1 ESPERTO NELLA GESTIONE DELLE FONTI RINNOVABILI SOLARE TERMICO Docente: Ing. Alberto Del Carlo ITIS - G.GALILEI TESEO 2 Solare Termico Ing. A. Del Carlo ITIS - G.GALILEI TESEO 3 IL SOLE E LA SUA OFFERTA DI ENERGIA Il sole è costituito da una grande massa incandescente con volume 1.300.000 volte superiore a quello della terra e con temperature che possono raggiungere i 16.000.000°C. La superficie di tale massa emette, in modo pressoché costante, radiazioni elettromagnetiche la cui potenza è pari a circa 400.000 miliardi di miliardi di kW Sul sole avvengono continue fusioni nucleari che trasformano quattro nuclei di idrogeno (il costituente principale del sole) in un nucleo di elio. La massa di quest’ultimo è inferiore a quella data dalla somma dei nuclei di idrogeno e la differenza è trasformata in energia. ITIS - G.GALILEI TESEO Valori della radiazione solare 4 Prima di entrare nell’atmosfera terrestre, la radiazione solare ha una potenza (valutata rispetto ad una superficie ad essa perpendicolare) di circa 1350 W/mq. Sulla terra, invece, la sua potenza è sensibilmente inferiore in quanto l’atmosfera agisce da filtro nei confronti dei raggi solari. I normali valori sono circa 1.000 W/mq con cielo sereno, 100÷150 W/mq con cielo coperto. ITIS - G.GALILEI TESEO 5 …. sulla potenza e sull’energia …… Nel SI (Sistema Internazionale) - l’unità di misura della potenza è il watt [W] - l’unità di misura dell’energia è il joule [J] = [W] [s] Esempio: una lampadina che ha una potenza di 60W accesa per un’ora consuma (assorbe) una energia di 60 Wh ovvero 60 x 3600 = 216000 Ws ovvero 216000 J (0,216 MJ) . ITIS - G.GALILEI TESEO 6 Il flusso termico emesso dalla lampadina è misurato in watt e la relativa quantità di calore in joule A volte, per ragioni storiche, la quantità di calore è espressa in chilo-calorie (kcal) e il flusso termico in chilo-calorie all’ora (kcal/h) Basta ricordare che una chilocaloria (kcal) equivale a 4186,8 joule e che il flusso di una chilocaloria all’ora (kcal/h) equivale a 4186,8:3600 joule al secondo, ossia a 1,163 watt ITIS - G.GALILEI TESEO 7 ESEMPIO L’abitazione di figura consuma 1650 kcal procapite di acqua calda sanitaria (ACS) al giorno. Calcolare il consumo complessivo di ACS per 4 persone con riferimento al SI L’energia complessivamente consumata per la produzione di ACS al giorno è Q = 4 x 1650 x 4186,8 = 27632880 J oppure 27632880/3600 = 7,67 kWh … ECCO PERCHE’ HANNO DECISO DI MONTARE I COLLETTORI SOLARI !!! ITIS - G.GALILEI TESEO Tabella di conversione Potenza ed Energia ITIS - G.GALILEI 8 TESEO La radiazione solare può essere trasformata in energia termica in diversi modi. Tra 9 quelli più importanti ricordiamo: Solare termodinamico a concentrazione ad alte temperature ITIS - G.GALILEI TESEO 10 Solare termodinamico a concentrazione ad alte temperature ITIS - G.GALILEI TESEO 11 Solare termico a concentrazione a basse temperature ITIS - G.GALILEI TESEO 12 Solare termico a circolazione forzata a fluido liquido con collettori a tubi evacuati (sottovuoto) ITIS - G.GALILEI TESEO 13 Solare termico con collettori piani a fluido liquido con protezione (circolazione naturale e forzata) ITIS - G.GALILEI TESEO 14 Solare termico a circolazione forzata con collettori a fluido liquido senza protezione ITIS - G.GALILEI TESEO 15 Solare termico