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Impianti termoidraulici con pompe di calore abbinate a collettori solari termici

Analisi di alcuni modelli di impianti solari termici e pompe di calore. Simulazione con Excel del comportamento degli impianti funzionanti in parallelo nell'arco di un anno per soddisfare il fabbisogno energetico di una villetta per il riscaldamento e la produzione di ACS.
Considerando un impianto termoidraulico destinato a coprire solo il fabbisogno di acqua calda sanitaria è possibile utilizzare una pompa di calore di taglia ridotta quindi più economica che dovrà fornire energia all’accumulo nei periodi di bassa insolazione. Questa soluzione permette di soddisfare il fabbisogno per oltre l’80% con i pannelli solari e questo determina una considerevole riduzione dei consumi e quindi di emissione di CO2, ma l’impianto risulta costoso, la pompa di calore fornisce solamente il 10% circa dell’energia richiesta ed è comunque necessaria una fonte ausiliaria per coprire i picchi.

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Tesi di Laurea, Università degli Studi di Pisa, Anno Accademico 2012- 2013

Pubblicato
da Alessia De Giosa
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Estratto del testo
Università degli studi di Pisa Facoltà di Ingegneria Tesi per il conseguimento della laurea specialistica in ingegneria energetica
Ricerca e sviluppo su impianti termoidraulici con pompe di calore abbinate a collettori solari termici Tutori: Dott. Ing. Walter Grassi Dipartimento di energetica Lauri Daniele Vicepresidente della Sunerg Solar Candidato: Alessio Caposciutti Anno accademico 2012/2013 Caposciutti Alessio 2 Caposciutti Alessio 3 Dedicato ad Anna Mazza e Mario Caposciutti Caposciutti Alessio 4 Caposciutti Alessio 5 INDICE Introduzione .................................................................................................................................... 6 Il riscaldamento degli ambienti ........................................................................................................ 8 L''acqua calda sanitaria ................................................................................................................. 10 Pompe di calore ............................................................................................................................ 11 Pannelli solari termici .................................................................................................................... 17 Caso studio ................................................................................................................................... 26 Bilancio energetico del serbatoio .................................................................................................. 29 Implementazione delle normative di riferimento ............................................................................ 32 Calcolo del ''energia ottenuta dai pannel i solari termici ................................................................. 38 Conclusioni ................................................................................................................................... 45 Bigliografia .................................................................................................................................... 53 Caposciutti Alessio 6 Introduzione La società odierna per soddisfare i propri bisogni necessita di un'enorme quantità di energia e questa domanda, anche se in Italia è in leggero calo negli ultimi anni, a livello globale è in continua crescita. L''energia utilizzata negli edifici è originata quasi totalmente da combustibili fossili, una fonte destinata ad esaurirsi, per questo motivo il loro approvvigionamento è uno dei problemi fondamentali della nostra epoca. Sono già in atto massicci investimenti sul e fonti d''energia alternative come il solare, l''eolico, le biomasse l''idroelettrico e il geotermico per far fronte al ''aumento vertiginoso del a richiesta di energia da parte dei paesi in via di sviluppo come