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facoltà di architettura di genova_docente_andrea giachettacorso di progettazione bioclimatica - modulo: tecnologie bioclimatiche

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solare termico e pannelli fotovoltaici I parte: solare termico

facoltà di architettura di genova_docente_andrea giachetta

corso di progettazione bioclimatica - modulo: tecnologie bioclimatiche

Palestra scolastica, Odenwald, Germania

Progettista: Martin Grün

IMPIANTI SOLARI TERMICIi sistemi solari termici convertono l’energia solare in energia termica mediante lo sfruttamento dell’effetto serra

PRINCIPALI COMPONENTI:COLLETTORI SOLARI

SERBATOI D’ACCUMULO

CIRCUITO DISTRIBUTIVO

CENTRALINA DI CONTROLLO E DISPOSITIVI DI INTEGRAZIONE TERMICA


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COLLETTORI SOLARIil collettore solare è la parte dell’impianto direttamente esposta alla radiazione solare la ricerca tecnologica a portato allo sviluppo di diverse tipologie di collettori

PANNELLI SOLARI VETRATI NON SELETTIVIcollettori di prima generazione composti da una camera isolata ricavata tra un vetro temperato e una scocca posteriore coibentata con, all’interno, un assorbitore metallico annerito

l’assorbitore è sagomato in modo da avvolgere le tubazioni dove passa il fluido termovettore

nei pannelli ad acqua

temperatura massima raggiungibile in estate (in condizioni ottimali) = 70°C (circa)

temperatura massima raggiungibile in inverno (in condizioni ottimali) = 40°C

questo tipo di pannello è la soluzione più semplice, economica e diffusa nelle aree geografiche con abbondanza di radiazione solare diretta incidente


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PANNELLI SOLARI VETRATI SELETTIVIrispetto ai pannelli tradizionali viene aggiunto un trattamento alla superficie dell’assorbitore per ridurre le perdite per riflessione

costi superiori ma anche rendimenti (del 10% circa)

PANNELLI SOLARI SOTTOVUOTOsono i pannelli di ultima generazione

sono composti da una serie di tubi vetrati con all’interno assorbitori isolati mediante il vuoto

l’efficienza è più elevata rispetto ai pannelli tradizionali (temperature raggiungibili 100 °C)

i costi sono più elevati di quelli dei pannelli tradizionali (anche superiori al 150%)

(considerato che il costo di un normale pannello installato è indicativamente di 500/550 euro al mq)

l’applicazione dei pannelli solari sottovuoto è consigliabile con condizioni climatiche sfavorevoli o con scarsa disponibilità di area a pannelli utilizzabile


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PANNELLI SOLARI SCOPERTIsono costituiti da un semplice fascio tubiero scoperto e realizzati in materiale plastico (propilene, neoprene, PVC)

sono molto economici e con bassi rendimenti

per stabilimenti balneari, camping, strutture turistiche estive

PANNELLI SOLARI AD ARIAimpiegano aria come fluido termovettore

l’assorbitore è una semplice piastra metallica alettata

(il funzionamento è quello dei muri Trombe)

PANNELLI CON SERBATOIO D’ACCUMULO INTEGRATOsono ad acqua

l’assorbitore di calore e il serbatoio di accumulo sono costituiti da un unico oggetto esposto alla radiazione solare

hanno bassi rendimenti soprattutto invernali per gli scambi termici dell’assorbitore-accumulatore con l’esterno

sono economici, facili da installare, con kit fai da te


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SERBATORI D’ACCUMULOin essi avviene lo scambio termico del fluido termovettore che scorre nei collettori con l’acqua dell’impianto di riscaldamento o sanitario

soprattutto per impianti che operano tutto l’anno, l’acqua del riscaldamento o sanitaria non può circolare direttamente nei collettori solari perché occorre che in essi sia trattata (decalcificazione contro depositi calcarei, additivi antigelo, additivi per migliorare la capacità termica del fluido)

il serbatoio ospita quindi due circuiti idraulici distinti

i serbatoi possono avere dimensioni diverse anche a seconda della superficie dei collettori

indicativamente:

per ogni mq di pannello: 60/70 litri di serbatoio


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per l’acqua sanitaria

serbatoi d’accumulo per SISTEMI A CIRCOLAZIONE FORZATA


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nei sistemi a circolazione

naturale il serbatoio

d’accumulo è posto alla

sommità del pannello

perché la circolazione del

fluido avviene in seguito a moti

convettivi naturali

l’acqua riscaldata nel pannello sale nel serbatoio e, dopo aver scambiato calore con il circuito dell’impianto sanitario o di riscaldamento, si raffredda, scende in basso e torna nella parte inferiore del pannello

