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.