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CORSO PER CERTIFICATORE ENERGETICO DEGLI EDIFICI CORSO PER CERTIFICATORE ENERGETICO DEGLI EDIFICI

SOLARE TERMICO SOLARE TERMICO CORSO ACCREDITATO MISE‐MATTM‐MIT ai sensi dell’art CORSO ACCREDITATO MISE‐MATTM‐MIT ai sensi dell art.2 comma 5 DPR n.75/2013 2 comma 5 DPR n 75/2013

SOLARE TERMICO L energia solare è la fonte primaria di energia. Dell L'energia solare è la fonte primaria di energia. Dell’energia energia solare solare si sfruttano sia gli effetti diretti sia quelli indiretti.

L'irraggiamento solare produce energia termica che può essere "catturata" in vari modi e impiegata per svariati usi.

IlIl più comune è rappresentato dalla semplice energia termica, più com ne è rappresentato dalla semplice energia termica utilizzata sia come acqua calda per usi sanitari (ACS), sia come integrazione per il riscaldamento di ambienti. In ambiti industriali‐ integrazione per il riscaldamento di ambienti. In ambiti industriali commerciali, oltre ad ACS e riscaldamento ambienti, può essere utilizzata nei processi industriali stessi, o per produrre energia frigorifera. Molto interessanti sono le applicazioni per produrre energia elettrica o energia meccanica.

SOLARE TERMICO LLe tecnologie per lo sfruttamento t l i l f tt t dell'energia solare, finalizzato alla d ll' i l fi li t ll produzione di calore, vengono classificate secondo la temperatura raggiunta dal fluido vettore in: raggiunta dal fluido vettore, in: •Bassa temperatura: comprendono i sistemi che usano un collettore per captare e trasferire energia solare per produrre ACS o climatizzare gli edifici. Sono i sistemi più diffusi in Italia e in Europa meridionale.

•Media temperatura: richiedono dispositivi a debole concentrazione in d d i t t fi i 250°C per l’utilizzo del calore l’ tili d l l modo da raggiungere temperature fino ai principalmente in processi industriali o produzione di acqua dissalata.

Alta temperatura: richiedono sistemi più spinti atti a concentrare la Alta temperatura: richiedono sistemi più spinti atti a concentrare la radiazione solare per raggiungere temperature superiori anche ai 400°C essenzialmente per la produzione di energia elettrica per via termodinamica

Componenti impianto I componenti fondamentali di un impianto solare termico sono: I componenti fondamentali di un impianto solare termico sono: ‐i collettori o pannelli, che hanno il compito di raccogliere il calore del sole; ‐ un bollitore (serbatoio o boiler), che serve ad accumulare l’acq a calda prodotta dall’impianto l’acqua calda prodotta dall’impianto, ‐un circuito idraulico, che trasferisce il calore dai collettori al bollitore e quindi all’impianto ACS e di Riscaldamento ( se bollitore e quindi all impianto ACS e di Riscaldamento ( se previsto) ‐un circuito elettrico (per impianti a circolazione forzata), che comprende un circolatore e una centralina di regolazione della temperatura.

Componenti impianto

Fonte:Â Wagner&Co

Collettore Un collettore solare trasforma la radiazione solare in calore e si Un collettore solare trasforma la radiazione solare in calore e si distingue così da un pannello fotovoltaico, che trasforma la luce del sole in corrente elettrica.

L’elemento principale è ll’assorbitore assorbitore, che ha la funzione che ha la funzione di assorbire la radiazione solare incidente a onde corte e di trasformarla in calore (trasformazione fototermica).

Collettore Solitamente è composto da un metallo con buona capacità di Solitamente è composto da un metallo con buona capacità di condurre il calore (per esempio il rame) e dovrebbe riuscire a trasformare il più completamente possibile la radiazione solare in calore.

Al giorno d’oggi nella maggior parte dei collettori vengono impiegati assorbitori dotati di no strato seletti o Attra erso tale processo si assorbitori dotati di uno strato selettivo. Attraverso tale processo si raggiunge un alto grado di assorbimento (α > 0,95), nel range delle lunghezza d’onda della radiazione solare. A ciò spesso si abbina un lunghezza d onda della radiazione solare. A ciò spesso si abbina un basso fattore di emissività (ɛ < 0,1) nelle lunghezze d’onda della radiazione termica, che permette cioè di trattenere l’energia termica assorbita. Gli strati selettivi possono essere ottenuti con procedimento galvanico (cromo, alluminio con pigmentazione al nickel) oppure applicati sotto vuoto (per esempio Tinox o Cermet). nickel) oppure applicati sotto vuoto (per esempio Tinox o Cermet)

Collettore Un buon contatto termico tra l Un buon contatto termico tra l’assorbitore assorbitore e un fluido e un fluido termovettore in circolazione (per esempio acqua, glicole oppure aria) permette la cessione del calore al fluido termovettore )p e di conseguenza il trasporto fuori dal collettore del calore pronto per essere usato.