Cina, India e Sud America, ma anche per rispondere ai problemi causati dal ''elevato impatto ambientale caratteristico dei tradizionali metodi di produzione energetica. Nella seguente tabella sono riportate le quantità di energia impiegate nel territorio italiano: Attualmente oltre un terzo del ''energia utilizzata in Italia è destinata agli utilizzi civili (46,621 Mtep) Per fornire ai cittadini corrente elettrica, riscaldamento e acqua calda sanitaria. In previsione di un futuro in cui si farà enorme attenzione al risparmio energetico, la presente relazione ha come obbiettivo l''analisi di metodi per ridurre l''utilizzo di fonti d''energia fossili necessarie a coprire il fabbisogno di industrie e civili abitazioni. Caposciutti Alessio 7 Visto l''aumento generale che le bol ette hanno subito negli ultimi anni, investimenti per la riqualificazione energetica degli edifici possono risultare estremamente convenienti per i privati se usufruiscono degli sgravi fiscali messi a disposizione dallo stato, inoltre questo tipo di interventi costit uirebbe un volano economico che potrebbe far ripartire l''indotto del ''edilizia in Italia. Con un impianto termodinamico adeguato che sfrutta l''energia solare e l''energia latente del ''aria si può rendere un edificio indipendente dal metanodotto con un conseguente risparmio sui costi di gestione Verranno in seguito analizzate tecnologie utilizzabili contemporaneamente per ottenere acqua
calda e climatizzazione degli ambienti. Caposciutti Alessio 8 Il riscaldamento degli ambienti Nella maggior parte degli edifici è necessario un impianto per il riscaldamento degli ambienti nel
periodo invernale per permettere il normale svolgimento delle attività umane e aumentare la qualità
della vita delle persone. A tale scopo le tecnologie classiche si basano sul consumo di combustibili
come legname, carbone, gas naturale, e derivati del petrolio, i quali con la loro combustione
sprigionano l''energia termica necessaria a riscaldare l''ambiente circostante oppure a riscaldare un
fluido termovettore (aria, acqua o vapore) che verrà distribuito in circuiti con appositi terminali
(termosifoni, ventilconvettori, pannel i radianti') per il riscaldamento di interi edifici.
Ogni edificio ha un proprio fabbisogno di energia
termiche che dipende da molti fattori.
La geometria e quindi le dimensioni degli
ambienti influenzano direttamente la superficie di
scambio termico tra interno ed esterno del ''edificio, inoltre bisogna prestare particolare
attenzione ai ''ponti termici' ovvero a
conformazioni del ''involucro (spigoli, pilastri,
balconi, aggetti') che favoriscono le dispersioni
termiche.
I materiali che compongono la struttura
determinano l''isolamento termico, il quale è
strettamente legato alla conducibilità delle pareti.
Le condizioni climatiche esterne ovviamente
fanno variare la richiesta di energia, bisogna
quindi prestare attenzione alle temperature
medie stagionali della località in esame e anche
al l''insolazione sul e pareti e sulle finestre. Il numero delle persone che frequentano
l''edificio e le loro azioni svolte determinano gli apporti di calore interni, infatti ogni persona emette una certa quantità di calore e anche
l''il uminazione elettrica e gli elettrodomestici costituiscono fonti di energia termica.

La normativa indica le seguenti formule per il calcolo del ''energia termica necessaria:
Il calcolo dettagliato di questi valori esula dallo scopo di questa relazione.
Caposciutti Alessio 9
In generale ogni edificio può essere classificato in base al a sua richiesta d''energia secondo un
semplice criterio che li raggruppa in classi come illustrato nella tabella seguente:

La trasmittanza media pesata del e pareti del ''edificio U med [W/m 2*°C ] può essere presa come indicatore del a qualità del ''isolamento termico del o stabile in esame e moltiplicandola per la
superficie disperdente del ''edificio e per la differenza tra la temperatura di benessere e la temperatura di progetto possiamo calcolare la potenza di picco necessaria a scaldare l''abitazione.
