CIRCOLAZIONE NATURALE
SOLARE TERMICO
Guida al
solare termico
Gli impianti del solare termico sono progettati con lo scopo di ridurre le dispersioni di calore verso l’esterno. Infatti il calore raccolto da ciascun elemento (tubo sottovuoto) viene trasferito alla
piastra generalmente in rame, presente all’interno del tubo. In tal modo il fluido termovettore si
riscalda e, proprio grazie al vuoto, si minimizza la dispersione di calore verso l’esterno. Al loro interno la pressione dell’aria è ridottissima, così da impedire la cessione del calore per conduzione
da parte dell’assorbitore. In fase di assemblaggio l’aria tra l’assorbitore ed il vetro di copertura
viene aspirata, e deve essere assicurata una tenuta perfetta e che rimanga tale nel tempo.
L’applicazione tipica della circolazione naturale è la produzione di acqua calda per uso sanitario.
Per produzione di acqua per uso sanitario si intende il soddisfacimento dei fabbisogni di acqua
calda sanitaria per:
• Privati
• Strutture sportive
• Alberghi
• Campeggi
Per questo uso il sistema a circolazione naturale è più competitivo rispetto ad altre tipologie di
impianti in quanto risulta essere più affidabile (visto che nell’impianto non ci sono elementi elettromeccanici) e meno costoso (per piccole utenze).
QUALI SONO I VANTAGGI?
• Velocità di scambio termico commisurata alla differenza di temperatura fra boyler di accumulo e pannelli.
• Nessuna circolazione inversa durante la notte.
• Autoregolazione della circolazione.
• Assenza di pompe di circolazione, centraline e sonde.
• Installazione rapida ed economica.
• Manutenzione ridotta al minimo.
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via Ferro di Cavallo, 38/40 - 66034 Lanciano (Ch) - tel. e fax 0872.709663 - [email protected]
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CIRCOLAZIONE FORZATA
Il principio di funzionamento di un impianto a circolazione forzata differisce da quello a circolazione naturale per il fatto che il fluido, contenuto nel collettore solare, scorre nel circuito chiuso per
effetto della spinta fornita da una pompa comandata da una centralina o termostato attivata, a sua
volta, da sonde poste sul collettore e nel serbatoio.
Gli elementi costitutivi di un impianto di questo tipo sono:
• collettore/i solare/i
• serbatoio di accumulo/scambiatori
• termostato differenziale o centralina
• sonde di temperatura
• pompa di circolazione
• vaso di espansione
• scambiatore di calore
• valvole
È evidente che in un impianto a circolazione forzata la progettazione non è limitata al calcolo della
sola superficie di collettori solari, ma è necessario dimensionare anche tutti i rimanenti componenti dell’impianto.
L’applicazione tipica della circolazione forzata è, oltre alla produzione di acqua calda per uso sanitario nei casi in cui la circolazione naturale non è applicabile, il riscaldamento ambiente, il mantenimento in temperatura dell’acqua di piscina, i condomini e il settore industriale.
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Calcolo semplificato del risparmio annuo di energia in fonte primaria ottenibile con
l’installazione di pannelli solari
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La presente procedura semplificata è derivata dalla metodologia adottata dall’AEEG per l’applicazione dei decreti ministeriali per l’efficienza energetica 20 luglio 2004.
Passo 1): individuazione della fascia solare
Dal punto di vista dell’irraggiamento solare, l’Italia è stata divisa, a livello provinciale, in cinque
fasce. L’utente deve per prima cosa individuare la propria fascia di appartenenza sulla scorta della
seguente tabella:
FASCIA SOLARE PROVINCE
FASCIA 1
Alessandria, Aosta, Arezzo, Asti, Belluno, Bergamo, Biella, Bolzano, Como, Cuneo, Gorizia, Lecco,
Lodi, Mantova, Milano, Novara, Padova, Pavia, Pistoia, Pordenone, Prato, Torino, Trieste, Udine, Varese, Verbania, Vercelli, Verona, Vicenza
FASCIA 2
Ancona, Aquila, Ascoli, Bologna, Brescia, Cremona, Ferrara, Firenze, Forlì, Genova, Isernia, La Spezia,
Lucca, Massa C., Modena, Parma, Perugia, Pesaro, Piacenza, Ravenna, Reggio Emilia, Rieti, Rimini,
Rovigo, Salerno, Savona, Siena, Sondrio, Teramo, Terni, Trento, Treviso, Venezia, Viterbo
FASCIA 3
Avellino, Benevento, Cagliari, Campobasso, Chieti, Foggia, Frosinone, Grosseto, Imperia, Livorno,
Macerata, Matera, Pescara, Pisa, Potenza, Roma
FASCIA 4
Bari, Brindisi, Caserta, Catanzaro, Crotone, Latina, Lecce, Messina, Napoli, Nuoro, Oristano, Reggio
Calabria, Sassari, Taranto, Vibo-Valentia
FASCIA 5
Agrigento, Caltanissetta, Catania, Cosenza, Enna, Palermo, Ragusa, Siracusa, Trapani
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Passo 2): verifica della rispondenza del rendimento del collettore al valore minimo ammissibile
Ogni collettore posto sul mercato deve essere corredato dalla propria curva di rendimento, definita da un apposito laboratorio certificato. Va verificato che il rendimento del collettore prescelto
per l’installazione rispetti i requisiti minimi di rendimento riportati nel seguente diagramma, in cui:
• in ordinata è riportato il rendimento istantaneo del collettore, così definito: η = WI · S