Per ridurre le dispersioni termiche e per migliorare il rendimento del collettore, l’assorbitore viene provvisto di una copertura trasparente t t t frontale, mentre lateralmente e sul retro viene coibentato. sul retro viene coibentato.

Flussi di Energia

Tipi di Collettore Collettori solari piani Collettori solari piani I collettori solari piani sono la tipologia attualmente pi p ù diffusa. Quelli vetrati Q sono essenzialmente costituiti da una copertura in vetro, una piastra captante isolata termicamente nella parte inferiore e lateralmente contenuti all’di una cassa metallica o plastica metallica o plastica.

Quelli scoperti sono normalmente in materiale plastico direttamente esposti p p alla radiazione solare. L’utilizzo di quest’ultimi di norma limitato al riscaldamento dell’acqua di piscine. ld d ll’ d

Tipi di Collettore IlIl circuito interno di un collettore piano può essere ad arpa o a circuito interno di un collettore piano può essere ad arpa o a serpentina.

Da un lato i collettori ad arpa favoriscono meglio la circolazione, e presentano meno rischi di strozzature o otturazioni; dall’altro lato i collettori a meandro q ando installati in serie hanno na resa più collettori a meandro, quando installati in serie, hanno una resa più uniforme rispetto ai collettori ad arpa.

Collettori a meandro

Collettori ad arpa

collettore piano con i tubo a meandro

collettore piano con i tubo griglia g g o Arpa

C ll tt i l i tt Collettori solari sottovuoto t

Nei collettori a tubi sottovuoto ogni striscia di assorbitore è inserita in un tubo i ll i bi i i i di bi èi i i b di vetro in cui è stato creato il vuoto. Questo comporta un’ottima coibentazione che rende possibile il raggiungimento di temperature di lavoro p gg g p anche nel campo del calore per processi industriali.

Tecnologie l La classificazione principale La classificazione principale nei sistemi nei sistemi a bassa bassa temperatura riguarda il sistema di circolazione del fluido nel circuito primario: a circolazione naturale (riscaldamento, ACS) a circolazione forzata (ACS più riscaldamento)

Impianti a circolazione naturale Negli impianti a circolazione naturale la circolazione tra N li i i ti i l i t l l i l i t collettore e serbatoio di accumulo viene determinata dal principio di gravità dal principio di gravità.

Il fluido termovettore si riscalda all’interno del collettore ed essendo più leggero del fluido freddo, quindi presenta una differenza di densità, si instaura una circolazione naturale. Il fl id i ld t d il l ll’ t t l fluido riscaldato cede il suo calore all’acqua contenuta nel serbatoio e ricade nel punto più basso del circuito del collettore.

Negli impianti a circolazione naturale il serbatoio si deve trovare quindi in un punto più alto del collettore.

Impianti a circolazione forzata Un impianto a circolazione forzata è formato da un collettore solare a sé stante, connesso attraverso un circuito con un serbatoio localizzato nell’edificio. All’interno del circuito solare si trova acqua o un fluido termovettore antigelo. Una pompa provvede a far circolare il fluido tra il sistema di accumulo ed il collettore. circolare il fluido tra il sistema di accumulo ed il collettore La pompa di circolazione del circuito solare è attivata da un p p regolatore differenziale di temperatura. Quando la temperatura all’interno del collettore è superiore alla temperatura di riferimento impostata nel serbatoio di accumulo. Il calore viene quindi l b d l l l d trasportato al serbatoio di accumulo e ceduto all’acqua sanitaria mediante uno scambiatore di calore mediante uno scambiatore di calore.

Impianti a circolazione forzata

Tecnologie l

Tecnologie l Una variante degli impianti a Una variante degli impianti a circolazione forzata sono i sistemi detti “a svuotamento”.

Tali impianti consentono, appunto, di svuotare collettori e tubazioni in un serbatoio di recupero aggiuntivo. Sono utili in climi molto freddi per evitare che i liquidi si ghiaccino mentre alle nostre i liquidi si ghiaccino, mentre alle nostre latitudini possono evitare che i collettori si danneggino se sottoutilizzati nei gg giorni con maggior radiazione solare.

APPLICAZIONI p g p Un impianto solare termico è generalmente utilizzato per produrre Acqua Calda Sanitaria. Con un tale impianto può essere soddisfatto dal 60‐90% del fabbisogno totale.

Tali impianti possono essere utili anche per il riscaldamento degli ambienti Lo svantaggio principale di questa degli ambienti. Lo svantaggio principale di questa applicazione è che, a differenza dell’ACS il cui fabbisogno è g g costante nelle stagioni, il riscaldamento degli ambienti serve maggiormente quando c’è meno sole.

