rame saldati sull'assorbitore verniciato di nero opaco. Nel collettore circola direttamente l'acqua della piscina attraverso una pompa nel circuito di mandata. Ilritorno è costituito già da acqua riscaldata e come succede in qualsiasi impianto termico, il tutto è controllato da una centralina di regolazione delle dll temperature. Collettori solari per piscine

36 INCENTIVI Gli impianti solari termici possono usufruire degli incentivi legati agli interventi di risparmio ed efficienza energetica: gli incentivi previsti dal nuovo DM 28 dicembre 2012 cosiddetto "Conto Termico"; i Titoli di Efficienza Energetica (TEE), anche noti come Certificati Bianchi; le agevolazioni fiscali per il risparmio energetico (65%).

37 INCENTIVI GLI INCENTIVI DEL NUOVO "CONTO TERMICO" Il DM 28 dicembre 2012, il c.d. decreto Conto Termico, attua il regime di sostegno introdotto dal decreto legislativo 3 marzo 2011, n. 28 per l incentivazione di interventi di piccole dimensioni per l incremento dell efficienza efficienza energetica e per la produzione di energia termica da fonti rinnovabili. Il Gestore dei Servizi Energetici GSE S.p.A. è il soggetto responsabile dell attuazione e della gestione del meccanismo, inclusa l erogazione degli incentivi ai soggetti beneficiari.

38 Il DM 28 dicembre 2012 predispone un sistema di incentivazione rivolto: alla sostituzione o, in alcuni casi, alla nuova installazione di impianti di climatizzazione e/o produzione di acqua calda sanitaria alimentati a fonti rinnovabili (impianti solari termici anche abbinati a tecnologia solar cooling, pompe di calore, caldaie, stufe e camini a biomassa) alla sostituzione di impianti esistenti per la climatizzazione invernale con impianti a più alta efficienza (caldaie a condensazione) all efficientamento dell involucro di edifici esistenti (coibentazione delle superfici opache, sostituzione serramenti e installazione schermature solari) Il nuovo decreto introduce, a certe condizioni, anche incentivi specifici per la Diagnosi Energetica e la Certificazione Energetica, se abbinate agli interventi sopra citati. Il nuovo meccanismo di incentivazione i i è rivolto a due tipologie i di soggetti: Pubbliche Amministrazioni; Soggetti privati, intesi come persone fisiche, condomini e soggetti titolari di reddito di impresa o di reddito agrario.

39 CONTO TERMICO Per gli interventi di piccole dimensioni di produzione di energia termica da fonti rinnovabili e di sistemi ad alta efficienza, il decreto predispone schemi di calcolo specifici per tecnologia. Per gli interventi di installazione di collettori solari termici, anche abbinati a sistemi di solar cooling l incentivo è calcolato secondo la seguente formula: I atot = C i S l dove I atot C i S l è l incentivo annuo in euro; è il coefficiente i di valorizzazione i dell energia termica prodotta espresso in /mq di superficie solare lorda, (vedi Tabella 1); è la superficie solare lorda dell impianto, espressa in metri quadrati.

40 CONTO TERMICO

41 TITOLI EFFICIENZA ENERGETICA I Titoli di Efficienza Energetica (TEE) rappresentano un meccanismo di incentivazione del risparmio energetico negli usi finali dell energia. Il meccanismo non si rivolge direttamente a tutti i consumatori finali di energia ma solo a specifici i operatori e soggetti professionali. I TEE, comunemente noti come Certificati Bianchi, sono ottenibili previa la verifica e certificazione da parte del GSE dei risparmi energetici conseguiti da un determinato progetto. Il Gestore dei Mercati Energetici (GME), a seguito della certificazione dei risparmi da parte del GSE, emette i TEE relativi al progetto e ne gestisce l eventuale negoziazione tramite un mercato dedicato (Mercato dei TEE). Il quadro normativo nazionale è stato recentemente modificato con la pubblicazione del decreto 28 dicembre 2012, che definisce i nuovi obiettivi quantitativi nazionali di risparmio energetico crescenti nel tempo per le imprese di distribuzione di energia elettrica e gas per il periodo e tra le novità introduce nuovi soggetti ammessi al meccanismo. L Italia è stato il primo Paese ad aver reso obbligatorio il meccanismo dei Titoli di Efficienza Energetica.

42 TITOLI EFFICIENZA ENERGETICA Cosa sono Il meccanismo dei Titoli di Efficienza Energetica si fonda sull obbligo posto in capo alle aziende distributrici ib i i di gas e/o di energia elettrica con più di clienti finali, di conseguire un obiettivo annuo prestabilitodi risparmio energetico. Il risparmio energetico è misurato in tep (tonnellate equivalenti di petrolio), che corrisponde all energia sviluppata dalla combustione di una tonnellata di petrolio. Un TEE corrisponde al risparmio di 1 tep. A seconda del tipo di energia primaria risparmiata (energia elettrica, gas, altri combustibili) si distinguono i cinque tipologie i di Titoli di Efficienza Energetica.

43 TITOLI EFFICIENZA ENERGETICA L intervento d installazione di pannelli solari termici per la produzione di acqua calda sanitaria fa riferimento alla scheda tecnica standardizzata AEEG n 8 bis. La scheda stabilisce il risparmio energetico riconosciuto sulla base di tre parametri principali: p tipologia di pannello solare (piano o sottovuoto); fascia solare (sono identificate 5 fasce solari su base provinciale); tipo di impianto integrato o sostituito (boiler elettrico, caldaia a gas o a gasolio, teleriscaldamento). Il risparmio conteggiato attraverso la scheda è proporzionale alla superficie dei pannelli installati.

44 DETRAZIONI 65% La detrazione fiscale dall'irpef (imposta sul reddito persone fisiche) e dall'ires (imposta sul reddito delle società) delle spese sostenute per interventi di riqualificazione energetica sugli edifici esistenti, su parti di edifici i esistenti io su unità immobiliari i esistenti i di qualsiasi icategoria catastale, anche rurali è stata istituita per la prima volta con i commi 344, 345, 346 e 347 dell'articolo 1 della LEGGE del 27 dicembre 2006, n. 296 (Finanziaria per il 2007). L'agevolazione è stata modificata più volte; le più recenti novità sono state introdotte dal Decreto Legge 4 giugno 2013, n. 63 che ha prorogato fino al 31 dicembre 2013 la detrazione fiscale per gli inteventi di efficienza i energetica su singole unità immobiliari i e fino al 30 giugno 2014 per gli interventi relativi alle parti comuni degli edifici condominiali o che riguardano tutte le unità immobiliari di cui si compone il singolo condominio.

45 DETRAZIONI 65%

46 Per un confronto tra i due incentivi si può analizzare il valore attualizzato netto (VAN), nelle varie ipotesi di investimento, anche senza considerare le prestazioni degli impianti. Ipotizzando un VAN su 10 anni con un tasso del 4% si ottiene quanto sotto ;

47