( ) Fabbisogno
[kWh/m 2*anno] Classe energetica < 20,888 Classe A+ < 32,776 Classe A < 47,664 Classe B < 65,552 Classe C < 80,440 Classe D < 107,216 Classe E < 148,881 Classe F >= 148,881 Classe G Caposciutti Alessio 10 L''acqua calda sanitaria Con l''acronimo ACS si indica l''acqua calda sanitaria ovvero l''acqua che sgorga dai rubinetti e dalle docce utilizzabile per la cucina e l''igiene personale e del ''immobile. Spesso quest''acqua non ha una temperatura gradevole, soprattutto nei mesi invernali, quindi prima di essere utilizzata dalle persone deve essere prima riscaldata a una temperatura che oscilla dai dai 35 ai 55°C a seconda del a tipologia d''impianto, del e abitudini degli utenti e del a zona climatica dove è situato l''impianto. Le classiche tecnologie impiegate sono gli scaldabagni a resistenza elettrica o le caldaie a combustibile fossile (solitamente metano, GPL o gasolio). L''attenzione che si pone sempre di più verso il risparmio energetico ci ha portati a valutare nuove tecnologie per ottenere acqua calda a temperature relativamente basse, in quanto dal punto di vista exergetico è un enorme spreco utilizzare fonti d''energia versatili come corrente elettrica e gas metano per ottenere una sorgente termica come l''ACS, la quale potrebbe essere ricavata anche dal recupero di calore residuo di altre attività umane. Il boom economico dei decenni passati ha portato gli utenti ad abituarsi a tecnologie basate sui combustibili fossili e sugli sprechi, anche perché fino a 10 anni fa le spese per le bollette non gravavano cosi tanto sui bilanci economici familiari e del e aziende, ma oggi, con l''aumento dei prezzi delle materie prime, si rende necessario ricorrere a impianti che sfruttino sorgenti più economiche anche a fronte di investimenti iniziali superiori. Una pompe di calore, una caldaia a pellet o un impianto solare termico infatti costano molto di più della semplice caldaia a metano, ma hanno il vantaggio di avere costi di gestione più ridotti: A parità di riscaldamento ottenuto, il pellet costa un terzo del metano, le pompe di calore possono essere alimentate in parte da pannelli fotovoltaici e i pannelli solari termici sfruttano la gratuita energia solare. Caposciutti Alessio 11 Pompe di calore La pompa di calore è una macchina capace di trasferire energia termica da una sorgente a temperatura più bassa (aria esterna, acqua di falda, acque superficiali, suolo, calore residuo) ad una a temperatura più alta, utilizzabile dal ''uomo, con il solo apporto di energia elettrica. Il trasferimento avviene per mezzo di un circuito frigorifero: se il funzionamento è di tipo reversibile, l''unità può funzionare anche come macchina frigorifera. Il refrigerante utilizzato è un fluido di lavoro che percorrendo il ciclo frigorifero subisce dei cambiamenti di stato rendendo possibile il trasferimento del calore dalla sorgente a temperatura più bassa a quella a temperatura più alta. Il ciclo si compone di quattro fasi che si ripetono: evaporazione, compressione, condensazione, espansione. L''evaporatore è uno scambiatore di calore nel quale avviene l''evaporazione del fluido refrigerante con sottrazione di calore alla sorgente (acqua, aria, suolo), in condizioni di bassa temperatura e pressione. Il compressore è un dispositivo posto tra evaporatore e condensatore che compie un lavoro sul fluido refrigerante, mantenendolo in circolazione nel circuito e dandogli un apporto aggiuntivo di energia, sotto forma di pressione e temperatura. Il condensatore è un altro scambiatore di calore nel quale avviene la condensazione del fluido refrigerante con conseguente cessione di calore al mezzo di contatto (acqua, aria). Tramite la valvola di espansione il fluido Refrigerante si espande per laminazione per poi ritornare al ''evaporatore e di ricominciare il ciclo. Alla valvola di espansione compete inoltre anche una funzione di regolazione. Una valvola a quattro vie, detta valvola di inversione ciclo, l''evaporatore ed il condensatore invertono la loro funzione: la pompa di calore inizia a funzionare come refrigeratore e