SOLARE TERMICO
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Indice
L’energia solare
Principi base
Come funziona un sistema solare termico
Funzionamento
Classificazioni
I componenti dell’impianto
SOLARE TERMICO
La tecnologia del solare termico consente di trasformare direttamente
l'energia associata alla radiazione solare in energia termica.
Essa sfrutta i principi basilari della termodinamica ed in particolar modo la
trasmissione del calore da un corpo “caldo” ad uno “freddo”: il corpo caldo
è il Sole che irradia energia nello spazio circostante ed il corpo freddo è il
fluido che scorre all’interno del pannello.
Si ha quindi un sistema che funziona
senza l'uso di alcun combustibile.
SOLARE TERMICO
I metodi per raccogliere l'energia solare
1) con concentrazione, mediante specchi o lenti
che riflettono la radiazione verso pannelli o
caldaie per l'utilizzo diretto dell'acqua calda
oppure per la produzione di vapore da
convogliare ad una turbina con generazione di
energia elettrica;
2) senza concentrazione, mediante
pannelli applicati o integrati nelle
chiusure degli edifici (pareti, tetti,
parapetti ecc.).
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La radiazione solare a onde corte passa attraverso il vetro della finestra e una
volta raggiunti gli oggetti all’interno della stanza viene trasformata in
radiazione a onda lunga, che soloin parte riesce a uscire all’esterno.
Si ha così un effetto riscaldante (effetto serra).
Le onde corte penetrano la
copertura trasparente
Le onde lunghe restano
intrappolate all’interno
Vediamo com’è possibile sfruttare questa energia che è
gratuitamente a nostra disposizione …
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SOLARE TERMICO
Il collettore solare converte
in calore la luce solare che
penetra al suo interno
attraverso la copertura
trasparente.
Una
piastra
metallica
captante assorbe i raggi
solari incidenti e li converte
in calore.
Tale piastra trasferisce il
calore assorbito ad un
sistema
di
canali
contenenti il fluido vettore
che si riscalda.
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Il fluido vettore trasferisce il suo calore ad un secondo fluido contenuto in un serbatoio di
accumulo (2 circuiti). Il fluido vettore una volta raffreddato ritorna attraverso il circuito di
ritorno al il collettore, mentre nel serbatoio l’acqua più calda si sposta verso l’alto.
Il collegamento tra collettori solari e serbatoio di accumulo viene detto:
"Circuito Solare”.
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L’acqua del serbatoio stratifica in
funzione della temperatura (più
calda in alto più fredda in basso)
per la diversa densità. Dalla parte
alta del serbatoio viene prelevata
l’acqua per gli usi previsti. Nella
parte bassa avviene l’ingresso
dell’acqua di rete.
Qualora nel serbatoio non si raggiunga la temperatura prevista, si procede al
riscaldamento dell’acqua con il sistema tradizionale: l’acqua viene fatta
passare attraverso la caldaia, che la porta in temperatura prima di essere
impiegata.
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1 Classificazione in base al tipo di fluido vettore
2 Classificazione in base alla tipologia di
movimentazione del fluido
3 classificazione in base all’utilizzo
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• Acqua
• Fluidi antigelo
• Aria
L’acqua presenta i seguenti vantaggi:
Ha elevata capacità termica
Ha elevata conducibilità termica
Ha bassa viscosità
Non e infiammabile
Non e tossica
È economica
ma… è soggetta a congelamento ( 0 ) e ad evaporazione (100 )
raggiungibili in normali condizioni di funzionamento.
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Se la temperatura esterna raggiunge valori inferiori allo zero
•devo prevedere l’uso di fluidi antigelo per evitare la rottura di
tubazioni e collettori. In questi casi è d’obbligo una configurazione
che preveda circuito primario separato dal circuito dell’utilizzatore.
•devo limitare le situazioni di evaporazione del fluido vettore (se
liquido) per problemi legati alle sovrapressioni.
I fluidi antigelo sono classificati in:
•Fluidi a base d’acqua (glicole etilenico, glicole propilenico, alcoli)
•Fluidi diatermici (oli minerali naturali)
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Aria
L’aria ha caratteristiche fisiche diverse dall’acqua. Nella tabella
seguente vengono riassunte le principali differenze.
