vantaggi energetici economici ambientali
Indice L energia solare Principi base Come funziona un sistema solare termico Funzionamento Classificazioni I componenti dell impianto 2
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. 3
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.). 4
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 soloin 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 5
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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. 7
Il fluido vettore trasferisce il suo calore ad un secondo fluido contenuto in un serbatoio di accumulo (2 circuiti). Il fluido vettore una volta raffreddato ritorna attraverso il circuito di ritorno al il collettore, mentre nel serbatoio l acqua più calda si sposta verso l alto. Il collegamento tra collettori solari e serbatoio di accumulo viene detto: "Circuito Solare. 8
L acqua del serbatoio stratifica in funzione della temperatura (più calda in alto più fredda in basso) per la diversa densità. Dalla parte alta del serbatoio viene prelevata l acqua per gli usi previsti. Nella parte bassa avviene l ingresso dell acqua di rete. Qualora nel serbatoio non si raggiunga la temperatura prevista, si procede al riscaldamento dell acqua con il sistema tradizionale: l acqua viene fatta passare attraverso la caldaia, che la porta in temperatura prima di essere impiegata. 9
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 10
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. 11
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) 12
Aria L aria ha caratteristiche fisiche diverse dall acqua. Nella tabella seguente vengono riassunte le principali differenze. Non dà problemi di corrosione, non presenta limiti legati alle temperature massima (evaporazione) e minima (congelamento). 13
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. 14
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. 15
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Il collettore solare Il serbatoio di accumulo I componenti del circuito solare Gli scambiatori di calore Le tubature La pompa Il vaso di espansione Le valvole Il regolatore Sensori di temperatura 17
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. 18
È composto da: Lastra trasparente (vetro) Piastra captante (assorbitore) Strato di materiale isolante Contenitore 19
PARAMETRI Fabbisogno complessivo mensile N di persone = consumo giornaliero di acqua calda sanitaria trasmittanza complessiva dell edificio (UA) per i fabbisogni di riscaldamento (temperatura interna degli ambienti) Energia fornita dalla fonte ausiliaria per le integrazioni (caldaia tradizionale) 20
FABBISOGNO ACS Il fabbisogno quotidiano per abitazione è generalmente stimato come prodotto del numero di persone presenti all interno dell abitazione per un valore di consumo medio pro capite: Basso consumo: 30-40 litri/giorno a persona Medio consumo 40-60 litri/giorno a persona Alto consumo 60-80 litri/giorno a persona La temperatura media di utilizzo è generalmente considerata pari a 45 C 21
Analisi energetica: calcolo dell'energia pro capite necessaria In media, in Italia si consumano circa 50 litri al giorno di acqua calda sanitaria pro capite, alla temperatura di 45 C. Ipotizzando una temperatura dell'acqua proveniente dall'acquedotto pari a 15 C si può calcolare il quantitativo pro capite Q, di energia termica necessaria: Q = G. cs. (Tu - Ta ) = 50 l. 1 kcal/l C. 30 C = 1500 kcal. Avendo indicato con: G, massa d'acqua da scaldare (l); Cs, calore specifico dell acqua (kcal/l); u, temperatura di utilizzo, pari a 45 C; Ta, temperatura acqua dell'acquedotto ( C). 22
Fonte ENEL 23
Fonte ENEL 24
Acqua calda sanitaria per 4 persone Costo investimento: 4.000 Risparmio in bolletta termica: 350 /anno(valoremedio) Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007) Ritorno dell investimento: 5 anni Acqua calda sanitaria e riscaldamento (sistema radiante) per un abitazione da 120 m2 e 4 persone Costo investimento: 10.000 Risparmio in bolletta termica: 650 /anno Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007) Ritorno dell investimento: 7 anni 25
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