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Solare Termico
09 dicembre 2010
Relatore arch. Giorgio Gallo
3°°°° INCONTRO FORMATIVO
CONSIDERAZIONI INIZIALI - 1
ISOLAMENTO TERMICO
COSTO EDILIZIO INTERVENTO
FONTI RINNOVABILI
COSTO
RISPARMIO
ENERGETICO
•Le fonti rinnovabili non sono il principale strumento di
risparmio energetico ne quello più efficace dal punto
di vista costo/risparmio energetico ed economico.
• Il loro utilizzo non è quindi da effettuarsi in
sostituzione ma come integrazione rispetto
all'efficienza energetica dell'involucro e ad altri
interventi di risparmio energetico.
CONSIDERAZIONI INIZIALI - 2
In rapporto al costo di investimento medio delle
tecnologie:
•Solare termico: in un alloggio costruito prima del
2005, il fabbisogno di energia per il riscaldamento
dell'Acqua Calda Sanitaria (ACS) è inferiore a 1/5
del fabbisogno di energia per riscaldamento.
•Solare fotovoltaico: in un alloggio medio, il
consumo di energia elettrica per gli usi elettrici
obbligati (illuminazione, elettrodomestici, pompe,
etc.) è inferiore a 1/5 del fabbisogno di energia per
riscaldamento.
LA RADIAZIONE SOLARE
•Alle soglie dell’atmosfera terrestre, la potenza
radiante del sole su una superficie ortogonale ai
raggi è di 1367 W/mq; tale valore viene chiamato
costante solare.
•La radiazione solare interagendo con l’atmosfera
cambia di intensità e di “forma”: In condizioni di
cielo sereno, la radiazione solare arriva a circa
1000 W/mq sulla superficie terrestre, mentre
quando in condizioni di cielo coperto diminuisce
fino a ridursi a circa 100 W/mq.
•Per l’utilizzo dell’energia solare a scopo termico è
importante fare una valutazione appropriata della
radiazione durante l’arco di tutto l’anno.
LA RADIAZIONE SOLARE
•La somma della radiazione diretta (proveniente
direttamente dal sole) quella diffusa (che dopo
una o più deviazioni) e quella riflessa (da superfici
antistanti i collettori) che giunge sulla superficie
captante viene detta radiazione globale.
• La radiazione
globale su una
superficie dipende
essenzialmente da
due angoli: angolo
di inclinazione
(tilt) e angolo di
orientamento
(azimut).
Irraggiamento medio mensile a Aosta
E’ fondamentale quindi conoscere la natura della
domanda di energia termica e le prestazioni da
richiedere al sistema.
LA NATURA DELLA DOMANDA
•ACS: + domanda pressoché costante durante tutto
l’arco dell’anno. + Può però essere assente durante
i periodi festivi
- fabbisogno medio giornaliero è di circa 2 kWh/persona
- temperatura richiesta 40-45 °C
•Riscaldamento: + domanda stagionale nei mesi
invernali, con sfasamento tra domanda-offerta.
- temperatura min. richiesta 40-45 °C (sistemi radianti)
•Raffrescamento + domanda concentrata nei mesi
estivi, ma non si ha sfasamento tra domanda-offerta.
- temperatura min. richiesta 70-90 °C
INDIPENDENZA ENERGETICA
I sistemi solari termici, allo stato attuale delle
tecnologie disponibili in commercio, non
consentono l’indipendenza energetica dalle
fonti di energia non rinnovabile in quanto,
tranne che per alcuni impianti sperimentali, la
capacità degli accumuli non supera le poche
settimane.
VALENZE AMBIENTALI
Termico: tutta l’acqua calda solare utilizzata in
sostituzione di quella riscaldata da altre fonti non
rinnovabili ne evita il consumo corrispondente.
Ovviamente, a differenza del fotovoltaico, l’acqua
calda prodotta dall’impianto e non utilizzata, non
contribuisce a risparmiare energia e a ridurre le
emissioni di CO2.
VALENZE ECONOMICHE
Solo l’acqua calda solare utilizzata in sostituzione di
quella riscaldata da altre fonti non rinnovabili
consente di risparmiare la bolletta corrispondente.
Poiché solo l’acqua calda solare utilizzata consente
di risparmiare sulla bolletta, un impianto di
sottodimensionato sarà tendenzialmente più
redditizio di un impianto sovradimensionato.
I SISTEMI SOLARI TERMICI
ANDAMENTO DELLA DOMANDA
ACQUA CALDA SANITARIA E RISCALDAMENTO
RENDIMENTO E EFFICIENZA DEL SISTEMA
• Il rendimento di un sistema solare termico è
mediamente del 50% e può variare - tra il 30 % e
80% - a seconda delle condizioni climatiche, delle
caratteristiche dell’impianto e della tipologia di
collettore solare.
•L’efficienza del collettore rappresenta la sua
capacità di convertire la radiazione solare in energia
termica. Viene determinato attraverso dei test che
devono attenersi agli Standard EN 12975.