Non dà problemi di corrosione, non presenta limiti legati alle
temperature massima (evaporazione) e minima (congelamento).
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Circolazione naturale
Circolazione forzata
La differenza principale tra le due tecniche di conversione sta
principalmente nel fatto che nella prima (circolazione naturale) non
ci sono elementi di movimentazione di tipo elettromeccanico: il
motore della movimentazione del fluido è il calore stesso. Nella
seconda tecnica il fluido è messo in moto da una pompa.
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•Produzione di acqua calda sanitaria (ACS) ad uso domestico,
alberghiero e ospedaliero oppure riscaldamento dell'acqua
delle docce (stabilimenti balneari, campeggi, ecc.);
•Riscaldamento degli ambienti
•Raffrescamento degli ambienti (ancora costoso).
•Piscine
•Usi industriali : riscaldamento dell'acqua per processi a bassa
temperatura; essiccatoi.
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•Il collettore solare
•Il serbatoio di accumulo
•I componenti del circuito solare
– Gli scambiatori di calore
– Le tubature
– La pompa
– Il vaso di espansione
– Le valvole
– Il regolatore
– Sensori di temperatura
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Il dispositivo base: "il collettore solare" è costituito da un corpo nero assorbente
entro il quale può scorrere un fluido (con la funzione di captare l'energia irradiata
dal sole attraverso la superficie scura e trasferirla sotto forma di energia termica al
fluido) e una copertura selettiva trasparente sulla parte esposta al sole (con la
funzione di limitare le dispersioni per irraggiamento verso l'ambiente esterno), tutto
racchiuso in un contenitore opportunamente isolato sulle pareti laterali e sulla
parete opposta a quella di ricezione della radiazione.
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È composto da:
•
Lastra trasparente (vetro)
•
Piastra captante (assorbitore)
•
Strato di materiale isolante
•
Contenitore
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PARAMETRI
• Fabbisogno complessivo mensile
• N° di persone = consumo giornaliero di acqua
• calda sanitaria
• trasmittanza complessiva dell’edificio (UA) per i
•fabbisogni di riscaldamento (temperatura interna
degli ambienti)
• Energia fornita dalla fonte ausiliaria per le
• integrazioni (caldaia tradizionale)
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FABBISOGNO
ACS
Il fabbisogno quotidiano per abitazione è generalmente stimato
come prodotto del numero di persone presenti all’interno
dell’abitazione per un valore di consumo medio pro capite:
•Basso consumo: 30-40 litri/giorno a persona
•Medio consumo 40-60 litri/giorno a persona
•Alto consumo 60-80 litri/giorno a persona
La temperatura media di utilizzo è generalmente considerata
pari a 45 C
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Analisi energetica: calcolo dell'energia pro capite necessaria
In media, in Italia si consumano circa 50 litri al giorno di acqua
calda sanitaria pro capite, alla temperatura di 45°C.
Ipotizzando
una
temperatura
dell'acqua
proveniente
dall'acquedotto pari a 15°C si può calcolare il quantitativo pro
capite Q, di energia termica necessaria:
Q = G . cs . (Tu - Ta ) = 50 l . 1 kcal/l°C . 30°C = 1500 kcal.
Avendo indicato con:
G, massa d'acqua da scaldare (l);
Cs, calore specifico dell’acqua (kcal/l);
u, temperatura di utilizzo, pari a 45°C;
Ta, temperatura acqua dell'acquedotto (°C).
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Fonte ENEL
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Fonte ENEL
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Acqua calda sanitaria per 4 persone
Costo investimento: 4.000€
Risparmio in bolletta termica: 350 €/anno (valore medio)
Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007)
Ritorno dell’investimento: 5 anni
Acqua calda sanitaria e riscaldamento (sistema
radiante) per un’abitazione da 120 m2 e 4 persone
Costo investimento: 10.000€
Risparmio in bolletta termica: 650€/anno
Detrazione fiscale al 55% in 3 anni (Finanziaria 2007)
Ritorno dell’investimento: 7 anni
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