PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA CON IMPIANTI A COLLETTORE SOLARE. Ing. Attilio Pianese

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1 PRODUZIONE DI ACQUA CALDA SANITARIA CON IMPIANTI A COLLETTORE SOLARE Ing. Attilio Pianese

2 ENERGIE RINNOVABILI Le energie rinnovabili (innovative) sono caratterizzate da: DISPERSIONE E DILUIZIONE ALEATORIETA E VARIABILITA ne consegue la necessità di utilizzare SISTEMI INTEGRATI ossia affiancati da sistemi tradizionali

3 COSTI DI PRODUZIONE DELL ENRGIA ELETTRICA FONTE: IAEA RAPPORTO 2006

4 FRAZIONE SOLARE DI UN IMPIANTO INTEGRATO La frazione solare è il rapporto tra la quantità di calore prodotta annualmente dal sistema solare e quella totale prodotta dal sistema integrato (solare + convenzionale). F = Q s Q + s Q t F = frazione solare Q s = calore prodotto annualmente per via solare Q t = calore prodotto per via convenzionale

5 INTENSITA DELLA RADIAZIONE SOLARE L ENERGIA TERMICA PROVENIENTE DAL SOLE HA I SEGUENTI VALORI DI RIFERIMENTO: - Costante solare (al di fuori dell atmosfera) G = 1,354 KW/m 2 riferita ad incidenza normale alla superficie Per pannelli solari obliqui correttamente orientati in Italia si hanno i seguenti valori medi di radianza: - Energia incidente su un pannello estate I e = 0,67 KW/m 2 - Energia incidente su un pannello inverno I i = 0,32 KW/m 2 La radianza varia sensibilmente a seconda delle condizioni atmosferiche. In Italia per superficie ortogonale alla direzione del sole si ha: 0,1 < I < 1 KW/m 2

6 CARATTERISTICHE DELLA RADIAZIONE SOLARE La radiazione solare nell attraversare l atmosfera, in parte viene assorbita, in parte viene riflessa. Giungono al suolo le seguenti componenti di differenti caratteristiche: - radiazione solare diretta (radianza diretta I b in KW/m 2 ) - radiazione solare diffusa (radianza diffusa I d in KW/m 2 ) Interessano inoltre i valori giornalieri dell energia solare ricevuta al livello del suolo (integrale della radianza), ossia: -l irraggiamento medio giornaliero diretto Hb in KWh/m 2 ) -l irraggiamento medio giornaliero diffuso Hd in KWh/m 2 )

7 I valori sperimentali dell irraggiamento medio su un piano orizzontale (diretti e diffusi) sono forniti dalle norme. IRRAGGIAMENTO MEDIO GIORNALIERO SU UN PIANO ORIZZONTALE ROMA (UNI 10349) GIUGNO SETTEMBRE DICEMBRE MARZO H dh H bh H dh H bh H dh H bh H dh H bh Mj/m 2 7,5 18,2 5,3 12,3 2,6 2,8 5,3 8,4 KWh/m 2 2,08 5,06 1,47 3,42 0,72 0,78 1,47 2,33

8 ANDAMENTO DELLA RADIAZIONE SOLARE

9 COLLETTORI SOLARI PIANI VETRATI

10 TIPOLOGIE DI COLLETTORI Collettore solare piano Collettore a tubi sottovuoto

11 Circolazione forzata Circolazione naturale Circolazione forzata Circolazione naturale Costo iniziale Medio/Alto Basso Consumi elettrici Si No Rendimento Alto Basso (migliore se al sud) Perdite termiche Minime Medio/alte

12 PARAMETRI TERMOTECNICI DEI COLLETTORI SOLARI a g = coefficiente di assorbimento globale o apparente dell insieme lastra/assorbitore/vetri, H 1 = fattore globale di trasmissione del pannello tra la superficie ricevente e l esterno lato vetro (kcal/h m 2 C) H 2 = trasmittanza della parete isolante posta tra il fluido termovettore e l aria esterna al di sotto del pannello (kcal/h m 2 C); I = potenza raggiante ricevuta dal sole (kcal/h m 2 ); H = fattore globale di perdita del collettore. (Per definizione si pone: H = H 1 + H 2 ); θ i θ a = differenza di temperatura tra l acqua in ingresso nel collettore e la temperatura ambiente.