viceversa. Se tutte le componenti della pompa di calore sono assemblate in modo compatto in un involucro o in un telaio si parla di pompa di calore ''compatta', se invece ci sono due componenti dislocate separatamente si parla di ''split'. Per una pompa di calore aria-acqua, la sezione evaporante è collocata al ''esterno del ''edificio, mentre la sezione condensante è col ocata al ''interno. Caposciutti Alessio 12 Di seguito sono riportati alcuni dettagli delle pompe di calore analizzate alla Sunerg Solar e i relativi schemi d''impianto. Sono state analizzate i seguenti modelli di pompe di calore splittate da abbinare a bollitori con singolo o doppio serpentino Collegando la PdC ad un serpentino e il circuito solare ad un altro si riesce a sfruttare la stratificazione e l''acqua calda accumulata può essere usata anche per il riscaldamento degli ambienti a patto che l''edificio sia dotato di terminali a bassa temperatura. L''unità esterna è composta essenzialmente da un radiatore nel quale scorre il fluido frigorigeno che scambia calore con l''aria esterna grazie a uno o più ventilatori. L''unità interna invece è composta essenzialmente da un compressore e uno scambiatore di calore che permette di trasferire energia termica dal fluido frigorigeno al ''acqua che andrà poi a servire le utenze. Di seguito sono riportati degli esempi di schemi di funzionamento: Caposciutti Alessio 13 Durante la stagione fredda il fluido frigorigeno viene riscaldato per compressione fino alla sua condensazione e poi pompato agli scambiatori di calore del ''unità interna. In questo modo fornisce calore al ''accumulo di ACS e al ''accumulo che fornirà l''acqua ai pannel i radianti e ai fancoils. Dopo che il fluido ha ceduto gran parte della sua energia termica viene pompato verso un separatore e poi verso una valvola di laminazione grazie alla quale si espanderà e si raffredderà fino a una temperatura inferiore a quella del l''aria esterna. A questo punto il fluido attraversa il radiatore del ''unità esterna nel quale assorbirà calore dal ''aria soffiata tra le alette dai ventilatori. In questo modo è possibile sottrarre calore dal ''aria anche se c''è un clima rigido e quindi sfruttare l''energia termica contenuta nel ''aria. Il fluido frigorigeno evapora e viene inviato nuovamente al compressore del ''unità interna dove ricomincerà il ciclo termodinamico. Durante la stagione calda il fluido frigorigeno viene compresso allo stesso modo e viene pompato una parte verso lo scambiatore di calore per la produzione di ACS e un''altra parte verso il radiatore del ''unità esterna. Il fluido compresso raggiunge temperature più alte di quel e del ''aria esterna quindi grazie ai ventilatori si potrà dissipare il calore verso l''esterno del ''abitazione fino a che il Caposciutti Alessio 14 fluido non si condenserà. A questo punto il fluido passa attraverso il separatore e poi attraverso un''altra valvola di laminazione grazie alla quale si espanderà e si raffredderà a tal punto da poter refrigerare l''acqua del ''accumulo dei pannel i radianti e dei fancoil. Il fluido freddo passa attraverso lo scambiatore di calore a sinistra e asporterà calore al ''acqua fino a riscaldarsi ed evaporare dopodichè verrà spinto nuovamente verso il compressore nel quale ricomincerà il ciclo. Questa pompa di calore consente uno sfruttamento ottimale del ''energia durante tutto l''anno. In particolare il calore sottratto dagli ambienti durante la climatizzazione estiva viene in parte recuperato per la produzione di ACS. Insorgono problemi per climi particolarmente freddi in cui il coefficiente di prestazione si abbassa notevolmente soprattutto se nel ''abitazione non ci sono pannelli radianti a pavimento. Caposciutti Alessio 15 L''efficienza di una pompa di calore per funzionamento in riscaldamento si misura tramite il COP (Coefficient of Performance) cioè il Coefficiente di prestazione, il quale è definito dal rapporto tra l''energia termica prodotta e l''energia elettrica assorbita, entrambe misurate in KWh, rilevate in laboratorio in condizioni normalizzate. Per quanto