L ENERGIA DAL SOLE L ENERGIA SOLARE TERMICA

Transcript

1 L ENERGIA DAL SOLE L ENERGIA SOLARE TERMICA

2 L ENERGIA SOLARE La tecnologia del solare termico consente di trasformare direttamente l'energia associata alla radiazione solare in energia termica. Essa sfrutta i principi basilari della termodinamica ed in particolar modo la trasmissione del calore da un corpo caldo ad uno freddo : il corpo caldo è il Sole che irradia energia nello spazio circostante ed il corpo freddo è il fluido che scorre all interno del pannello. Si ha quindi un sistema che funziona senza l'uso di alcun combustibile. 27 novembre

3 PRINCIPI BASE I metodi per raccogliere l'energia solare 1) con concentrazione, mediante specchi o lenti che riflettono la radiazione verso pannelli o caldaie per l'utilizzo diretto dell'acqua calda oppure per la produzione di vapore da convogliare ad una turbina con generazione di energia elettrica; 2) senza concentrazione, mediante pannelli applicati o integrati nelle chiusure degli edifici (pareti, tetti, parapetti ecc.). 27 novembre

4 CLASSIFICAZIONI 1. Classificazione in base al tipo di fluido vettore 2. Classificazione in base alla tipologia di movimentazione del fluido 3. Classificazione in base all utilizzo 27 novembre

5 CLASSIFICAZIONI: Tipo di fluido vettore Acqua Fluidi antigelo Aria L acqua presenta i seguenti vantaggi: Ha elevata capacità termica Ha elevata conducibilità termica Ha bassa viscosità Non e infiammabile Non e tossica È economica ma è soggetta a congelamento (0 ) e ad evaporazione (100 ) raggiungibili in normali condizioni di funzionamento. 27 novembre

6 CLASSIFICAZIONI: Tipo di fluido vettore Se la temperatura esterna raggiunge valori inferiori allo zero devo prevedere l uso di fluidi antigelo per evitare la rottura di tubazioni e collettori. In questi casi è d obbligo una configurazione che preveda circuito primario separato dal circuito dell utilizzatore. Devo limitare le situazioni di evaporazione del fluido vettore (se liquido) per problemi legati alle sovrapressioni. I fluidi antigelo sono classificati in: Fluidi a base d acqua (glicole etilenico, glicole propilenico, alcoli) Fluidi diatermici (oli minerali naturali) 27 novembre

7 CLASSIFICAZIONI: Tipo di fluido vettore Aria L aria ha caratteristiche fisiche diverse dall acqua. Nella tabella seguente vengono riassunte le principali differenze. Densità Capacità termica massica Capacità termica volumica Conduttività termica Aria 1,185 kg/m 3 0,28 Wh/kg K 0,31 Wh/m 3 K 0,026 W/m K Acqua 998,200 kg/m 3 1,16 Wh/kg K 1,16 Wh/kg K 0,559 W/m K Non dà problemi di corrosione, non presenta limiti legati alle temperature massima (evaporazione) e minima (congelamento) 27 novembre

8 CLASSIFICAZIONI: movimentazione del fluido Circolazione naturale Circolazione forzata La differenza principale tra le due tecniche di conversione sta principalmente nel fatto che nella prima (circolazione naturale) non ci sono elementi di movimentazione di tipo elettromeccanico: il motore della movimentazione del fluido è il calore stesso. Nella seconda tecnica il fluido è messo in moto da una pompa. 27 novembre

9 CLASSIFICAZIONI: Tipo di utilizzo Produzione di acqua calda sanitaria (ACS) ad uso domestico, alberghiero e ospedaliero oppure riscaldamento dell'acqua delle docce (stabilimenti balneari, campeggi, ecc.); Riscaldamento degli ambienti Raffrescamento degli ambienti (ancora costoso). Piscine Usi industriali : riscaldamento dell'acqua per processi a bassa temperatura; essiccatoi. 27 novembre

10 CLASSIFICAZIONI: Tipo di utilizzo Albergo ESEMPI Piscina Docce 27 novembre

11 CONFIGURAZIONI D IMPIANTO Il circuito solare può essere: - aperto : il fluido termovettore che circola nei collettori è lo stesso del circuito di utilizzo; - chiuso (con circuito indiretto): il fluido termovettore che circola nei collettori cede calore al fluido nel circuito di utilizzo tramite uno scambiatore; la circolazione del fluido termovettore all'interno del circuito solare può essere: - naturale : avviene grazie al processo convettivo del fluido (che scaldandosi sale verso il serbatoio di accumulo posto in alto); - forzata avviene tramite una pompa che fa circolare il fluido termovettore dai collettori al serbatoio d'accumulo. 27 novembre