• in ascissa compare il parametro x, dato da: x =(ti + tu )2− ta I con:
W = potenza termica prodotta [W]
I = insolazione [W/m2]
S = superficie trasparente attraverso cui viene captata la radiazione [m2]
ti = temperatura dell’acqua all’ingresso del collettore [°C]
tu = temperatura dell’acqua all’uscita dal collettore [°C]
ta = temperatura ambiente [°C]
x = parametro caratterizzante le condizioni di funzionamento
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Passo 3): determinazione del risparmio specifico lordo per unità di superficie dei collettori
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Il risparmio specifico RSL può essere desunto dalla seguente tabella a tripla entrata, in funzione
della fascia solare, del tipo di collettore installato (se piano o sotto vuoto) e dell’impianto di produzione termica sostituito (se boiler elettrico oppure a gas o gasolio):
RSL
(kWh/anno/m2 di superficie collettori solari)
Risparmio specifico lordo per
unità di
superficie di collettori solari
(RSL)
Tipo di collettori solari
Piani
Sotto vuoto
Impianto integrato o sostituito
Impianto integrato o sostituito
Fascia Solare
Boiler elettrico
Gas, Gasolio
Boiler elettrico
Gas, Gasolio
1
1419
709
1779
884
2
1919
953
2233
1116
3
2105
1047
2430
1209
4
2651
1314
2895
1442
5
2872
1430
3128
1558
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Passo 4): calcolo del risparmio globale lordo di energia primaria
Una volta determinato il risparmio lordo specifico - per m2 di pannello solare - occorre moltiplicarlo per la superficie installata:
RL = RSL · S [kWh/anno]
Esempio di calcolo
Si voglia installare, in un’abitazione nella provincia di Firenze, un impianto a pannelli
solari piani, di 4 m2 di estensione, per la produzione di acqua calda sanitaria in
sostituzione di un boiler a gas, per un’utenza monofamiliare.
Procedura
1. Firenze appartiene alla fascia solare “2”.
2. Il risparmio annuo conseguibile è dato dal fattore RSL ricavabile dalla seconda tabella.
In corrispondenza di: “fascia solare 2”, “collettori piani”, “gas, gasolio” si ottiene il valore
di 953 kWh/anno/m2.
3. Moltiplicando il precedente valore per 4 m2, si ottiene il risparmio annuo conseguibile,
pari a: 953 · 4 = 3.812 kWh/anno.
Commenti al risultato
Il risparmio ottenuto è da intendersi come “lordo”, ossia come calore producibile dal pannello ma
non necessariamente utilizzato dall’utenza monofamiliare. Per verificare il bilancio energetico
tra la producibilità termica del collettore solare e le esigenze di acqua calda sanitaria dell’utenza,
possiamo ipotizzare:
• numero di componenti del nucleo familiare: 4
• esigenze di acqua calda per ogni componente: 60 l/giorno
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• aumento di temperatura richiesto all’acqua calda rispetto alla temperatura di
• acquedotto (supposta mediamente di 10 °C): 40 °C
• numero di giorni di richiesta di acqua calda: 330 giorni/anno
Con le precedenti assunzioni, la domanda energetica annua “E” per il servizio di acqua calda è:
E = 4 · 60 · 40 · 330/860 = 3.684 kWh/anno
essendo 860 [kcal/kWh] l’equivalente termico dell’energia elettrica. Il tutto si traduce in una copertura del fabbisogno familiare pari a: 3.812/3.684 · 100 = 103%.
Fonte: ENEA
Vantaggi ambientali
Oltre ai potenziali vantaggi economici di cui abbiamo già trattato, non bisogna omettere i sostanziali vantaggi ambientali che la diffusione di tali impianti produrrebbe.
Per quantificare tali vantaggi è possibile valutare la quantità di diossido di carbonio (CO2) emessa nell’atmosfera dai diversi modi comunemente utilizzati per produrre acqua calda (scaldabagno elettrico, caldaia a metano, pannelli solari).
Per inciso è utile ricordare che il diossido di carbonio è ritenuto una delle cause dell’eccessivo
surriscaldamento del pianeta terra.
Per produrre l’acqua calda necessaria al proprio fabbisogno, una famiglia di 4 persone con uno
scaldabagno elettrico utilizza circa 7,7 kWh elettrici al giorno. Per produrre 1 kWh con una centrale termoelettrica si emettono circa 0,7kg di CO2, uno scaldabagno è, quindi, responsabile di
circa 5,4 kg di CO2 ogni giorno.
Una caldaia a metano, invece, utilizza circa 0,9 metri cubi di combustibile al giorno per famiglia.
Poichè nella combustione di metano si producono circa 1,96kg di CO2 ogni metro cubo, l’emissione giornaliera è pari a 1.77kg di CO2.
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Con i pannelli solari non si ha nessuna emissione di CO2 né di altri inquinanti atmosferici come le
polveri, gli ossidi di azoto e ossidi di zolfo.
In ogni caso i pannelli possono essere usati anche ad integrazione della caldaia gas o dello scaldabagno con riduzioni delle emissioni del 60%.
Di seguito viene riportata una tabella riassuntiva di tre diversi sistemi usati per riscaldare l’acqua
insieme ai loro consumi e le loro emissioni di diossido di carbonio nell’atmosfera:
Dispositivo
Fonte di energia
Emissioni di CO2 (kg/anno)
Scaldabagno
Energia elettrica
2800 kWh/anno
1970
Boiler a gas
Metano
328 mc
646
Sole
-
0
Pannello solare
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