Se per la produzione di acqua calda il solare termico riesce a tagliare i consumi del 60‐90%, ai fini del riscaldamento li i i d l 60 90% i fi i d l i ld degli ambienti può soddisfare al massimo il 40% del fabbisogno. fabbisogno

APPLICAZIONI Un impianto che fornisca anche calore per il Un impianto che fornisca anche calore per il riscaldamento deve essere necessariamente a circolazione forzata.

In genere sono consigliati collettori molto efficienti, soprattutto in caso di scarsa insola ione meglio d nq e q elli a t bi insolazione: meglio dunque quelli a tubi sottovuoto. I pannelli, visto che devono lavorare molto durante le stagioni nelle lavorare molto durante le stagioni nelle quali il sole è più basso all'orizzonte, vengono montati con inclinazioni leggermente più accentuate rispetto ai sistemi utilizzati per la sola produzione di acqua calda acqua calda.

Analisi del fabbisogno di acqua calda Negli edifici residenziali il fabbisogno termico per la produzione di acqua calda rimane costante nel corso dell’anno.

Solitamente il consumo giornaliero pro capite di acqua calda a 45 °C viene stimato intorno a queste cifre: viene stimato intorno a queste cifre: /(p /g ) •comfort basso 35 l/(persona/giorno) •comfort medio 50 l/(persona/giorno) •comfort alto 75 l/(persona/giorno) Nel caso si vogliano collegare all’impianto solare anche la lavatrice e la lavastoviglie il fabbisogno deve essere aumentato di: la lavastoviglie, il fabbisogno deve essere aumentato di: •lavatrice 20 l/giorno (1 lavaggio al giorno) /g ( gg g ) •lavastoviglie 20 l/giorno (1 lavaggio al giorno)

Negli edifici con funzione ricettiva il fabbisogno di acqua calda è strettamente dipendente dalla presenza di clienti.

Il calcolo del fabbisogno giornaliero viene eseguito sulla presenza Il calcolo del fabbisogno giornaliero viene eseguito sulla presenza media di persone nel periodo compreso tra maggio e agosto, e su q questo dato si effettua il dimensionamento dell’impianto. I valori di p riferimento per il fabbisogno giornaliero medio pro capite sono qui riportati: ostello della gioventù 35 l/(persone e giorno) /( ) standard semplice 40 l/(persone e giorno) standard alto 50 l/(persone e giorno) standard alto 50 l/(persone e giorno) Standard molto alto 80 l/(persone e giorno) Se la struttura offre anche servizio cucina, il fabbisogno di acqua , g q calda aumenta indicativamente in questo modo: pasto semplice 10 l/(giorno e pasto) pasto a più portate 15 l/(giorno e pasto) ù l/( )

Dimensionamento Le variabili principali di cui si tiene conto nel dimensionare Le variabili principali di cui si tiene conto nel dimensionare l'impianto sono il fabbisogno di acqua calda sanitaria nei diversi mesi dell'anno (ed eventualmente di riscaldamento) e la quantità di radiazione solare disponibile in quella zona, strettamente correlata con la latitudine.

Un impianto solare termico non iene mai progettato per coprire il Un impianto solare termico non viene mai progettato per coprire il fabbisogno totale di ACS durante tutto l'anno per un discorso di convenienza economica: l'aumento della spesa per questo convenienza economica: l aumento della spesa per questo impianto sarebbe elevate con una produzione di acqua calda in estate in eccesso.

L'impianto si progetta dunque cercando di coprire il 100% del fabbisogno nei soli mesi estivi e il 60‐70% sui consumi medi annuali. annuali

Dimensionamento Se ci riferiamo a impianti destinati a soddisfare oltre al fabbisogno Se ci riferiamo a impianti destinati a soddisfare oltre al fabbisogno di ACS anche quello di riscaldamento per gli ambienti, i calcoli si modificano. In questo caso l'impianto viene dimensionato q p in modo da soddisfare il 30‐40% del fabbisogno di calore necessario per gli ambienti.

Un modo semplice per farsi un'idea del dimensionamento è considerare che la stessa quantità di collettori necessaria al fabbisogno di ACS di una persona può scaldare 10 metri quadrati di fabbisogno di ACS di una persona, può scaldare 10 metri quadrati di abitazione con sistemi a bassa temperatura come i pannelli radianti.