12 CONFIGURAZIONI D IMPIANTO CIRCUITO APERTO L acqua di rete viene fatta passare direttamente nei collettori e poi inviata al serbatoio. 27 novembre

13 CONFIGURAZIONI D IMPIANTO CIRCUITO CHIUSO Sono presenti 2 circuiti separati. 1) Circuito del collettore; 2) Circuito utilizzatore. Nuovo elemento nel circuito: lo scambiatore 27 novembre

14 CONFIGURAZIONI D IMPIANTO CIRCOLAZIONE NATURALE VANTAGGI Costo limitato Semplice installazione Limitata manutenzione Molto convenienti per usi prevalentemente estivi o in località con elevata insolazione. 27 novembre

15 Il fluido passante nel collettore si riscalda ai raggi solari e diminuisce la propria densità, diventa più leggero e sale verso l alto: si genera un movimento naturale del fluido di tipo ascensionale. Nei sistemi a circolazione naturale il serbatoio deve essere sempre posizionato più in alto del pannello e a breve distanza dallo stesso. Anche le tubazioni di raccordo devono mantenere la stessa inclinazione. 27 novembre Circuito aperto 15

16 CONFIGURAZIONI D IMPIANTO CIRCOLAZIONE FORZATA Circuito di circolazione forzata aperto Circuito di circolazione forzata chiuso (scambiatore di calore) 27 novembre

17 CIRCOLAZIONE FORZATA I vantaggi Alta efficienza grazie al serbatoio verticale (si evitano miscelazioni di acqua calda e acqua fredda) Posizionamento del serbatoio all interno dell abitazione (minimizzazione dell impatto visivo del sistema). 27 novembre

18 IMPIANTI DOMESTICI: Circolazione forzata a circuito chiuso 27 novembre

19 IMPIANTI DOMESTICI: schema tipo Utenza Collettore Caldaia Circuito solare Rete idrica Accumulo 27 novembre

20 Circolazione forzata I pannelli solari (A) hanno al loro interno dei tubi dentro ai quali scorre un liquido (acqua + antigelo) che quando è esposto al sole si scalda. Una centralina (B) misura la temperatura raggiunta nel pannello e quella all interno del serbatoio. Se il liquido nei pannelli è più caldo dell acqua del serbatoio, la centralina fa partire una pompa (C) che spinge il liquido all interno del circuito in modo da farlo passare attraverso una serpentina interna al serbatoio. Attraverso tale serpentina (D) avviene il passaggio del calore dal liquido all acqua del serbatoio, che entra quindi nel circuito dell acqua sanitaria della casa (E). 27 novembre

21 I COMPONENTI DELL IMPIANTO Il collettore solare Il serbatoio di accumulo Il regolatore I componenti del circuito solare Gli scambiatori di calore Le tubature La pompa Il vaso di espansione Le valvole Sensori di temperatura 27 novembre

22 IL COLLETTORE SOLARE PIANO Collettore solare piano a liquido Il dispositivo base: "il collettore solare" è costituito da un corpo nero assorbente entro il quale può scorrere un fluido (con la funzione di captare l'energia irradiata dal sole attraverso la superficie scura e trasferirla sotto forma di energia termica al fluido) e una copertura selettiva trasparente sulla parte esposta al sole (con la funzione di limitare le dispersioni per irraggiamento verso l'ambiente esterno), tutto racchiuso in un contenitore opportunamente isolato sulle pareti laterali e sulla parete opposta a quella di ricezione della radiazione. 27 novembre

23 IL COLLETTORE : principio di funzionamento Dall esperienza comune sappiamo che La radiazione solare a onde corte passa attraverso il vetro della finestra e una volta raggiunti gli oggetti all interno della stanza viene trasformata in radiazione a onda lunga, che solo in parte riesce a uscire all esterno. Si ha così un effetto riscaldante (effetto serra). Le onde corte penetrano la copertura trasparente Le onde lunghe restano intrappolate all interno Vediamo com è possibile sfruttare questa energia che è gratuitamente a nostra disposizione 27 novembre

24 Radiazione solare Perdite dal vetro IL COLLETTORE: funzionamento P U Potenza Utile Perdite struttura Il collettore solare converte in calore la luce solare che penetra al suo interno attraverso la copertura trasparente. Una piastra metallica captante assorbe i raggi solari incidenti e li converte in calore. Tale piastra trasferisce il calore assorbito ad un sistema di canali contenenti il fluido vettore che si riscalda. Isolante Vetro Aria Piastra captante con superficie Canalizzazione 27 novembre 2007 annerita 24

25 IL COLLETTORE: elementi (A liquido) È composto da: 1. Lastra trasparente (vetro) 2. Piastra captante (assorbitore) 3. Strato di materiale isolante 4. Contenitore 27 novembre