passivo (parete ad accumulo termico, camino solare, serre ecc.) ITIS - G.GALILEI TESEO Collettori solari termici: tipologie di maggior utilizzo ITIS - G.GALILEI 16 TESEO 17 ITIS - G.GALILEI TESEO 18 ITIS - G.GALILEI TESEO 19 IL CIRCUITO SOLARE ITIS - G.GALILEI TESEO 20 … alcune semplici considerazioni ... Un circuito solare termico è un circuito idraulico. E’ composto principalmente dalla tubazione (andata e ritorno), da uno o più circolatori, da una o più valvole manuali e/o motorizzate, dai collettori termici, dalle “sonde” di temperatura (PT100), dalla centralina solare, dal vaso di espansione, dall’accumulo o bollitore, da strumenti di misura di temperatura e pressione (di solito la temperatura è misurata e visualizzata dalla centralina solare), dal disaeratore e dalla valvola di sicurezza. ITIS - G.GALILEI TESEO 21 Tubazione (es. in rame coibentato o isolato) PT100 Circolatore Valvola motorizzata Valvola Disaeratore manuale ITIS - G.GALILEI TESEO 22 Collettore Centralina termico solare Misuratori di P e T Bollitore Vaso di espansione Valvola di sicurezza ITIS - G.GALILEI TESEO 23 Tutti i componenti opportunamente assemblati costituiscono il circuito solare che può essere utilizzato per la produzione di ACS oppure per la produzione di ACS e integrazione al RISCALDAMENTO Ad oggi gli impianti solari termici più frequenti sono quelli per la produzione di ACS. Più rari sono quelli per la produzione di ACS con integrazione al RISCALDAMENTO. Normalmente l’integrazione al riscaldamento avviene attraverso l’impiego di ITIS - G.GALILEI biomasse. TESEO 24 Ciascun componente ha un comportamento specifico e contribuisce insieme agli altri alla realizzazione dell’impianto. Vediamo singolarmente ogni componente la funzione che svolge. ITIS - G.GALILEI TESEO 25 Tubazione e circolatore ITIS - G.GALILEI TESEO 26 La tubazione è attraversata dal fluido termovettore, di solito acqua + un anticongelante (glicole) con perdite di carico lungo il percorso. La perdita di carico rappresenta l'energia necessaria al fluido per spostarsi con una data portata (o velocità) tra due sezioni di un circuito idraulico, vincendo l'attrito. Il concetto di perdita di carico è intuitivo: applicando una certa pressione ad un fluido che fuoriesce da un tubo, la portata sarà maggiore in un tubo di grande diametro rispetto a quella di un diametro più piccolo. Sarà maggiore in un tubo liscio rispetto ad un tubo rugoso e così via. Tra due sezioni di un dato circuito idraulico, tanto maggiore è la portata del fluido trasportato tanto maggiore sarà la perdita di carico. . ITIS - G.GALILEI TESEO Tubo Cu 28X1,5 portata 2000 l/h perdita di carico 50mm/m 27 ITIS - G.GALILEI TESEO TABELLA CONVERSIONE PRESSIONE 28 Supponendo la lunghezza della tubazione pari a 20 m le perdite di carico complessive sono intorno al metro (0,1 bar) ITIS - G.GALILEI TESEO 29 Caratteristica del circolatore (fornita dal costruttore) Curva del circolatore Curve del circuito Tubo Cu 28X1,5 portata 2000 l/h ovvero 2mc/h e perdita di carico intorno al metro : la caratteristica della pompa “Star-RS” si avvicina ma non verifica la condizione ottimale della portata (la portata effettiva è minore) ITIS - G.GALILEI TESEO 30 Una riduzione di portata significa un minor trasferimento di energia termica Infatti per un dimensionamento di