IL COLLETTORE: lla
a piastra captante
Deve garantire:
• un elevato coefficiente di assorbimento (α)
della radiazione solare incidente
• una bassa emissività
• ε = radiazione emessa / radiazione assorbita
Costituita da una lastra metallica di buona conducibilità
termica (rame o alluminio), trattata superficialmente con
vernici, a contatto con la tubazione (rame) in cui scorre il
fluido vettore.
Il trattamento superficiale incrementa la capacità
assorbente e diminuisce l’emissività termica.
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IL COLLETTORE: lla
a copertura in vetro
Deve garantire una elevata trasmittanza (τ) verso l’interno
del collettore e limitare le dispersioni verso l’esterno.
Generalmente è una lastra di vetro a bassa percentuale
di ferro, temprata e di spessore 4-6 mm , posta a non più di
2-4 cm dalla piastra assorbente.
Altri materiali quali plastiche e vetroresina hanno lo
svantaggio di alterare le loro proprietà a seguito
dell’esposizione agli agenti atmosferici.
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IL COLLETTORE: lla
a piastra captante
Per lo scorrimento del liquido all’interno della piastra sono
possibili diverse configurazioni
Piastra tubo
Serpentino
Roll-bond
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A letto fluido
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IL COLLETTORE: struttura
L’isolante
Serve a ridurre le dispersioni di calore verso l’esterno del
collettore. I materiali impiegati sono fibre minerali (lana di
roccia) oppure lastre di poliuretano espanso.
NB: in caso di stagnazione il collettore può raggiungere
temperature di 150-200 °C e pertanto i materiali impiegati devono
poter supportare tali temperature.
Struttura di contenimento
Deve garantire rigidità meccanica e resistenza agli agenti
atmosferici.
I materiali impiegati sono:
• Alluminio: leggero ma costoso
• Acciaio: affidabile ma pesante
• Plastica: raramente usata
• Legno: facilmente lavorabile (usato per autoassemblaggi)
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’efficienza del collettore
IL COLLETTORE: ll’efficienza
• Qu = Qa-Qp
• η = Qu/ Iβ
Qu potenza utile, funzione della superficie
captante del collettore, del DT e delle proprietà
del collettore (trasmissione, emissività,
assorbimento, dispersione)
Qa potenza assorbita
Radiazione incidente
Qp potenza dissipata (perdite)
La retta di efficienza
Energia riflessa
Energia dispersa
Energia utile
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Certificazione del
pannello:
Condizioni standard
con radiazione
incidente di
800 W/m2 30
IL COLLETTORE: connessioni
I collettori formano delle schiere in cui il fluido deve essere fatto circolare in
modo equilibrato così da garantire portate simili nei collettori (e conseguenti
temperature)
Si possono avere connessioni in serie e parallelo.
La disposizione dipende dalle temperature da raggiungere e dalla
dimensione dell’impianto.
PARALLELO
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IL COLLETTORE: connessioni
Schiera
SERIE
Fila
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IL COLLETTORE: connessioni
Osservazioni:
• Con la connessione in parallelo ciascun pannello fornisce il
medesimo salto di temperatura. Si può avere la connessione in
parallelo di più schiere o più file di collettori.
Se i collettori collegati in parallelo sono numerosi le perdite di carico possono
compromettere la bontà della trasmissione (suddivido il fluido tra vari
percorsi).
Conviene passare ad un collegamento di tipo misto, serie–parallelo, che
consente una maggiore uniformità di portata.
Nel caso della serie-parallelo il funzionamento secondo la retta di efficienza
vale solo per la prima schiera di collettori in parallelo. La seconda schiera
infatti avrà in ingresso fluido già in parte riscaldato per cui la capacità
riscaldante della seconda schiera sarà inferiore, e così di seguito.
• Nel collegamento in serie posso incrementare la temperatura del
fluido: aumento i passaggi con effetto scaldante. Tuttavia le perdite
di carico possono essere rilevanti (si sommano ad ogni passaggio).
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COLLETTORI: sottovuoto
Collettori a tubi evacuati
Costituiti da una serie di tubi di
vetro sottovuoto in cui è
inserita la piastra captante
VANTAGGI
Maggiore efficienza
Elevata efficienza anche
con basso irraggiamento
(invernale)
SVANTAGGI
Costi elevati
Inclinazione minima di 25°
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COLLETTORI: ad aria
Esempio di specifiche di collettore
solare ad aria
Rizzi Solar Energy Engeneering
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COLLETTORI: solari non vetrati
• Sono costituiti da materiale sintetico
• Sono resistenti agli agenti atmosferici, poiché non protetti dalla
superficie vetrata
• vengono attraversati direttamente dall’acqua calda sanitaria
da riscaldare per cui sono privi dell’isolamento
• Il loro funzionamento è condizionato dalla temperatura
ambiente (almeno 20°C), tuttavia hanno un buon rendimento
• Sono impiegati per riscaldare piscine, per l’acs di stabilimenti
balneari
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IL SERBATOIO D’ACCUMULO:
Accumulare l’energia solare
La fonte solare è discontinua, sia nell’arco del giorno (24 ore), sia
durante i mesi dell’anno.
L’andamento dei consumi d’acqua calda è indipendente dalla
energia irradiata dal sole.
È pertanto necessario prevedere un serbatoio per mantenere
l’acqua riscaldata.
