PRODUZIONE DI ACQUA CALDA
SANITARIA
CON IMPIANTI A COLLETTORE
SOLARE
Ing. Attilio Pianese
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
COSTI DI PRODUZIONE DELL’ ENRGIA ELETTRICA
FONTE: IAEA – RAPPORTO 2006
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).
Qs
F=
Qs + Qt
F = frazione solare
Qs = calore prodotto annualmente per via solare
Qt = calore prodotto per via convenzionale
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/m2
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
Ie = 0,67 KW/m2
- Energia incidente su un pannello inverno Ii = 0,32 KW/m2
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/m2
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 Ib in KW/m2)
- radiazione solare diffusa (radianza diffusa Id in KW/m2)
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/m2)
-l’irraggiamento medio giornaliero diffuso Hd in KWh/m2)
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
Hdh Hbh
Hdh
Hbh
Hdh
Hbh
Mj/m2 7,5 18,2
KWh/m2 2,08 5,06
5,3
1,47
12,3
3,42
2,6
0,72
2,8
0,78
MARZO
Hdh Hbh
5,3
1,47
8,4
2,33
ANDAMENTO DELLA RADIAZIONE SOLARE
COLLETTORI SOLARI PIANI VETRATI
TIPOLOGIE DI COLLETTORI
Collettore solare piano
Collettore a tubi sottovuoto
Circolazione forzata
Circolazione naturale
Circolazione forzata Circolazione naturale
Costo iniziale
Consumi elettrici
Rendimento
Perdite termiche
Medio/Alto
Si
Alto
Minime
Basso
No
Basso (migliore se al sud)
Medio/alte
PARAMETRI TERMOTECNICI DEI COLLETTORI
SOLARI
ag = coefficiente di assorbimento globale o apparente dell’insieme
lastra/assorbitore/vetri,
H1 = fattore globale di trasmissione del pannello tra la superficie ricevente e
l’esterno lato vetro (kcal/h m2°C)
H2 = trasmittanza della parete isolante posta tra il fluido termovettore e l’aria
esterna al di sotto del pannello (kcal/h m2°C);
I = potenza raggiante ricevuta dal sole (kcal/h m2);
H = fattore globale di perdita del collettore.
(Per definizione si pone: H = H1 + H2);
θi − θa = differenza di temperatura tra l’acqua in ingresso nel collettore e la
temperatura ambiente.
INOLTRE:
c = calore specifico del fluido termovettore (kcal/kg°C)
G = portata del fluido termovettore (kg/h)
(θu – θi) = differenza di temperatura del fluido termovettore (°C)
A = area del pannello, riferita alla superficie dell’assorbitore (m2).
Si definisce rendimento del collettore solare il seguente rapporto:
Potenza assorbita dal fluido
η =
Potenza termica incidente
c ⋅ G ⋅ (θ u − θ i )
=
I⋅A
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):
−
HA
cG
H ⋅ (θ i − θ a )⎤ 1 − e
⎡
η = ⎢ag −
⋅
⎥
HA
I
⎣
⎦
cG
(1) Si veda: Parolini – Fondamenti di Fisica Tecnica - UTET
ESEMPIO DI UN COLLETTORE COMMERCIALE
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.
SCHEMA DI IMPIANTO
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 35 – 50 °C in contatto con l’atmosfera.
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/m2
-In inverno (dicembre) H = 2,4 ÷ 2,5 KWh/m2
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).
DISCUSSIONE DI ALTRI SCHEMI
LO SCHEMA PRESENTE ED IL SUCCESSIVO SONO TRATTI DA: IDRAULICA 32. IMPIANTI SOLARI SCHEMI DI REALIZZAZIONE - CALEFFI
APPROFONDIMENTI SUI COLLETTORI
COLLETTORE A TUBO SOTTOVUOTO –
AUGUSTA AS100
SOLARPOWER - modello SOLARTRAP 10
ULTERIORI DATI - BIBLIOGRAFIA
Libri
Attilio Pianese -Impianti tecnici in edilizia –
Dario Flaccovio
Siti internet:
http://www.solarenergy.ch/
http://www.caleffi.it/
ULTERIORI ESEMPI
COLLETTORE RIELLO CP20TS
CARATTERISTICHE TECNICHE
Lunghezza totale
Larghezza totale
Peso a vuoto con vetro
Superficie dell'apertura
Fattore di conversione η0
Coefficiente di perdita a1
Coefficiente di perdita a2
K1, longitudinale (50°)
K2, trasversale (50°)
1.857
1.087
31
1.804
0.748
3.82
0.0101
0.86
0.86
m
m
kg
m²
W/(m²K)
W/(m²K²)