massima delle tubazioni (metodo pratico da tutti utilizzato) si usa la relazione P ⋅ν c ⋅ ∆T dove ∆T = salto termico fra andata e ritorno °C q = portata l/s P = potenza termica (kW) q= c = calore specifico dell' acqua da porre uguale a 4,187 kJ kg ⋅ K dm 3 ν = volume specifico dell' acqua kg Inoltre la velocità massima dell’acqua consigliata per diametri inferiori a 100 mm è di 1 m/s con una perdita di carico non superiore a 200 Pa per metro (20 mm c.a.) ITIS - G.GALILEI TESEO 31 ESEMPIO Un impianto solare termico produce nelle giornate serene 10 kW termici. Dimensionare la tubazione lunga 30 in grado di trasferire tutta la potenza prodotta. Scegliere inoltre il circolatore in modo da produrre una differenza di temperatura tra mandata e ritorno compresa tra 8°C e 16°C. SOLUZIONE Supponendo di scegliere ∆T = 10°C e il volume specifico dell’acqua uguale ad uno si ha P 10 l l m3 q= ⋅ν = ≅ 0,2 ≅ 860 = 0,86 c ⋅ ∆T 4,187 ⋅10 s h h Dalla tabella, mantenendo la perdita di carico sotto 20 mm/m, scelgo la tubazione D. 28 mm. Le perdite di carico complessive sono attorno ai 360 mm. ITIS - G.GALILEI TESEO 32 Note le perdite di carico e la portata resta da scegliere la pompa. I produttori mettono a disposizione su rete i diagrammi, o meglio i programmi con semplici interfacce utente, per la scelta del prodotto. http://www.salmson.it/ http://www.wilo.it/ ITIS - G.GALILEI TESEO I collettori solari ITIS - G.GALILEI TESEO ITIS - G.GALILEI TESEO 35 Esempio di curve caratteristiche di un collettore solare in relazione all’irraggiamento ITIS - G.GALILEI TESEO Il disaeratore ITIS - G.GALILEI TESEO L’aria presente negli impianti solari ad acqua può avere diverse origini: (1) può essere derivata dall’aria sciolta nell’acqua fredda di riempimento o di reintegro, oppure (2) può essere aria non espulsa in fase di riempimento dell’impianto (3) può essere anche aria entrata durante il funzionamento dell’impianto. I danni che possono essere provocati dalle bolle d’aria negli impianti di riscaldamento ad acqua sono: • parziali blocchi della circolazione, • rumorosità delle elettropompe (circolatori), • ridotta resa termica • fenomeni corrosivi e danni meccanici ITIS - G.GALILEI TESEO Strutturalmente i dispositivi per eliminare le microbolle sono costituiti da due parti: quella attiva e quella passiva. La parte attiva è quella in cui si formano le microbolle. È costituita essenzialmente da superfici metalliche configurate in modo da creare nell’acqua una forte turbolenza (cioè forti variazioni di velocità e forti depressioni “in loco”) al fine di far sviluppare microbolle. La parte passiva è invece quella che provvede all’eliminazione dell’aria. Essa consente alle microbolle di fondersi fra loro e trasformarsi così in bolle. Una valvola automatica di sfiato provvede poi alla loro eliminazione. ITIS - G.GALILEI La funzione di un disaeratore di microbolle è quella di disaerare l’acqua che lo attraversa in modo continuo. E’ in tal modo possibile mantenere in circolazione acqua molto povera d’aria. TESEO PT 100 ITIS - G.GALILEI TESEO La PT100 è una termoresistenza (RTD) sensibile alla temperatura, la cui resistenza aumenta all’aumentare della temperatura a cui è sottoposta La particolarità della PT100 è il suo valore di resistenza pari a 100 Ω a 0°C La resistenza è una proprietà elettrica del