Bolzano, 10.10.2008
IMPIANTI SOLARI TERMICI
IN QUALI CASI CONVENGONO E
QUALI RISPARMI CONSENTONO?
Energytech S.r.l.
Dott. Ing. Georg Felderer
Dott. Ing. Norbert Klammsteiner
Via Negrelli 13 - 39100 Bolzano
Tel. 0471 054040 Fax. 0471 054041
[email protected] www.energytech.it
Per. Ind. Alfredo Forti
Quadro generale
Concetti generali sull’utilizzo dell’energia solare
funzionamento del collettore solare
l’orientamento
l’inclinazione
Il dimensionamento di impianti termici solari:
per la produzione di acqua calda sanitaria
per riscaldamento e la produzione di acqua calda
sanitaria
il raffrescamento solare
Consumo termico complessivo
di un edificio
I consumi energetici di un edificio si
possono suddividere in:
Fabbisogno termico per il riscaldamento
dell‘edificio e la ventilazione igienica
Fabbisogno di energia per il raffrescamento
dell‘edificio
Fabbisogno di calore per la produzione di
acqua calda sanitaria
Fasi e livelli di risparmio
energetico
La riduzione del consumo energetico intervenendo
sull‘involucro dell‘edificio
Copertura del fabbisogno possibilmente con energia
rinnovabile
energia solare
geotermia
biomassa
Applicazione di sistemi razionali di approvvigionamento
energetico
cogenerazine e trigenerazione
recupero termico
Applicazione „tradizionale“ però al massimo dell‘efficienza
caldaie a gas a condensazione
Il ruolo dell‘energia solare
Energia solare è
l‘energia più pulita
disponibile ovunque in quantità
complessivamente elevatissime
gratuita
Le forme dell‘energia solare
Tutte le risorse energetiche rinnovabili con
l‘eccezione della geotermia e delle maree sono
di natura solare:
l’idroelettrico
l‘eolico
il moto ondoso
il fotovoltaico
la biomassa
lo sfruttamento termico del solare
La radiazione solare sulla terra a
partire dalla radiazione globale
extraterrestre
potenza massima incidente
su superficie
orizzontale:
1000 W /m2
potenza Incidente ed
apporto mensile
dipendono molto da
latitudine, inclinazione
ed orientamento
Principio di funzionamento di
un collettore solare
Concetti generali di
dimensionamento
L’orientamento dell’impianto solare
Esposizione possibilmente verso SUD:
in funzione del posto di montaggio a disposizione
in base ad esigenze di sfruttamento più mattutino o
più invernale
Tenere conto di possibili ombreggiamenti
per edifici o piante vicini
per montagne
Utilizzo di un impianto solare
per la produzione di acqua calda sanitaria
per la produzione di acqua calda sanitaria
e per il riscaldamento
per la produzione di acqua calda sanitaria
per il riscaldamento e per il raffrescamento
La scelta ottimizzata di un
impianto solare
La dimensione ottimale di un impianto solare per
la produzione di acqua calda sanitaria
La dimensione ottimale di un impianto solare per
la produzione di acqua calda sanitaria e
l‘integrazione al riscaldamento
Grandezze caratteristiche di un
impianto solare per la produzione di acqua calda sanitaria
Grado di copertura del fabbisogno energetico per acqua calda sanitaria:
= rapporto fra energia solare fornita dall‘impianto solare ed energia necessaria
per la produzione di acqua calda sanitaria
Grado di copertura del fabbisogno energetico complessivo:
= rapporto fra energia solare fornita dall‘impianto solare ed energia termica
complessiva necessaria per la produzione di acqua calda sanitaria e per il
riscaldamento
Grado di utilizzo dell‘impianto solare:
= rapporto fra energia solare fornita dall‘impianto solare ed energia solare
teoricamente disponibile
Da un grado di utilizzo elevato dipende:
la resa economica dell‘investimento: se il grado di
utilizzo è basso l‘investimento diventa esagerato
il bilancio energetico fra energia impiegata per la
costruzione dell‘impianto ed energia solare
recuperata nell‘arco della vita dell‘impianto stesso