riguarda il funzionamento in raffrescamento, si parla di EER (Energy Efficiency Ratio) ovvero rapporto di efficienza energetica,. Il parametro è definito dal rapporto tra l''energia frigorifera prodotta e l''energia elettrica assorbita, entrambe misurate in kWh, rilevate in laboratorio in condizioni normalizzate. Caposciutti Alessio 16 Il r apporto tra l''ammontare di energia termica prodotta dal a pompa di calore e l''ammontare di energia elettrica assorbita nel ''arco di un anno è definito come Coefficiente di Lavoro Annuo, il quale è un parametro specifico di funzionamento per ogni impianto. Nelle pompe di calore che usano come sorgente esterna l''aria è necessaria una periodica fase di rimozione di brina e ghiaccio: lo sbrinamento avviene inviando calore al ''evaporatore per mezzo di una momentanea inversione del ciclo. Esercizio monovalente Quando la pompa di calore copre il 100% del fabbisogno termico richiesto si parla di ''esercizio monovalente', mentre se, al di sotto di una certa temperatura (punto di bivalenza) del ''ambiente esterno, la pompa di calore viene affiancata da un altro generatore funzionante in parallelo si parla di ''esercizio bivalente'. Spesso si utilizza un accumulo tampone di acqua calda in cui stoccare l''energia termica in eccesso prodotta dalla pompa di calore. Negli impianti idronici, cioè quelli che riscaldano o raffredd ano l''ambiente interno, il fluido di scambio è semplice acqua che viene inviata ai terminali di impianto oppure viene impiegata come acqua calda sanitaria. Il fl uido di scambio con l''esterno dipende invece dal a fonte di energia esterna: se il calore viene scambiato con l''aria esterna il fluido di scambio è l''aria stessa; nel caso di pozzi o falde acquifere, il fl uido di scambio è l''acqua stessa in caso di utilizzo diretto oppure acqua miscelata a glicole in un circuito intermedio. Nel caso in cui l''energia sia scambiata con il terreno il fluido di scambio è acqua glicolata che fluisce in un circuito intermedio disposto orizzontalmente o verticalmente in profondità nel terreno. I fluidi di scambio con gli ambienti, esterno ed interno, determinano anche la denominazione delle pompe di calore, che vengono identificate con due nomi: il primo indicativo del mezzo di scambio con l''esterno ed il secondo indicativo del mezzo di scambio con l''ambiente da climatizzare. Una pompa di calore aria-acqua è una pompa di cal ore che ha l''aria come mezzo di scambio esterno e l''acqua come mezzo di scambio con l''ambiente interno. In funzione dei mezzi di scambio si ha una prima classificazione delle pompe di calore, distinte in aria-acqua, acqua-acqua, terra-acqua o aria-aria. Dato che le pompe di calore utilizzano comunque energia elettrica prodotta a monte nella maggior parte dei casi da centrali elettriche tradizionali che bruciano fonti fossili, si ricorre al TEWI (Total Equivalent Warming Impact) cioè a un parametro che misura l''impatto ambientale di un sistema di climatizzazione in relazione al surriscaldamento globale. Il parametro tiene conto sia del ''apporto diretto del refrigerante, sia del ''apporto indiretto del e emissioni di CO2 causate dalla produzione di energia termica/frigorifera. Caposciutti Alessio 17 Pannelli solari termici I pannelli solari termici I componenti di un classico impianto solare termico sono i pannelli captanti, i serbatoi di accumulo, gli scambiatori di calore, i vasi d''espansione, le pompe di circolazione e le varie valvole necessarie al circuito idraulico.I piccoli impianti domestici spesso hanno un solo pannello e un solo serbatoio accumulo. L''energia solare viene captata dal pannello, il quale la trasferisce ad un fluido termovettore che scorre in una serpentina interna al pannel o riscaldandosi per poi fluire in un''altra serpentina interna al serbatoio. Questa serpentina costituisce lo scambiatore di calore che consente al fluido termovettore di cedere calore al ''acqua contenuta nel serbatoio e che poi sarà pompata fino al e utenze. Il sistema può avere due tipi di circolazione: forzata o naturale. Circolazione forzata.