13 INOLTRE: c = calore specifico del fluido termovettore (kcal/kg C) G = portata del fluido termovettore (kg/h) (θ u θ i ) = differenza di temperatura del fluido termovettore ( C) A = area del pannello, riferita alla superficie dell assorbitore (m 2 ). Si definisce rendimento del collettore solare il seguente rapporto: η = Potenza assorbita dal fluido Potenza termica incidente = c G I ( θ θ ) u A i

14 RENDIMENTO DEL COLLETTORE Il rendimento di un collettore solare è il parametro fondamentale che ne definisce le prestazioni. Per il rendimento si dimostra la seguente espressione (1) : η = a g H ( θ θ ) i I a 1 e HA cg HA cg (1) Si veda: Parolini Fondamenti di Fisica Tecnica - UTET

15 ESEMPIO DI UN COLLETTORE COMMERCIALE

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17 IPOTESI DA RICORDARE L espressione del rendimento si riferisce a condizioni stazionarie quindi non considera le fasi iniziali di riscaldamento. Il rendimento ottico ag (o coeff. di assorb. globale) esprime la frazione di calore ricevuta dall assorbitore per irraggiamento tenuto conto di tutti i fenomeni di invio e riflessione. Il suo valore dipende dall angolo di incidenza della radiazione solare, e decade sesibilmente (cioè oltre il 25 %) per angoli di incidenza della radiazione superiori a 60. I valori di ag da impiegare nella relazione precedente sono i valori medi in cui il collettore può essere considerato funzionante, ossia le ore centrali della giornata.

18 SCHEMA DI IMPIANTO

19 PROBLEMI POTENZIALI DEGLI IMPIANTI Relativamente all installazione del collettore: Il pannello solare deve essere installato attentamente: - va evitata la presenza di ostacoli che proiettano ombre, - va verificata la posizione inclinazione ed azimut ottimali Relativamente al funzionamento: - Gelo notturno ad impianto fermo, in assenza di antigelo. - Possibilità di formazione della legionella in presenza di acqua a C in contatto con l atmosfera.

20 CRITERI DI PROGETTO DI MASSIMA Per calcolare la superficie del pannello si devono considerare i valori dell irraggiamento medio giornaliero atteso funzione del luogo e della posizione del pannello. In Centro Italia: -In estate (luglio) H = 6,0 6,5 KWh/m 2 -In inverno (dicembre) H = 2,4 2,5 KWh/m 2 Si determina il fabbisogno termico. Ad esempio per una famiglia di 4 persone (200 l di acqua/d): Q = 200 * (40 15) /860 = 5,8 KWh/d Si determina la superficie del pannello (superficie dell assorbitore), tenuto conto anche del rendimento effettivo con cui si lavora (in estate ed in inverno).

21 DISCUSSIONE DI ALTRI SCHEMI

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23 LO SCHEMA PRESENTE ED IL SUCCESSIVO SONO TRATTI DA: IDRAU- LICA 32. IMPIANTI SOLARI SCHEMI DI REALIZZAZIONE - CALEFFI

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25 APPROFONDIMENTI SUI COLLETTORI COLLETTORE A TUBO SOTTOVUOTO AUGUSTA AS100

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27 SOLARPOWER - modello SOLARTRAP 10

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30 ULTERIORI DATI - BIBLIOGRAFIA Libri Attilio Pianese -Impianti tecnici in edilizia Dario Flaccovio Siti internet:

31 ULTERIORI ESEMPI COLLETTORE RIELLO CP20TS

32 CARATTERISTICHE TECNICHE Lunghezza totale m Larghezza totale m Peso a vuoto con vetro 31 kg Superficie dell'apertura m² Fattore di conversione η Coefficiente di perdita a W/(m²K) Coefficiente di perdita a W/(m²K²) K1, longitudinale (50 ) 0.86 K2, trasversale (50 ) 0.86

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