Resa economica di un impianto
solare
Parametri dai quali dipende la resa economica dell‘impianto solare:
Grado di utilizzo dell‘impianto solare:
Più grande è il grado di utilizzo, maggiore è il risparmio energetico specifico al m2
Elevati gradi di utilizzo sono realizzabili:
Per impianti di piccole dimensioni e perciò per impianti con bassi gradi di copertura
A parità di superficie dei collettori aumentando la complessità e la bontà dei collettori come
ad esempio impiegando collettori tubolari sotto vuoto o abbassando la temperatura di utilizzo
Costo specifico dell‘investimento:
Più complesso è l‘impianto e più elevati sono i costi specifici al m2 dell‘impianto
⇒ è necessaria un‘ottimizzazione
Calcolo tipo di un edificio
residenziale con un impianto
solare
Definizione di dati climatici tipo
Definizione di un collettore solare piano di media qualità e calcolo
del rendimento medio in base alla temperatura esterna media
Definizione di un edificio tipo residenziale con 4 appartamenti:
Calcolo del fabbisogno di calore mensile per riscaldamento
considerando tre tipi di edifici:
Scarsamente isolato con valore U medio pari a 1,11 W/m²K
Discretamente isolato con valore U medio pari a 0,59 W/m²K
Molto isolato con valore U medio pari a 0,32 W/m²K
Calcolo del fabbisogno di calore per la produzione di acqua calda
sanitaria
Dati climatici di riferimento
Andamento dei gradi giorno e della temperatura media esterna
700
gradi giorno
25,0
723
691
606
600
16,5
489
500
400
507
13,9
10,0
349
8,8
203
4,2
200
15,0
13,1
8,2353
300
5,0
3,1
147
0,0
-0,9
100
0
20,0
18,8
19,4
0
-3,3
Jan
0
-2,3
0
-5,0
Feb
Mär
Apr
Mai
GT
Jun
Jul
Aug
Tmed in°C
Sep
Okt
Nov
Dez
temperatura in °C
800
Disponibilità dell’energia solare
Disponibilità di energia solare al m2 di csuperficie piana
200
184
180
175
169
160
165
145
142
140
107
100
79
80
61
60
60
48
40
20
Rad. globale/m2 in kWh/m2
br
e
di
ce
m
m
br
e
no
ve
re
ot
to
b
m
br
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tte
se
ag
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n
ag
gi
o
m
ap
ril
e
ar
zo
m
fe
bb
ra
io
ai
o
0
ge
nn
kWh/m2
121
120
Resa dei panelli solari
Rendimento medio mensile di un collettore piano di medie prestazioni
0,70
0,65
0,61
0,60
0,61
0,61
0,62
0,63
0,62
0,63
0,62
0,59
0,55
0,54
0,50
0,49
0,45
η K = η 0 − a1 ⋅
0,40
θ K − θe
GK
− a2 ⋅
(θ K − θ e )2
GK
0,35
h
br
e
ce
m
di
no
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m
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ot
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gi
o
ap
ril
e
m
ar
zo
fe
bb
ra
io
0,30
ge
nn
ai
o
kWh/m2
0,55
Disponibilità di energia solare al m2 di colletore e rendimento medio di un collettore
piano di medie prestazioni
200
0,70
184
180
0,59
160
0,61
0,54
0,61
169
0,61
175
0,62
0,62
165
0,63
0,63
0,62
0,60
0,55
145
142
0,49
140
0,50
121
kWh/m2
120
0,40
107
100
0,30
79
80
61
60
60
48
0,20
40
0,10
20
0
0,00
gennaio febbraio
Mär
Apr
Mai
Jun
G/m2 in kWh/m2
Jul
Aug
h
Sep
Okt
Nov
Dez
Fabbisogno termico per riscaldamento e acqua calda
sanitaria di un edificio con scarso isolamento termico
U medio: 1,11 W/m2K
Fabbisogno di energia termica complessivo e produzione acqua calda
sanitaria per un edificio scarsamente isolato U medio = 1,11 W/m2K
25.000
24.985
23.834
20.265
20.000
17.302
16.614
kW
h
15.000
11.793
11.560
10.000
6.546
5.861
5.000
1.395
1.395
1.395
di
ce
m
br
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to
br
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ag
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Qges
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zo
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ge
nn
ai
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0
Fabbisogno termico per riscaldamento e acqua calda
sanitaria di un edificio con buon isolamento termico