E'' il caso in cui una pompa spinge il fluido termovettore attraverso il circuito solare. La centralina (o rtegolatore) fa riferimento a vari sensori di flusso e temperatura per regolare le accensioni e gli spegnimenti delle pompe. Nello schema sopra riportato è presente solo la pompa del circuito solare ma ci sono alcune soluzioni impiantistiche che prevedono anche una o più pompe nel circuito del ''acqua da destinare al e utenze. La circolazione del fluido termovettore avviene con l'aiuto di pompe solo quando nei pannelli il fluido vettore si trova ad una temperatura più elevata rispetto a quella dell'acqua contenuta nei serbatoi di accumulo. Per regolare la circolazione ci si avvale di sensori elettrici che confrontano la temperatura del fluido vettore nel collettore con quella nel serbatoio di accumulo (termocoppia). Caposciutti Alessio 18 Uno dei vantaggi del a circolazione forzata è dovuto al fatto che il serbatoio d''accumulo può essere ubicato ovunque anche se rimane consigliabile posizionarlo più vicino possibile ai pannelli e alla caldaia in modo da limitare le lunghezze dei tubi e quindi contenere le dispersioni termiche . Normalmente, il circuito idraulico collegato al pannello è chiuso e separato da quello dell'acqua che riscalda, posizionando una serpentina nel serbatoio come scambiatore di calore. Le serpentine possono anche essere due tre o quattro nel caso si voglia anche preriscaldare il fluido dell'impianto di riscaldamento tramite l'acqua del serbatoio o integrazione ad un termocamino o caldaia. Si può anche integrare una resistenza elettrica per riscaldare l'acqua in caso di insufficiente o assente (nelle ore notturne) irradiazione solare. Circolazione naturale
Questa soluzione obbliga a mettere il serbatoio in un punto rialzato rispetto ai collettori solari in quanto, per far circolare il fluido termovettore nel sistema solare, si sfrutta la convezione. Il liquido vettore riscaldandosi nel pannello solare si dilata e galleggia rispetto a quello più freddo presente nello scambiatore del serbatoio di accumulo spostandosi, quindi, nello scambiatore posto più alto rispetto al pannello solare cedendo il suo calore all'acqua sanitaria del secondario. Questa tipologia è più semplice di quella a circolazione forzata. Non esiste consumo elettrico dovuto alla pompa di circolazione e alla centralina solare differenziale presente nel sistema a circolazione forzata. Il fluido vettore usato nel circuito primario è glicole propilenico atossico (comunemente conosciuto come antigelo) miscelato con acqua in una percentuale tale da garantire un'adeguata resistenza al gelo. Il serbatoio viene disposto ad un'altezza maggiore di quella dei pannelli solari a cui è collegato e per ragioni estetiche è del tipo orizzontale ad intercapedine. La circolazione naturale, rispetto a quella forzata, risulta essere più sensibile alle perdite di carico del circuito primario e vengono, quindi, realizzati sistemi kit compatti ove il serbatoio di accumulo è situato molto vicino al pannello solare. Le serpentine possono anche essere due, nel caso si voglia anche preriscaldare l'acqua del serbatoio con integrazione ad un termocamino o caldaia. Si può anche integrare una resistenza elettrica per riscaldare l'acqua in caso di insufficiente o assente (nelle ore notturne) irradiazione solare. Un impianto a circolazione naturale con serbatoio esterno è adatto in regioni con temperature notturne non rigide. Attualmente viene fatta molta attenzione all'impatto visivo di tali sistemi colorando i serbatoi di color tegola oppure disponendoli direttamente a terra. Caposciutti Alessio 19 Sistemi a svuotamento
Simile a circolazione forzata, l'impianto si riempie solo quando è possibile o necessario. L'impianto funziona solo quando c'è sole e il serbatoio non ha raggiunto la temperatura desiderata, negli altri casi l'impianto rimane in condizione di riposo. La pompa svuota l'impianto se non c'è sole o se la temperatura dell'accumulo ha raggiunto la temperatura desiderata. Tipologie
