Metodologia di monitoraggio Impianti solari termici

Obiettivo Cooperazione territoriale europea
Objectif Coopération territoriale européenne
2007 - 2013
UNIONE EUROPEA
UNION EUROPEENNE
Programma ALCOTRA
Alpi latine cooperazione transfrontaliera
Italia - Francia
Metodologia di
monitoraggio
Impianti solari
termici
Per effettuare il monitoraggio degli impianti solari
termici è stato scelto il metodo di acquisizione dati
proposto dal Dott. F. Giacomi e dal Dott. A. Siciliano di
AmbienteItalia.
Il metodo viene illustrato qui di seguito.
Tecniche e strumentazione per il monitoraggio
Le grandezze fisiche
Per misurare l’energia termica prodotta da un impianto solare è necessario calcolare la quantità di
calore che viene trasferito dai collettori solari all’utenza. Tipicamente questo trasferimento avviene
facendo circolare un fluido termo-vettore all’interno di un circuito chiuso che comprende i collettori
solari, lo scambiatore di calore all’interno del serbatoio di accumulo ed i tubi di raccordo. Il flusso di
calore si ottiene quindi moltiplicando il volume del fluido che attraversa una sezione del circuito
nell’unità di tempo per la differenza di temperatura del fluido tra l’ingresso e l’uscita del collettore
solare. Il valore ottenuto deve essere quindi moltiplicato per il calore specifico del fluido termo-vettore
(tipicamente acqua e glicole).
Dimensionalmente si ha:
Volume di liquido circolante nell’unità di tempo:
Differenza di temperatura:
Calore specifico:
Per il flusso di calore si ha dunque:
Si tratta di una potenza che, integrata nel tempo, consente di ricavare i kWh di energia prodotti
dall’impianto.
La strumentazione di misura
Se lo scopo del monitoraggio è semplicemente quello di contabilizzare l’energia prodotta
dall’impianto solare termico, i dati forniti dai normali sistemi di conteggio delle calorie (spesso
integrati con le centraline di controllo degli impianti) sono più che sufficienti. Se invece si vuole capire
nel dettaglio come si comporta l’impianto nelle diverse condizioni climatiche e di utilizzo, è necessario
ricorrere a sistemi che consentano di ricostruire istante per istante l’andamento delle temperature e gli
scambi termici tra i collettori solari e l’utenza.
Per la misura delle temperature tipicamente si possono usare delle termocoppie o delle
termoresistenze. L’installazione per entrambi i tipi di sensori può avvenire con appositi pozzetti che
consentono alla sonda di restare immersa nel fluido oppure applicando il sensore alla superficie esterna
del tubo. Nel secondo caso la perdita di accuratezza può essere trascurata visto che il dato che si vuole
ottenere non è un valore assoluto di temperatura ma una differenza di temperature. I dati di
temperatura devono poi essere registrati da un datalogger che li memorizza ad intervalli regolari
(tipicamente 1 o 5 minuti) con assieme l’ora della misura (timestamp).
Più complessa risulta invece la misura del volume di fluido circolante nell’unità di tempo. A questo
scopo sono state prese in considerazione tre diverse metodologie.
1.
Il metodo più comune consiste nell’installare un misuratore di flusso tradizionale direttamente
all’interno del circuito. Questo comporta però un intervento piuttosto invasivo se realizzato
quando l’impianto è già in funzione.
2.
In alternativa si possono utilizzare dei misuratori di flusso ad ultrasuoni che non prevedono
l’interruzione del circuito per la loro installazione. Hanno però lo svantaggio di essere
particolarmente costosi e complessi da installare.
3.
Esiste una terza possibilità per stimare la quantità di fluido circolante nell’unità di tempo.
Conoscendo infatti la perdita di carico causata dall’attrito all’interno del circuito (è una
differenza di pressione) si ricava la prevalenza1 . Con questo dato, grazie alle curve
caratteristiche di funzionamento indicate nelle specifiche tecniche, si risale alla portata della
pompa espressa in metri cubi all’ora. In questo caso è sufficiente quindi registrare l’ora e la
durata delle accensioni della pompa. Per farlo si può utilizzare un datalogger abbinato ad un
trasformatore amperometrico da applicare sul filo di alimentazione della pompa. Questo
sistema di misura del flusso è facilmente installabile e più economico dei primi due anche se
risulta meno accurato.
Relazioni di calcolo
Per calcolare l’energia prodotta da un impianto utilizzando l’ultima metodologia descritta nel
paragrafo precedente, va eseguito un monitoraggio, con cadenza di registrazione ogni 5 minuti, delle
temperature di mandata e ritorno dell’impianto e del funzionamento della pompa di circolazione. La
prevalenza va calcolata, come detto, in base alla tipologia di impianto e, sulla base della curva
caratteristica della pompa, è possibile ricavare la portata.
1
In un circuito aperto la prevalenza è il dislivello massimo di sollevamento che una pompa può
complessivamente fare superare ad un fluido. In un circuito chiuso la prevalenza serve a vincere le
perdite di carico del circuito dovute all'attrito. La prevalenza è comunemente espressa in metri nel
sistema tecnico mentre nel Sistema Internazionale è indicata come una pressione. La prevalenza espressa
in Pascal corrisponde alla pressione generata da una colonna di fluido di altezza pari alla prevalenza
espressa in metri.
La potenza istantanea si ottiene con la formula:
dove:
∆T: differenza tra le temperature di mandata e di ritorno
Q: portata della pompa
Fp: percentuale di funzionamento della pompa nei 5 minuti
Cs: calore specifico dell’acqua glicolata (3558
)
Tc: periodo di campionamento (300 s)
In ogni intervallo di 5 minuti l’energia prodotta si ottiene considerando che il periodo di
campionamento è di 300 secondi. Si ha dunque:
Sommando i contributi di energia di ognuno degli intervalli di 5 minuti che costituiscono una giornata,
si ottiene l’energia prodotta dall’impianto in un giorno.