Per questi impianti anche il bollitore va dimensionato di q p conseguenza: indicativamente 50‐70 litri in più per ogni metro quadro di collettori piani vetrati o per ogni 0,75 metri quadrati di collettori a tubi sottovuoto. ll b

Dimensionamento Per una situazione con orientamento ideale (sud, inclinazione 30°) si e u a s tua o e co o e ta e to dea e (sud, c a o e 30 ) s utilizzano i valori di riferimento di seguito riportati per dimensionare la superficie del collettore. Questa viene quindi calcolata in relazione al f bbi fabbisogno giornaliero di acqua calda. i li di ld Zone in Italia valori di riferimento per il dimensionamento p Nord 1,2 m2/(50 l/giorno) Centro 1,0 m2/(50 l/giorno) Sud 0 8 m2/(50 l/giorno) Sud 0,8 m2/(50 l/giorno) Questi valori di dimensionamento permettono di coprire completamente il fabbisogno durante i mesi estivi, cioè in estate tutta l’acqua calda sanitaria viene riscaldata dall’impianto solare. Calcolato su tutto l’anno, il risparmio energetico ottenuto è di circa 50‐80% risparmio energetico ottenuto è di circa 50‐80%.

Dimensionamento I valori in tabella devono essere ridotti del 30 % nel caso in cui si usino colletori a tubi sottovuoto.

– I valori riportati sono valori indicativi. La superficie reale dei collettori è da calcolare effettivamente sulle dimensioni dei moduli esistenti Differenze di ±20 % possono essere considerate non esistenti. Differenze di ±20 % possono essere considerate non problematiche.

– I valori di riferimento valgono per collettori piani. Per collettori a g p p tubo sottovuoto sono sufficienti i 2/3 della superficie calcolata.

– Per il dimensionamento dei collettori nelle strutture ricettive b bisogna utilizzare il valore medio del fabbisogno giornaliero di l l l d d l f bb l d acqua calda calcolato nei mesi da maggio ad agosto.

Dimensionamento del serbatoio Il serbatoio serve a equilibrare la differenza temporale tra la presenza dell’irraggiamento e l’utilizzo dell’acqua calda. Serbatoi dall’ampio volume permettono di superare periodi anche lunghi di brutto tempo, tuttavia causano anche maggiori dispersioni di calore Il volume del tuttavia causano anche maggiori dispersioni di calore. Il volume del serbatoio corrisponderà circa a 50 ‐ 70 l/(m² superficie di collettore piano).

Negli impianti con riscaldamento ausiliare integrato nel il volume in temperatura, cioè la parte di serbatoio che viene mantenuta sempre alla temperatura desiderata per l’acqua calda, viene sempre calcolato secondo il fabbisogno giornaliero di acqua calda. Dovrebbe aggirarsi sui 20 l/persona Quando si effettua il dimensionamento di grandi sui 20 l/persona. Quando si effettua il dimensionamento di grandi impianti, bisogna calcolare il volume da tenere in temperatura (p (spesso si tratta di un secondo serbatoio più piccolo) tenendo conto p p ) anche della potenza della caldaia.

Scambiatori di calore del circuito solare Negli impianti semplici, come di norma sono quelli delle case unifamiliari, si preferisce solitamente impiegare all’interno del serbatoio scambiatori di calore a tubi lisci o corrugati. Negli impianti più grandi si utilizzano scambiatori di calore esterni a piastre o a fasci di tubi piastre o a fasci di tubi.

La superficie dello scambiatore di calore dovrebbe essere circa 0,4 m2/(m2 m /(m superficie superficie del collettore). del collettore).

Per gli impianti più grandi si calcola la potenza massima che i collettori possono trasmettere e a seconda di questa potenza si sceglie un adeguato scambiatore di calore esterno.

Collettori solari per piscine Si tratta di strati di tubi flessibili Si tratta di strati di tubi flessibili che fungono che fungono da collettore.

Per un corretto dimensionamento dell’impianto solare si deve considerare che necessitano circa il 70‐80% di mq di collettori solari rispetto ai mq di superficie della piscina solari rispetto ai mq di superficie della piscina.

N l di i i il ll d ll' Nel caso di piscine coperte il collettore deve essere posto all'esterno ed occupa sicuramente una superficie abbastanza ampia in funzione dei metri cubi d acqua da riscaldare. Occorre tenere presente che nel dei metri cubi d'acqua da riscaldare Occorre tenere presente che nel caso di piscine, il salto termico non deve essere grande a livello di 30‐40 gradi come per il riscaldamento dell'acqua sanitaria. Quì bastano pochi gradi per rendere la temperatura accettabile

Collettori solari per piscine L impianto è costituito da un L'impianto è costituito da un collettore con i soliti tubi in rame saldati sull'assorbitore verniciato di nero opaco. Nel collettore circola direttamente l'acqua della piscina attraverso una pompa nel circuito di mandata Il ritorno è costituito mandata. Il ritorno è costituito già da acqua riscaldata e come succede in qualsiasi impianto q p termico, il tutto è controllato da una centralina di regolazione delle temperature. l d ll