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I SERBATOI D
’ACCUMULO: tipologie
D’ACCUMULO:
Gli accumulatori si distinguono in :
-Bollitori (se conglobano scambiatori)
-Serbatoi d’accumulo
Diverse configurazioni legate allo schema di funzionamento
dell’impianto :
-serbatoio senza scambiatori,
- orizzontale o verticale,
-con uno scambiatore, con due scambiatori
-…
•Forma cilindrica;
•Sono verticali;
•Rapporto altezza/diametro=2,5
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I SERBATOI: funzionamento
Acqua
calda
sanitaria
Acqua
da rete
Il fluido vettore trasferisce il suo calore ad un secondo fluido contenuto
in un serbatorio di accumulo (2 circuiti).
Il fluido vettore una volta raffreddato ritorna attraverso il circuito di
ritorna al il collettore, mentre nel serbatoio l’acqua più calda si sposta
verso l’alto.
L’acqua del serbatoio stratifica in funzione della temperatura per la
diversa densità
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I SERBATOI: funzionamento
•Il prelievo per l’uso avviene
nella parte alta.
•L’ingresso dell’acqua di rete
non deve generare turbolenze
Acqua
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Se la temperatura è inferiore a quella
prevista (in alternativa):
•L’acqua passa attraverso la caldaia,
•La caldaia riscalda il serbatoio
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I SERBATOIO : scelta
• La scelta del volume dipende dalla superficie dei collettori (dai
50 ai 100 l per m2);
• Serbatoi molto grandi contengono molta energia ma
comportano maggiori dispersioni e maggior ricorso all’impianto
ausiliario;
• Il serbatoio deve essere ben isolato per minimizzare le dispersioni
(10-15 cm di isolante – dispersioni inferiori a 2W/°C)
• Problema delle incrostazioni calcaree: mantenera la
temperatura del serbatorio intorno ai 60°C
• Operano a pressioni di circa 4 – 6 bar
• Particolarità: serbatoio “tank in tank”
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I SERBATOI: gli scambiatori di calore
Possono essere:
1. Interni all’accumulo
• A tubi alettati o a tubi semplici
2. Esterni all’accumulo
• A piastre o tubolari
Molto compatti se a piastra e con ottime capacità
Posso usare lo stesso scambiatore per più accumuli
Sono costosi e necessitano di una pompa sul secondario
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IL REGOLATORE
Regola
il
dell’impianto :
funzionamento
- può regolare la pompa solare in
funzione dei valori di temperatura
misurati da appositi sensori sparsi sul
circuito solare
- può aprire o chiudere alcuni dei
circuiti idraulici presenti
-consente di interfacciarsi con la
caldaia esistente
- contabilizza il calore del sistema solare
Sensori di temperatura e pressione
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ALTRE COMPONENTI DEL CIRCUITO SOLARE
Tubazioni
In rame, acciaio o materiale plastico;
opportunamente isolate
Adatte a resistere alle temperature del
circuito
Pompa solare (circolatore)
Velocità impostabile
Dimensionate rispetto all’impianto in
modo da produrre differenze di
temperatura su andata e ritorno di 1012 °C
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ALTRE COMPONENTI DEL CIRCUITO SOLARE
Il vaso di espansione
Consente la dilatazione termica del fluido
vettore del circuito dovuta all’incremento di
temperatura
•Aperto
•Chiuso o a membrana
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ALTRE COMPONENTI DEL CIRCUITO SOLARE
Valvola di sicurezza
Per vitare sovratensioni nel circuito collettore-scambiatore
(circuito indiretto). Provoca lo scarico di una data quantità
di fluido termovettore qualora si raggiunga il limite di
pressione.
Valvola di non ritorno / ritegno
Evita che si abbia un’inversione della
circolazione del fluido caldo, a discapito
dell’accumulo
Valvola di sfiato dell’aria
Posta nel punto più alto del circuito
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DIMENSIONAMENTO
DIMENSIONAMENTO:: PRINCIPI
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)
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DIMENSIONAMENTO: 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
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DIMENSIONAMENTO:
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);
Tu, temperatura di utilizzo, pari a 45°C;
Ta, temperatura acqua dell'acquedotto (°C).
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DIMENSIONAMENTI DI MASSIMA
Fonte ENEL
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DIMENSIONAMENTI DI MASSIMA
Fonte ENEL
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BENEFICI OTTENIBILI
Progetto Res & Rue Dissemination • Dossier Solare termico
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Costi …
Fonte ENEL
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ESEMPI
Acqua calda sanitaria per 4 persone
Costo investimento: 4.000€
Risparmio in bolletta termica: 350 €/anno (valore medio)
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
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Per un impianto con le seguenti caratteristiche :
Inclinazione pannelli = 45°
Orientamento = sud
Energia incidente = 1487 kWh/mq/anno
Efficienza media = 50%
Energia risparmiata = 743 kWh/mq/anno
ENERGIA PRIMARIA RISPARMIATA
EMISSIONI DI CO2 EVITATE
ALBERI EQUIVALENTI
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1905 kWh/mq anno
67 ÷ 82 mc/mq anno
380 kg CO2/mq anno
128 ÷ 157 kg CO2/mq anno
49 alberi/mq anno
16 ÷ 20 alberi/mq anno
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Consumo di energia primaria per diversi
sistemi di produzione di energia termica
Fonte: ISES Italia
Valori medi per una famiglia di 4 persone.
Uso dello scaldabagno elettrico: doppia conversione energetica
Caldaia a metano: combustione diretta del combustibile
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Benefici ambientali
Fonte ISES Italia
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SOLARE TERMICO
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DAL SOLE
DAL LETAME
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DAL SOLE
DAL LEGNO
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