dispositivo e può essere misurata solo in maniera indiretta, eccitando il dispositivo con una corrente di valore costante (generatore di corrente) e misurando la tensione ai suoi capi (legge di ohm) Tuttavia le letture indirette possono essere particolarmente sensibili agli errori ITIS - G.GALILEI TESEO PT100 a due fili I fili di collegamento hanno una resistenza propria e la differenza di potenziale Vs rilevata risente inevitabilmente della caduta che aumenta al crescere della lunghezza dei conduttori ITIS - G.GALILEI TESEO 42 PT100 a tre fili La configurazione a 3 fili consente, entro certi limiti, di trascurare RL1 ed RL3 presenti nei rami opposti del ponte, mentre RL2 in serie al generatore di corrente non ha alcun effetto sulla misura di Vs (all’equilibrio Vs=0) La misura della temperatura a 3 fili è più precisa di quella a 2 fili ITIS - G.GALILEI TESEO 43 PT100 a quattro fili La configurazione a 4 fili RL3 ed RL4 producono cadute trascurabili mentre RL1 ed RL2 sono ininfluenti perché sul circuito amperometrico del generatore di corrente. La misura della temperatura a 4 fili è più precisa di quella a 3 fili ed è anche, nel suo complesso, la più costosa ITIS - G.GALILEI TESEO 44 Vaso di espansione ITIS - G.GALILEI TESEO 45 Il vaso di espansione ha la funzione di consentire all’acqua, fluido incomprimibile, di espandersi o di contrarsi. Perché ciò sia possibile è necessario che il fluido sia a contatto con un gas che possa compensare le dilatazioni e le contrazioni del fluido stesso Negli impianti solari si utilizzano vasi di espansione chiusi con diaframma I vasi di espansione sono disponibili nelle dimensioni standard da 10, 12, 18, 25, 35, e 50 litri ITIS - G.GALILEI TESEO Il volume VV del vaso di espansione si calcola con la formula VV = VW 46 [(v 2 /v1 ) − 1] − 3α∆T 1 - (Pi /Pf ) dove VW = volume dell' acqua contenuta nell' impianto (L) v1 = volume specifico acqua alla temperatura più bassa (m 3 /kg) v 2 = volume specifico acqua alla temperatura più alta (m 3 /kg) α = coeff. di dilatazione lineare; per il rame α = 1,65 ⋅10-5 (1/K) Pi = pressione assoluta iniziale alla più bassa temperatura t1 (bar) Pf = pressione assoluta in esercizio alla più alta temperatura t 2 (bar) ∆T = T2 - T1 (°C) La formula empirica normalmente utilizzata nella pratica per il dimensionamento del vaso di espansione è VV = (8,5% ÷ 10%)VW ITIS - G.GALILEI TESEO 47 I vasi di espansione comuni sono progettati per funzionare a temperature massime di 120°C (le membrane a temperature massime di 70°C), pertanto occorre evitare che si verifichi un’infiltrazione di liquido eccessivamente caldo o di vapore. Il vaso di espansione dovrebbe essere installato a monte della pompa, evitando di collocarlo dietro per via delle condizioni di pressione sfavorevoli. Può essere vantaggioso posizionare il vaso con il lato liquido rivolto verso l’alto e la cisterna del gas verso il basso. Così facendo, grazie alla stratificazione termica naturale del liquido, si limita lo stress termico a carico della membrana, evitando anche che questa possa essere raggiunta da bolle di vapore ITIS - G.GALILEI TESEO 48 Bollitore ITIS - G.GALILEI TESEO 49 I serbatoi di accumulo o bollitori, sono la “pila di calore” che separa il circuito primario (collettore-accumulatore) da quello secondario (accumulatore-utenza) . Poiché