I pannelli solari termici si possono suddividere in alcune tipologie costruttive: ' pannelli solari termici piani o non vetrati o scoperti o vetrati ' non selettivi ' selettivi o ad aria ' pannelli solari termici sottovuoto o tubo a U o heat pipe ' pannelli solari termici con serbatoio integrato ' pannelli solari termici a concentrazione Il collettore piano è il sistema più utilizzato per ottenere le basse temperature, cioè comprese fra i 50 °C e i 90 °C, che si ottengono facilmente facendo riscaldare al Sole superfici piane. Un collettore piano è costituito da: ' Una lastra trasparente di vetro (se si tratta di pannelli vetrati), che fa passare le radiazioni in arrivo e blocca quelle in uscita. ' Un assorbitore di rame, che è un buon conduttore di calore, in esso sono ricavati molti canali dove circola acqua o aria (nel caso del pannello piano vetrato ad aria). Il Sole scalda la piastra, che a sua volta scalda l'acqua o l'aria. ' Isolante termico, che impedisce la dispersione di calore. ' Cornice contenitiva di rifinitura esterna (opzionale). I pannelli solari termici piani non vetrati o scoperti sono privi di vetro; hanno il vantaggio di essere poco costosi e di avere un ottimo rendimento in condizioni ottimali di irraggiamento quando la temperatura esterna è alta. A causa della mancanza dell'isolamento il loro rendimento diminuisce Caposciutti Alessio 20 rapidamente al 'al ontanarsi dal e condizioni ottimali. L''acqua passa direttamente al ''interno dei tubi del pannello dove viene riscaldata dai raggi solari ed è pronta per essere usata. Il limite di questi pannelli è che, non essendo coibentati, funzionano con una temperatura ambiente di almeno 20 °C (al di sotto il bilancio tra energia accumulata ed energia dispersa è sfavorevole), e la temperatura massima del ''acqua non supera i 40 °C. Sono adatti perciò al solo uso stagionale ed esclusivamente per la produzione di acqua calda sanitaria, sono spesso impiegati nel riscaldamento delle piscine. I pannelli solari termici piani vetrati ad acqua (a volte insieme a liquido antigelo) hanno una struttura attorno all'assorbitore che ne limita le dispersioni sia per convezione con l'aria che per irraggiamento dato che il vetro che ricopre la parte superiore dell'assorbitore è progettato per questa funzione. Hanno un rendimento leggermente inferiore ai non vetrati in condizioni ottimali ma in condizioni meno favorevoli hanno un rendimento decisamente più alto arrivando a produrre acqua calda per uso sanitario circa da marzo a ottobre; i pannelli solari termici vetrati selettivi consistono in un particolare trattamento dell'assorbitore che lo rende più ricettivo al calore, per questo sono più efficienti nei periodi meno favorevoli, mentre quelli non selettivi hanno semplicemente l'assorbitore colorato di nero in modo da attirare maggiormente la radiazione solare. I pannelli solari termici piani ad aria fanno circolare al loro interno aria anziché acqua. L''aria viene fatta circolare tra vetro e assorbitore o, in alcuni casi, in una intercapedine ricavata tra l''assorbitore ed il fondo di poliuretano isolante. Questi ultimi sono studiati in modo tale che l'aria permanga più tempo possibile nel pannello solare poiché scambia più difficilmente il calore rispetto all'acqua. I pannelli solari termici sottovuoto sono in grado di garantire un maggiore apporto energetico anche in condizioni di basso irraggiamento o basse temperature esterne, esistono principalmente due tipi di collettori sottovuoto, detti anche collettori a tubi sottovuoto, quelli che contengono un tubo a U in cui circola direttamente il liquido che assorbe il calore e quelli Heat pipe che contengono un tubo in rame chiuso alle estremità contenente un liquido in bassa pressione che Caposciutti Alessio 21 evapora riscaldandosi e si condensa nella parte alta del tubo cedendo il calore all'acqua sovrastante. Caposciutti Alessio 22 Utilizzi
