IMPIANTI SOLARI TERMICI

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1 IMPIANTI SOLARI TERMICI 27 Aprile 2007 Lavinia Chiara Tagliabue

2 IL COLLETTORE SOLARE Un collettore solare trasforma la radiazione solare in calore che può essere utilizzato: 1. per produrre aria calda 2. per produrre acqua calda COMPONENTI DEL PANNELLO: VETRO SUPERIORE INTERCAPEDINE D ARIA ASSORBITORE COIBENTAZIONE

3 IL COLLETTORE SOLARE PIANO VETRATO PANNELLO SOLARE: Unità modulare di area compresa generalmente tra 1 e 2 mq (ma ci sono modelli anche da 10 mq), sfrutta la radiazione sia diretta che diffusa e viene solitamente installato su supporti fissi. Componenti e funzioni dei collettori solari piani vetrati: 1. COPERTURA TRASPARENTE: consente il passaggio della radiazione solare sull assorbitore, protegge la piastra, contiene il reirraggiamento del calore verso la volta celeste. 2. ISOLAMENTO TERMICO: posto sul lato posteriore e sulle porzioni laterali del supporto metallico o plastico, limita le dispersioni termiche verso l esterno. 3. INTERCAPEDINE D ARIA: si forma uno strato isolante che limita le dispersioni verso l esterno. 4. ASSORBITORE: riscaldato dalla radiazione solare si surriscalda e trasferisce il calore al fluido termovettore. 5. FLUIDO TERMOVETTORE: a contatto con la piastra asporta il calore e lo trasferisce al carico, raggiungendo temperature comprese tra i 20 e i 100 C (raramente superiori).

4 L ASSORBITORE Elemento principale: ASSORBITORE Ha la funzione di assorbire la radiazione solare incidente a onde corte e di trasformarla in calore TRASFORMAZIONE FOTOTERMICA materiale: metallo con buona capacità di conduzione (rame) L assorbitore viene oggi trattato solitamente con un strato selettivo che determina un alto grado di assorbimento nel range delle lunghezze d onda della radiazione solare e contemporaneamente irradiano poca energia nelle lunghezze d onda della radiazione termica (infrarosso). α > 0.95 assorbimento ε < 0.10 Strati selettivi: emissività ottenuti con procedimento galvanico applicati sotto vuoto

5 L ASSORBITORE CAPACITÀ TERMICA = quantità di calore necessaria ad innalzare la temperatura della piastra Non deve essere troppo elevata in modo tale da consentire tempi di reazione più rapidi in relazione alle condizioni di soleggiamento variabili ed ottimizzare le possibilità di sfruttamento dell energia disponibile anche in bassi quantitativi. L assorbitore viene generalmente realizzato tramite una lamina metallica in: 1. rame 2. alluminio costo/conducibilità termica 3. acciaio inox con spessore variabile tra 0,15 e 2 mm a seconda del materiale e della qualità del prodotto. Per lamine sottili queste possono essere corrugate per aumentarne la stabilità meccanica.

6 TIPOLOGIE DI COLLETTORI SOLARI

7 TIPOLOGIE DI COLLETTORI SOLARI In via preliminare, possiamo operare una prima distinzione tra collettori a CAPTAZIONE DIRETTA ed A CONCENTRAZIONE, con alcune sottovarianti dipendenti dalle configurazioni e dalle tecnologie adottate. Tipologia di collettori Modalità di captazione Temperature operative Applicazione PIANI diretta C riscaldamento di piscine, acqua calda ad uso sanitario, riscaldamento ambientale TUBOLARI diretta/ concentrazione C ACS, climatizzazione CONCENTRATORI concentrazione C climatizzazione, usi industriali FOCALIZZANTI concentrazione usi industriali

8 SISTEMA TERMICO SOLARE COMPONENTI SUBSISTEMA DI CAPTAZIONE SUBSISTEMA DI DISTRIBUZIONE SUBSISTEMA DI ACCUMULO

9 SUPERFICIE DI CAPTAZIONE COLLETTORI PER ACS NORD CENTRO SUD Superficie di captazione [mq/p] 1,2 0,75 0,55 Inclinazione del collettore

10 INSTALLAZIONE SUPERFICIE CAPTANTE - tetti piani o terrazzi - giardini soleggiati - coperture a falda SERBATOIO DI ACCUMULO - non visibile - soggetto a minori dispersioni termiche - accessibile per la manutenzione

11 METODO F-CHARTF Copertura del fabbisogno con l'energia solare f convenzionale solare

12 CONFIGURAZIONI IMPIANTISTICHE Distribuzione del fabbisogno 15% 85% riscaldamento ACS Distribuzione del fabbisogno 0% 100% riscaldamento ACS

13 X = PARAMETRI ADIMENSIONALI AF ' U r L (t r L AF '( τα)hn Y = r L X c = X t a ) τ (11,6 + 1,18 t + 3,86 t w t A è la superficie di captazione dei collettori [m 2 ]; F r indica il fattore di rimozione del calore dai collettori, corretto per la presenza dello scambiatore tra collettori ed accumulo; U L rappresenta il coefficiente complessivo di dispersione termica dei collettori [W/m 2 K]; per i prodotti più diffusi varia generalmente tra 3 e 6; t r indica una temperatura di riferimento, fissata a 100 C; t a indica la temperatura media mensile dell aria esterna nel sito considerato; τ esprime il numero di secondi del mese; L è il carico termico mensile dell utenza collegata all impianto [J]; H rappresenta l irradiazione giornaliera media mensile incidente sull unità di superficie dei collettori [J/m 2 giorno]; N è il numero dei giorni del mese; τα è il valore medio del prodotto del coefficiente di trasmissione del vetro e del coefficiente di assorbimento della piastra, corretto per l effetto della variazione d inclinazione dei raggi solari rispetto alla superficie del collettore; può essere stimato intorno a 0,85 a m - 2,32 t a )

14 F-CHART f = 1,029Y 0,065X 0,245Y 2 + 0,0018X 2 + 0,0215Y 3 Carico giornaliero % ora

15 F-CHART: METODOLOGIA DI CALCOLO