i periodi di captazione dell’energia non coincidono di solito con quelli di consumo, l’accumulo di calore è indispensabile praticamente in tutti gli impianti termici salvo pochissimi casi ITIS - G.GALILEI TESEO 50 Sostanzialmente i bollitori si dividono in : • Bollitori a serpentina • Bollitori tank in tank o bollitori a camicia In ogni caso è preferibile utilizzare bollitori a stratificazione ITIS - G.GALILEI TESEO 51 Esempio di BOLLITORE A DOPPIA SERPENTINA ITIS - G.GALILEI TESEO 52 Per stimare l’energia accumulata i n un bollitore si usa la formula Q = m ⋅ c ⋅ ∆T dove Q = quantità di calore accumulabile (kcal) m = massa dell' acqua accumulata (kg) c = calore specifico acqua (1 kcal/kg °C) ∆T = differenza di temperatura tra l' acqua in ingresso e quello in uscita dal serbatoio (°C) ITIS - G.GALILEI TESEO 53 Esempio Bollitore a stratificazione con temperature stratificate (media 35°C) e accumulo con temperatura unica (35°C) Acqua calda 60°C 100 litri 30°C 100 litri Acqua calda Q = 100 ⋅ (60 − 15) = 4500 kcal Q = 100 ⋅ (30 − 15) = 1500 kcal 35°C Q = 300 ⋅ (35 − 15) = 6000 kcal 300 litri 15°C Q = 100 ⋅ (15 − 15) = 0 kcal 100 litri Acqua fredda 15°C Acqua fredda 15°C ITIS - G.GALILEI TESEO 54 Alcuni CIRCUITI SOLARI per la produzione di ACS ITIS - G.GALILEI TESEO 55 Impianto a circolazione naturale (fonte quaderni Caleffi) Nel caso di impianti a circolazione naturale non serve una specifica regolazione del circuito solare. La circolazione, infatti, si attiva da sola quando la temperatura del fluido contenuto nei pannelli supera quella dell’acqua contenuta nel bollitore. ITIS - G.GALILEI TESEO 56 Impianto a circolazione forzata (fonte quaderni Caleffi) Nel caso di impianti a circolazione forzata per attivare lo scambio di calore fra i pannelli e il serbatoio d’accumulo servono appositi sistemi di regolazione, che possono essere del tipo con: — semplici termostati, — termoregolatori differenziali, — termoregolatori differenziale e valvole a tre vie modulante di by-pass, ITIS - G.GALILEI TESEO Impianto a circolazione naturale con caldaia modulante (fonte quaderni Caleffi) ITIS - G.GALILEI 57 TESEO Impianto a circolazione forzata con caldaia e bollitore doppio serpentino 58 (fonte quaderni Caleffi) ITIS - G.GALILEI TESEO 59 (Metodo tratto da “Solaretermico” edizioni Ises Italia) Elementi di dimensionamento e progettazione ITIS - G.GALILEI TESEO 60 ITIS - G.GALILEI TESEO 61 ITIS - G.GALILEI TESEO 62 ITIS - G.GALILEI TESEO 63 ITIS - G.GALILEI TESEO 64 ITIS - G.GALILEI TESEO 65 ITIS - G.GALILEI TESEO 66 ITIS - G.GALILEI TESEO 67 ITIS - G.GALILEI TESEO 68 ITIS - G.GALILEI TESEO 69 Fattore Solare compreso tra 60% e 70% ITIS - G.GALILEI TESEO 70 ITIS - G.GALILEI TESEO 71 ITIS - G.GALILEI TESEO 72 ITIS - G.GALILEI TESEO 73 ITIS - G.GALILEI TESEO 74 ITIS - G.GALILEI TESEO Impianto solare ACS per 4 persone ITIS - G.GALILEI 75 TESEO 76 ITIS - G.GALILEI TESEO 77 ITIS - G.GALILEI TESEO 78 ITIS - G.GALILEI TESEO 79 ITIS - G.GALILEI TESEO 80 ITIS - G.GALILEI TESEO 81 ITIS - G.GALILEI TESEO 82 Esempio di perdite di carico di tubazioni in rame Esempio di perdite di carico di collettori solari ITIS - G.GALILEI TESEO DIMENSIONAMENTO DEL VASO DI ESPANSIONE 83 Vu = (∆VFL + VC ) ⋅1,1 con Vu = volumeutile del vaso di espansione in litri ∆VFL = (e ⋅ VFL ) con e = 0,07 