U medio: 0,32 W/m2K
Fabbisogno di energia termica complessivo e produzione acqua calda
sanitaria per un edificio scarsamente isolato U medio = 1,11 W/m2K
25.000
20.000
kWh
15.000
11.019
10.000
10.549
9.093
7.884
7.603
5.637
5.000
5.542
3.496
3.217
1.395
1.395
1.395
di
ce
m
br
e
ot
to
br
e
ag
os
to
no
ve
m
br
e
Qges
se
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ug
no
m
ag
gi
o
ap
ril
e
m
ar
zo
fe
bb
ra
io
ge
nn
ai
o
0
Copertura solare della produzione
di acqua calda sanitaria
Fabbisogno di calore per la produzione di acqua calda sanitaria e
disponibilità di energia solare per un impianto solare di 18 m2
3.000
2.050
1.953
2.000
1.870
1.856
1.611
kWh
1.596
1.395
1.395
1.395
1.330
1.395
1.395
1.395
1.395
1.395
1.395
1.395
1.395
1.395
1.199
1.000
834
589
592
427
0
gennaio
febbraio
marzo
aprile
maggio
giugno
Qww
luglio
Qsol
agosto
settembre
ottobre
novembre
dicembre
Grado di copertura e di utilizzo per un impianto solare per la sola
produzione di acqua calda sanitaria in funzione del grado di
isolamento dell'edificio
100,0
90,0
80,0
70,0
in %
60,0
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
10
15
20
25
30
35
40
Superficie dell'impianto solare in m2
Grado di copertura per la produzione di acqua sanitaria
Grado di utilizzo per la produzione di acqua sanitaria
k=1.11 Grado di copertura al fabbisogno complessivo di calore
k=0,59 Grado di copertura al fabbisogno complessivo di calore
k=0,32 Grado di copertura al fabbisogno complessivo di calore
45
50
Impianto solare per la
produzione di acqua calda
sanitaria e per il riscaldamento
Grado di copertura del fabbisogno energetico per acqua calda sanitaria:
= rapporto fra energia solare fornita dall‘impianto solare ed energia necessaria per la
produzione di acqua calda sanitaria
Grado di copertura del fabbisogno energetico per riscaldamento:
= rapporto fra energia solare fornita dall‘impianto solare ed energia termica
necessaria per il riscaldamento
Grado di copertura del fabbisogno energetico complessivo:
= rapporto fra energia solare fornita dall‘impianto solare ed energia termica
complessiva necessaria per la produzione di acqua calda sanitaria e per il
riscaldamento
Grado di utilizzo dell‘impianto solare:
= rapporto fra energia solare fornita dall‘impianto solare ed energia solare
teoricamente disponibile
Copertura del fabbisogno
complessivo di energia
Fabbisogno di calore complessivo per riscaldamento e acqua calda per
l'edificio ben isolato e disponibilità di energia solare per un impianto solare
di 18 m2
15.000
11.019
10.549
10.000
9.093
7.884
kWh
7.603
5.637
5.542
5.000
3.496
3.217
1.596
1.330
1.856
1.953
1.395
2.050
1.395
1.870
1.395
1.611
1.199
834
589
592
427
0
gennaio
febbraio
marzo
aprile
maggio
giugno
Qges
luglio
Qsol
agosto
settembre
ottobre
novembre
dicembre
Fabbisogno di calore complessivo per riscaldamento e acqua calda per
l'edificio ben isolato e disponibilità di energia solare per un impianto solare
di 50 m2
15.000
11.019
10.549
10.000
9.093
7.884
kWh
7.603
5.637
5.155
5.000
5.695
5.425
5.542
5.194
4.476
4.435
3.694
3.496
3.217
3.329
2.316
1.636
1.395
1.395
1.645
1.395
1.186
0
gennaio
febbraio
marzo
aprile
maggio
giugno
Qges
luglio
Qsol
agosto
settembre
ottobre
novembre
dicembre
Grado di copertura e di utilizzo per impianti solari per
acqua calda sanitaria e riscaldamento:
100,0
90,0
80,0
79
73
70,0
67
63
60,0
in %
Copertura del 30%
del fabbisogno
complessivo di
energia termica per
riscaldamento e
acqua calda sanitaria
dell‘edificio
61
50,0
40,0
30,0
20,0
10,0
0,0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Superficie dell'impianto solare in m2
k=1,11 Grado di copertura al fabbisogno di calore per riscaldamento
k=1,11 Grado di copertura al fabbisogno di calore complessivo