SISTEMI A CIRCOLAZIONE

NATURALE


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vantaggi legati al sistema a circolazione naturale:

semplicità del circuito,

assenza di pompa di circolazione e centralina di controllo,

scongiurato il rischio di guasti e di inversione del ciclo di funzionamento,

ridotti costi di installazione e manutenzione

svantaggi legati al sistema a circolazione naturale:

è imposta la posizione del serbatoio sopra il pannello,

problemi di integrazione architettonica,

limiti dimensionali del serbatoio,

maggiori dispersioni termiche (serbatoio isolato ma esterno),

la posizione orizzontale del serbatoio non è ideale perché limita le stratificazioni termiche


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SISTEMI A CIRCOLAZIONE FORZATAsono più complessi

richiedono una pompa di circolazione comandata da una centralina di controllo automatizzata con termostati

la centralina attiva la pompa quando la temperatura dell’acqua nel serbatoio è inferiore a quella del fluido nei pannelli

la centralina serve anche ad attivare eventuali sistemi di riscaldamento integrativi

i sistemi a circolazione forzata sono più versatili ed efficienti (anche per la maggiore velocità di circolazione), si integrano meglio in architettura

ma sono più complessi e costosi e hanno bisogno di energia esterna per far funzionare la pompa di circolazione, anche se in quantità minima rispetto a quella risparmiata

REQUISITI PER L’INSTALLAZIONEORIENTAMENTO E INCLINAZIONE DEI PANNELLIorientamento: sud perfetto con tolleranza di 30°

angolo di inclinazione: vicino alla latitudine del sito con variazioni nei sistemi ad uso stagionale

eventuali variazioni di orientamento e inclinazione possono essere compensate dal sovradimensionamento della superficie captante

GARANZIA DI ACCESSIBILITÀ AL SOLEGGIAMENTOè necessario costruire un digramma solare con profilo dell’orizzonte per valutare l’ombreggiamento eventualmente presente


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ACCESSIBILITÀ ALL’ACCUMULOil serbatoio è oggetto di manutenzione almeno una volta all’anno e dunque occorre garantire l’accessibilità in perfetta sicurezza

questo può essere un problema soprattutto con i serbatoi in copertura dei sistemi a circolazione naturale

SOVADIMENSIONAMENTO STRUTTURALE DEL SOLAIO DI COPERTURAnecessario per sopportare i carichi derivanti dalla presenza di pannelli e serbatoi

ABBINAMENTO PRIVILEGIATO CON SISTEMI DI RISCALDAMENTO A BASSA TEMPERATURAconsiderando che il sistema solare termico è in grado di produrre acqua a bassa temperatura (circa 50°C) mentre le temperature di esercizio dei sistemi tradizionali di riscaldamento sono più elevate (circa 70°C)

DIMENSIONAMENTO DELL’IMPIANTOil parametro base per il dimensionamento è il numero di utenti da servire, considerando - per ciascun utente - un consumo medio di 70-80 litri al giorno a 45°C

in linea di massima - per la copertura del fabbisogno di acqua calda sanitaria (per 6/10 ore al giorno, a seconda delle stagioni) - si attribuisce un mq di pannello a persona (corrispondente a circa 10 tubi sottovuoto)

i sistemi a circolazione naturale sono molto difficili da dimensionare per la variabilità eccessiva dell’entità dei moti convettivi e richiedono impianto integrativo


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esempio di dimensionamento di massima di sistemi a circolazione forzata nel caso di produzione di acqua calda sanitaria e per il riscaldamento

installazione a terra o su tetto piano

installazione su tetti con insufficiente inclinazione, uso di supporti metallici aggiuntivi


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applicazione parallela al manto di copertura

integrazione nel manto di copertura, con minimizzazione dell’impatto e riduzione del materiale per il manto stesso


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integrazione nel manto di copertura

Edifici per abitazioni ed uffici,Gleisdorf, Austria, 1996-98

Progettista: Georg W.ReinbergGli edifici sono 3 e sfruttano sistemi solai passivi: serre solari.

Sulla sommità delle serre dei 3 edifici sono presenti complessivamente 233 mq di collettori solari ad acqua (copertura dell’80% del riscaldamento dell’acqua sanitaria e del 50% del riscaldamento degli ambienti) e 17 mq di pannelli fotovoltaici.

Il sistema di riscaldamento ausiliario, in parte alimentato dai pannelli (tramite un serbatoio di 14 mc), è a bassa temperatura a pavimento e a parete


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Edifici per abitazioni a Hofjagerstrasse, Vienna, AustriaProgettista: Georg W.Reinberg

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