coeff. dilataz. H 2 O + glicole VFL = contenuto di fluido nel circuito solare in litri VC = contenuto del fluido nei collettori solari in litri VOLUME NOMINALE VASO ESPANSIONE Vn = Vu ⋅ ( pF + 1) /( p F − p I ) con p F = pressione finale in bar (press. apertura valv. sicur. - 0,5 bar) p I = pressione iniziale di riempimento in bar (Pstatica + 0,5 bar) ITIS - G.GALILEI TESEO 84 Brevi riflessioni sui consumi energetici ITIS - G.GALILEI TESEO 85 • Tratto dal libro: Maurizio Pallante, Un futuro senza luce?, Editori Riuniti, Roma, marzo 2004 • «Quanto consuma la tua casa?». «Ma che domanda mi fai? Non è mica un’automobile!». «Se lo fosse consumerebbe sicuramente di meno». «Non capisco cosa stai dicendo». «Voglio dire che per riscaldare un giorno un appartamento di 130 metri quadrati occorre tanta energia quanta ne occorre a un’automobile di media cilindrata per percorrere il tragitto tra Genova e Roma». «Non lo immaginavo nemmeno». «Non sei il solo. E forse non sai nemmeno che il riscaldamento del patrimonio edilizio italiano consuma più di tutto il sistema dei trasporti». ITIS - G.GALILEI TESEO RIPARTIZIONE DEI CONSUMI NELLE ABITAZIONI IN ITALIA (Dati ENEA) 86 Illuminazione e cucina 20% Acqua calda sanitaria 12% Riscaldam. 68% CONSUMI DI ENERGIA IN ITALIA ITIS - G.GALILEI TESEO 87 ITIS - G.GALILEI TESEO 88 Solare Termico ITIS - G.GALILEI TESEO 89 IL SOLE E LA SUA OFFERTA DI ENERGIA Il sole è costituito da una grande massa incandescente con volume 1.300.000 volte superiore a quello della terra e con temperature che possono raggiungere i 16.000.000°C. La superficie di tale massa emette, in modo pressoché costante, radiazioni elettromagnetiche la cui potenza è pari a circa 400.000 miliardi di miliardi di kW Sul sole avvengono continue fusioni nucleari che trasformano quattro nuclei di idrogeno (il costituente principale del sole) in un nucleo di elio. La massa di quest’ultimo è inferiore a quella data dalla somma dei nuclei di idrogeno e la differenza è trasformata in energia. ITIS - G.GALILEI TESEO Valori della radiazione solare 90 Prima di entrare nell’atmosfera terrestre, la radiazione solare ha una potenza (valutata rispetto ad una superficie ad essa perpendicolare) di circa 1350 W/mq. Sulla terra, invece, la sua potenza è sensibilmente inferiore in quanto l’atmosfera agisce da filtro nei confronti dei raggi solari. I normali valori sono circa 1.000 W/mq con cielo sereno, 100÷150 W/mq con cielo coperto. ITIS - G.GALILEI TESEO 91 …. sulla potenza e sull’energia …… Nel SI (Sistema Internazionale) - l’unità di misura della potenza è il watt [W] - l’unità di misura dell’energia è il joule [J] = [W] [s] Esempio: una lampadina che ha una potenza di 60W accesa per un’ora consuma (assorbe) una energia di 60 Wh ovvero 60 x 3600 = 216000 Ws ovvero 216000 J (0,216 MJ) . ITIS - G.GALILEI TESEO 92 Il flusso termico emesso dalla lampadina è misurato in watt e la relativa quantità di calore in joule A volte, per ragioni storiche, la quantità di calore è espressa in chilo-calorie (kcal) e il flusso termico in chilo-calorie all’ora (kcal/h) Basta ricordare che una chilocaloria (kcal) equivale a 4186,8 joule e che il flusso di una chilocaloria all’ora (kcal/h) equivale a 4186,8:3600 joule al secondo, ossia a 1,163 watt ITIS - G.GALILEI TESEO 93 ESEMPIO L’abitazione di figura consuma 