k=1,11 Grado di utilizzo dell'impianto solare
k=0,59 Grado di copertura al fabbisogno di calore per riscaldamento
k=0,59 Grado di copertura al fabbisogno di calore complessivo
k=0,59 Grado di utilizzo dell'impianto solare
k=0,32 Grado di copertura al fabbisogno di calore per riscaldamento
k=0,32 Grado di copertura al fabbisogno di calore complessivo
k=0,32 Grado di utilizzo dell'impianto solare
100
Grado di copertura e di utilizzo per impianti solari per
acqua calda sanitaria e riscaldamento:
100,0
90,0
80,0
73
70,0
67
63
60,0
in %
Copertura del
fabbisogno
complessivo di
energia termica per
riscaldamento e
acqua calda sanitaria
dell‘edificio, raggiunta
con un impianto di 50
m2 di panelli solari
piani
50,0
43
40,0
33
30,0
25
23
20,0
18
12
10,0
0,0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Superficie dell'impianto solare in m2
k=1,11 Grado di copertura al fabbisogno di calore per riscaldamento
k=1,11 Grado di copertura al fabbisogno di calore complessivo
k=1,11 Grado di utilizzo dell'impianto solare
k=0,59 Grado di copertura al fabbisogno di calore per riscaldamento
k=0,59 Grado di copertura al fabbisogno di calore complessivo
k=0,59 Grado di utilizzo dell'impianto solare
k=0,32 Grado di copertura al fabbisogno di calore per riscaldamento
k=0,32 Grado di copertura al fabbisogno di calore complessivo
k=0,32 Grado di utilizzo dell'impianto solare
100
Confronto di impianti solari: per la
produzione di acqua calda sanitaria
e di impianti per il riscaldamento
invernale
Impianti solari per la produzione di acqua calda
sanitaria
Un impianto dimensionato per il periodo estivo porta a
massimizzare il grado di utilizzo, abbassando allo stesso
tempo i costi specifici d‘investimento
Poca energia estiva non sfruttabile porta ad elevati gradi
di utilizzo.
Impianti semplici con collettori piani portano a costi
d‘investimento contenuti
Impianto solare per il
riscaldamento degli ambienti
A parità di grado di copertura del fabbisogno energetico
complessivo (30%) il grado di utilizzo dell‘impianto per
un edificio ben isolato termicamente è al di sopra del
grado di utilizzo per un edificio isolato scarsamente
Al peggioramento dell‘involucro edilizio dal punto di vista
dell‘isolamento termico aumenta la superficie
dell‘impianto solare per arrivare allo stesso grado di
copertura
Impianti solari per il riscaldamento sono interessanti
soltanto in casi di ottimo isolamento termico dell‘edificio
Considerazioni generali sul
dimensionamento:
Impianti solari sono interessanti energeticamente
ed economicamente se:
dimensionati con cura e non sovradimensionati
per la generazione di acqua calda sanitaria
impiegati per il riscaldamento soltanto in casi di
edifici termicamente ben isolati con basso
consumo energetico
Il raffrescamento solare
Il raffrescamento solare è possibile:
indirettamente mediante impianto fotovoltaico
che produce energia elettrica e fa funzionare
un impianto frigorifero elettrico
direttamente mediante impianto solare
termico che fornisce energia motrice per un
impianto di refrigerazione ad assorbimento
Conclusioni:
Impianti solari sono interessanti energeticamente ed
economicamente con un elevato potenziale di
applicazione per la produzione di acqua calda sanitaria e
bisogna spingere in tutti i modi alla diffusione degli
impianti
Impianti per la produzione di acqua calda sanitaria e per
riscaldamento vanno dimensionati con cura e non
sovradimensionati ed applicati per edifici a basso
consumo energetico
Ci sarà un notevole potenziale per il raffrescameto legato
però allo sviluppo delle macchine ad assorbimento
Via Negrelli 13 b – 39100 Bolzano (BZ)
T 0471 054040 – F 0471 054041
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Energetica consulenza - analisi – concetti progettazione - direzione lavori