I SISTEMI SOLARI TERMICI AD ACQUA
•Sono sistemi di captazione dell’energia solare che
utilizza l’acqua (pura o miscelata con antigelo)
come fluido termovettore.
•Nella loro configurazione classica, i sistemi sono
composti da 2 sistemi funzionali: l’elemento
captante e il sistema di accumulo, che ha la
funzione di rendere disponibile l’energia captata
secondo le esigenze della domanda.
•E’ attualmente il gruppo di tecnologie più diffuse
per lo sfruttamento dell’energia solare,
interessando non solo il settore civile ma anche
quello terziario e produttivo.
LE TIPOLOGIE DEGLI ELEMENTI CAPTANTI
Il solare termico a bassa temperatura è
caratterizzato da tre tipologie principali di
elementi captanti:
•collettori non vetrati in materiale plastico
•collettori piani vetrati
•collettori sottovuoto
COLLETTORI PIANI VETRATI
I componenti principali dei collettori vetrati sono:
l’assorbitore, la protezione trasparente dello
stesso, l’isolante termico e il telaio che contiene il
tutto.
COLLETTORI PIANI VETRATI
La protezione trasparente può essere:
•1) vetro singolo + ottima trasparenza ma non
blocca le perdite per convezione;
•2) vetro doppio + diminuisce la trasparenza ma
aumenta la capacità di isolamento termico;
•3) materiale plastico (solitamente policarbonato
alveolare) + leggero, resistente, con minori perdite
per convezione del vetro singolo ma meno
trasparente e con ciclo di vita più breve rispetto al
vetro).
COLLETTORI SOTTOVUOTO
I tubi sottovuoto in vetro, funzionano infatti da veri e proprio “thermos”. Ognuno dei tubi contiene un proprio assorbitore (generalmente una lastra metallica) che capta l’energia solare e la trasferisce sottoforma di calore ad un fluido che scorre a contatto con la piastra. Grazie al sottovuoto, le perdite di calore sono molto basse e si possono raggiungere temperature superiori ai 100°C.
Il collettore sottovuoto si basa sul principio di creare il vuoto evitando l’aria che nell’intercapedine del collettore vetrato determina perdite per convezione.
Ha la funzione di stoccare l’acqua riscaldata per renderla disponibile al momento della necessità, compensando così la possibile differenza temporale tra la irraggiamento solare e l’utilizzo dell’ACS.
•Serbatoi con volume elevati permettono tempi di autonomia prolungati ma a parità di superficie captante, si traducono in temperature più basse dell’acqua del serbatoio.
•All’interno del serbatoio, avviene il fenomeno della stratificazione termica, per cui l’acqua a temperatura più alta, dotata di minor peso specifico, si dispone nella parte superiore, mentre quella più fredda ne occupa quella inferiore.
• Il prelievo di acqua calda è quindi posto generalmente nella parte superiore dell’accumulo, per garantire la massima temperatura per l’utenza, mentre il flusso verso il collettore avviene sempre dalla parte inferiore, più fredda.
ACCUMULO
Sistemi aperti
I sistemi aperti,
sono quelli in cui
il fluido che
circola all’interno
del collettore è la
stessa acqua
sanitaria che,
raggiunta la
temperatura
richiesta, giunge
all’utenza
CIRCOLAZIONE DEL FLUIDO - 1
Sistemi aperti
I vantaggi di tale sistema sono:
La semplicità di circuito
Maggior efficienza dovuta all’assenza di scambiatori.
I principali svantaggi di tale sistema sono:
• il pericolo di congelamento, con temperatura esterna prossima allo 0°C. In questo caso, per impedire che ciò avvenga è necessario svuotare il collettore o operare un ricircolo di acqua calda nei collettori (soluzioni ormai abbandonata).
•La deposizione di calcare, fenomeno che, superati i 55÷60 °C, cresce al crescere della temperatura, specialmente nel caso di acqua in scorrimento fino all’ostruzione completa delle tubazioni.
Sistemi chiusi
I sistemi chiusi, sono formati da due circuiti perfettamente separati, uno per il fluido termovettore(circuito primario) e l’altro per l’acqua sanitaria da riscaldare (circuito secondario ACS).
I vantaggi di tale sistema sono:
•fluido termovettore non
essendo utilizzato
direttamente dall’utenza
può essere miscelato
con antigelo;
•è così possibile
utilizzare acqua con
durezza controllata,
evitando incrostazioni.
Circolazione naturaleI sistemi a circolazione naturale, sono quelli in cui la circolazione del fluido avviene grazie all'effetto “termosifone”, senza necessità di pompe di circolazione.
CIRCOLAZIONE DEL FLUIDO - 2
Il serbatoio di accumulo si trova in posizione sopraelevata rispetto al collettore. Il fluido nel collettore, scaldandosi, riduce la sua densità e sale verso l’accumulo, facendo posto al fluido più freddo proveniente dalla parte inferiore dell’accumulo stesso; si instaura in questo modo una circolazione naturale tra i due componenti dell’impianto.