1650 kcal procapite di acqua calda sanitaria (ACS) al giorno. Calcolare il consumo complessivo di ACS per 4 persone con riferimento al SI L’energia complessivamente consumata per la produzione di ACS al giorno è Q = 4 x 1650 x 4186,8 = 27632880 J oppure 27632880/3600 = 7,67 kWh … ECCO PERCHE’ HANNO DECISO DI MONTARE I COLLETTORI SOLARI !!! ITIS - G.GALILEI TESEO Tabella di conversione Potenza ed Energia ITIS - G.GALILEI 94 TESEO 95 La radiazione solare può essere trasformata in energia termica in diversi modi. Tra quelli più importanti ricordiamo: Solare termodinamico a concentrazione ad alte temperature ITIS - G.GALILEI TESEO 96 Solare termico a concentrazione a basse temperature ITIS - G.GALILEI TESEO 97 Solare termico a circolazione forzata a fluido liquido con collettori a tubi evacuati (sottovuoto) ITIS - G.GALILEI TESEO 98 Solare termico con collettori piani a fluido liquido con protezione (circolazione naturale e forzata) ITIS - G.GALILEI TESEO 99 Solare termico a circolazione forzata con collettori a fluido liquido senza protezione ITIS - G.GALILEI TESEO 100 Solare termico con collettori solari ad aria ITIS - G.GALILEI TESEO 101 Solare termico passivo (parete ad accumulo termico, camino solare, serre ecc.) ITIS - G.GALILEI TESEO Collettori solari termici: tipologie di maggior utilizzo ITIS - G.GALILEI 102 TESEO 103 ITIS - G.GALILEI TESEO 104 ITIS - G.GALILEI TESEO 105 IL CIRCUITO SOLARE ITIS - G.GALILEI TESEO 106 … alcune semplici considerazioni ... Un circuito solare termico è un circuito idraulico. E’ composto principalmente dalla tubazione (andata e ritorno), da uno o più circolatori, da una o più valvole manuali e/o motorizzate, dai collettori termici, dalle “sonde” di temperatura (PT100), dalla centralina solare, dal vaso di espansione, dall’accumulo o bollitore, da strumenti di misura di temperatura e pressione (di solito la temperatura è misurata e visualizzata dalla centralina solare), dal disaeratore e dalla valvola di sicurezza. ITIS - G.GALILEI TESEO 107 Tubazione (es. in rame coibentato o isolato) PT100 Circolatore Valvola motorizzata Valvola Disaeratore manuale ITIS - G.GALILEI TESEO 108 Collettore Centralina termico solare Misuratori di P e T Bollitore Vaso di espansione Valvola di sicurezza ITIS - G.GALILEI TESEO Tutti i componenti opportunamente assemblati costituiscono il circuito solare 109 che può essere utilizzato per la produzione di ACS oppure per la produzione di ACS e integrazione al RISCALDAMENTO Ad oggi gli impianti solari termici più frequenti sono quelli per la produzione di ACS. Più rari sono quelli per la produzione di ACS con integrazione al RISCALDAMENTO. Normalmente l’integrazione al riscaldamento avviene attraverso l’impiego di biomasse. ITIS - G.GALILEI TESEO 110 Ciascun componente ha un comportamento specifico e contribuisce insieme agli altri alla realizzazione dell’impianto. Vediamo singolarmente ogni componente la funzione che svolge. ITIS - G.GALILEI TESEO 111 Tubazione ITIS - G.GALILEI TESEO 112 La tubazione è attraversata dal fluido termovettore, di solito acqua + un anticongelante (glicole) con perdite di carico lungo il percorso. La perdita di carico rappresenta l'energia necessaria al fluido per spostarsi con una data portata (o velocità) tra due sezioni di un circuito idraulico, vincendo l'attrito. Il concetto di perdita di carico è intuitivo: applicando una certa pressione ad un fluido che fuoriesce da un tubo, la portata sarà maggiore in un tubo di grande diametro rispetto a quella di un diametro più piccolo. Sarà maggiore in un tubo liscio rispetto ad un tubo rugoso e così via. Tra due sezioni di un dato circuito idraulico, tanto maggiore è la portata del fluido trasportato tanto maggiore sarà la perdita di carico. . ITIS - G.GALILEI TESEO Tubo Cu 28X1,5 portata 2000 l/h per ta di carico 50mm/m 113 ITIS - G.GALILEI TESEO TABELLA CONVERSIONE PRESSIONE 114 Supponendo la lunghezza della tubazione pari a 20 m le perdite di carico complessive sono intorno al metro (0,1 bar) ITIS - G.GALILEI TESEO 115 Caratteristica della pompa (fornita dal costruttore) Curva della pompa Curve del circuito Tubo Cu 28X1,5 portata 2000 l/h ovvero 2mc/h e perdita di carico intorno al metro : la caratteristica della pompa “Star-RS” si avvicina ma non verifica la condizione ottimale della portata (la portata effettiva è minore) ITIS - G.GALILEI TESEO 116 Una riduzione di portata significa un minor trasferimento di energia termica Infatti per un dimensionamento di massima delle tubazioni (metodo pratico da tutti utilizzato) si usa la relazione P ⋅ν c ⋅ ∆t dove ∆t = salto termico fra andata e ritorno °C q = portata l/s P = potenza termica (kW) q= c = calore specifico dell' acqua da porre uguale a 4,187 kJ kg ⋅ K dm 3 ν = volume specifico dell' acqua kg Inoltre la velocità massima dell’acqua consigliata per diametri inferiori a 100 mm è di 1 m/s con una perdita di carico non superiore a 200 Pa per metro (20 mm c.a.) ITIS - G.GALILEI TESEO 117 ESEMPIO Un impianto solare termico produce nelle giornate serene 10 kW termici. Dimensionare la tubazione lunga 30 in grado di trasferire tutta la potenza prodotta. Scegliere inoltre il circolatore in modo da produrre una differenza di temperatura tra mandata e ritorno compresa tra 8°C e 16°C. SOLUZIONE Supponendo di scegliere ∆t = 10°C e il volume specifico dell’acqua uguale ad uno si ha P 10 l l m3 q= ⋅ν = ≅ 0,2 ≅ 860 = 0,86 c ⋅ ∆t 4,187 ⋅10 s h h Dalla tabella, mantenendo la perdita di carico sotto 20 mm/m, scelgo la tubazione D. 28 mm. Le perdite di carico complessive sono attorno ai 360 mm ITIS - G.GALILEI TESEO 118 Note le perdite di carico e la portata resta da scegliere la pompa. I produttori mettono a disposizione su rete i diagrammi, o meglio i programmi con semplici interfacce utente, per la scelta del prodotto. http://www.salmson.it/ http://www.wilo.it/ ITIS - G.GALILEI TESEO 119 I CIRCUITI SOLARI per la produzione di ACS ITIS - G.GALILEI TESEO 120 Impianto a circolazione naturale Nel caso di impianti a circolazione naturale non serve una specifica regolazione del circuito solare. La circolazione, infatti, si attiva da sola quando la temperatura del fluido contenuto nei pannelli supera quella dell’acqua contenuta nel bollitore. ITIS - G.GALILEI TESEO 121 Impianto a circolazione forzata Nel caso di impianti a circolazione forzata per attivare lo scambio di calore fra i pannelli e il serbatoio d’accumulo servono appositi sistemi di regolazione, che possono essere del tipo con: — semplici termostati, — termoregolatori differenziali, — termoregolatori differenziale e valvole a tre vie modulante di by-pass, ITIS - G.GALILEI TESEO