Circolazione naturale
La semplicità di funzionamento, dovuta all’assenza di elementi meccanici (pompe di circolazione) limita il rischio di guasti ma anche la possibilità di interfacciarsi in modo più efficace con l’impianto termico dell’edificio.
Inoltre, i sistemi monoblocco, in cui l’accumulo èmontato in posizione orizzontale lungo il bordo superiore del collettore, penalizzano le prestazioni
dell’accumulo stesso,in quanto la sua disposizione orizzontale sull’esterno della copertura riduce al minimo la stratificazione dell’acqua al suo interno e favorisce le perdite di energia.
Circolazione forzata
Quando la temperatura all’interno del collettore èsuperiore alla temperatura di riferimento dell’accumulo, la pompa di circolazione trasporta l'acqua dal primo al secondo.
• In tali sistemi la posizione del serbatoio non è piùvincolata rispetto a quella del collettore, se non dall’opportunità di contenere la lunghezza delle tubazioni dell’acqua calda, per limitarne le dispersioni.
•L’impianto a circolazione forzata è indispensabile per impianti di dimensioni elevate, quando il numero di collettori può rendere impossibile un carico delle strutture di copertura con accumuli di grande dimensione.
Circolazione forzata
Regola di base
A parità di copertura del fabbisogno, è da preferire il collettore che:
- ha il miglior costo;
- ha le maggiori garanzie sul sistema e sui componenti (affidabilità).
COMPARAZIONE DELLE OFFERTE
Che sia prodotta da un collettore d'oro o di latta, il risultato è sempre e solo acqua calda...
A parità di costo, è da preferire il collettore che:
- copre una percentuale maggiore del mio fabbisogno durante l'anno;
- ha le maggiori garanzie sul sistema e sui componenti (affidabilità).
COMPARAZIONE DELLE OFFERTE
Per poter comparare le diverse offerte è necessario
che tutte siano fatte partendo dagli stessi dati:
•valutazione dei consumi medi giornalieri di acqua
calda sanitaria, basata o sui consumi registrati negli
anni precedenti o sulla valutazione di stili di vita
(doccia o idromassaggio e frequenza d’utilizzo,
numero medio di lavaggi con lavatrice e lavastoviglie,
etc.), da cui si ricava il consumo medio annuo
previsto;
•temperatura di erogazione dell’acqua calda sanitaria,
che solitamente è di 45°C;•numero di giorni di autonomia che vi deve garantire
l’impianto in caso assenza di sole.
IL CALCOLO DEL FABBISOGNO
Per il calcolo del fabbisogno di ACS, è necessario utilizzare:
• le norme UNI, per gli edifici obbligati per legge ad installare l’impianto;
•un calcolo analitico del fabbisogno esistente o previsto per gli altri casi
IL CALCOLO DEL FABBISOGNO
Esempio di calcolo analitico
•Numero utenti 4
•Durata media doccia 7 min
•Numero complessivo doccie al giorno 4
•Portata doccia (con areatore) 8 lit/min
•Consumo cucina (lavaggio piatti) 60 lit/gg
•consumi vari 40 lit/gg
•Temperatura media acqua rete 10 °°°°C•Temperatura acqua calda utenza 45 °°°°C
Il CONSUMO GIORNALIERO totale è quindi 324
lit/gg
COMPARAZIONE DELLE OFFERTE
Tutte le offerte devono poi:
•dichiarare la % acqua calda prodotta annualmente
con l’energia solare rispetto ai consumi previsti
(mediamente tra il 50 e il 70%);
•contenere il grafico che illustra la quantità mensile
acqua calda producibile con l’energia solare, rispetto
al consumo medio previsto.
QUOTA DI COPERTURA DELL'ENERGIA SOLARE
0
200
400
600
800
1000
1200
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Mesi
kWh/mese Fabbisogno complessivo di
energia
Quota di energia sostituita
Regola di base
COMPARAZIONE DELLE OFFERTE
Altro punto impostante sono le garanzie fornite sui
diversi componenti.
E' opportuno che:
• i collettori siano garantiti almeno 10 anni;
• gli accumuli almeno 5;
• i sistemi di controllo e regolazione almeno 3.
Naturalmente la scelta va fatta utilizzando un po’ di
buon senso e mediando tra risultati, garanzie, costo
complessivo e costo dell’eventuale contratto
quinquennale di manutenzione.
Gli impianti combinati ACS/riscaldamento
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SPORTELLO INFO ENERGIA CHEZ NOUSSPORTELLO INFO ENERGIA CHEZ NOUS
NUMERO VERDE (gratuito):NUMERO VERDE (gratuito): 800604110800604110
INFORMAZIONI E CONSULENZA
Grazie per lGrazie per l’’attenzioneattenzione