I pannelli solari possono essere utilizzati per fornire acqua calda e riscaldamento o per generare energia elettrica. Nel primo caso il serbatoio provvede a immagazzinare l'acqua domestica che viene messa a contatto con il fluido tramite una serpentina. La serpentina consente al fluido di trasferire all'acqua l'energia immagazzinata senza contaminare l'acqua. Questa acqua può essere utilizzata come acqua calda nelle abitazioni o può essere utilizzata per integrare il riscaldamento a pavimento degli ambienti. I pannelli solari termici sono in grado di fornire acqua calda in buone quantità ma non possono sostituire completamente gli usuali metodi di riscaldamento per via dell'incostanza dell'energia solare. Il secondo utilizzo prevede che lo scambiatore di calore sia riscaldato fino ad essere portato in ebollizione. Una volta che il liquido sia passato in fase gassosa lo si invia in una turbina termoelettrica che convertirà il movimento del gas in energia elettrica. Questo tipo di impianto è detto solare termodinamico e richiede ampi spazi per l'installazione dei pannelli solari e una presenza di sole costante. Esempi di queste centrali sono state installate in zone desertiche. Questi esperimenti non hanno avuto molto successo per via degli alti costi di realizzazione e di mantenimento rapportati alla bassa potenza elettrica generata e comunque esulano dal ''obiettivo di questa relazione. In Italia un impianto, in base all'ubicazione, alla taglia e all'utilizzo, si ammortizza nel giro di 5-10 anni e poiché la durata media di questi impianti è di 15-20 anni ne consegue che è un buon investimento a medio termine, escludendo eventuali sgravi fiscali o altre forme di agevolazione che rendano l'ammortamento più rapido. L'utilizzo dei pannelli solari per il riscaldamento dell'acqua, andando a sostituire una caldaia o uno scaldabagno elettrico ha come diretta conseguenza il risparmio di idrocarburi e di energia elettrica. Inoltre si evita l''emissione di CO2, di ossidi di zolfo, di azoto, e di pm10, si riducono le infrastrutture per il trasporto del 'energia da grandi distanze, ci si avvicina al ''indipendenza energetica (non dipendono dalla fornitura di carburante) e si evita l''immissione nell'ambiente di calore; Questa tecnologia è accessibile alla maggior parte dei cittadini grazie ai bassi oneri di realizzazione e smaltimento. Caposciutti Alessio 23 Integrazione nell'impianto idraulico
L'integrazione di un pannello solare in un impianto idraulico per la produzione di acqua calda sanitaria avviene solitamente secondo lo schema delle pagine precedenti. Il tubo di uscita del serbatoio è collegato a poca distanza ad una valvola termostatica che si occupa di miscelare l'acqua calda dell'accumulo con l'acqua fredda dell'impianto mantenendo in uscita acqua a temperatura costante (40-50 °C). Tale valvola è necessaria per tre motivi: ' Evitare il pericolo di ustioni degli utenti;
' Ridurre le dispersione di calore nelle tubature data l'elevata temperatura (per questo motivo la valvola non dovrebbe essere posta troppo distante dall'accumulo); ' Evitare il danneggiamento di una eventuale caldaia posta in serie al pannello solare. L'uscita della valvola termostatica è poi collegata ad una valvola deviatrice detta anche valvola a tre vie. Questa valvola ha un ingresso e due possibili uscite. A seconda della temperatura di ingresso si attiva l'una o l'altra uscita, ma mai contemporaneamente. Si adotta questa soluzione per far in modo che quando la temperatura è di circa 40 °C o superiore l'acqua venga direttamente immessa nel circuito dell'acqua calda sanitaria; in caso contrario viene inviata all'ingresso di una caldaia istantanea o ad accumulo, che la scalda fino alla temperatura desiderata prima di essere immessa nel circuito. La suddetta valvola deviatrice può essere azionata manualmente (valvola manuale), ad esempio nel periodo invernale o in lunghi periodi di scarso irraggiamento, oppure può essere controllata meccanicamente da un piccolo motore azionato da un sensore di temperatura, solitamente una termocoppia, posto all'interno dell'accumulo (valvola elettronica). Da notare che la caldaia per la produzione di acqua calda, da mettere in serie al pannello, deve essere in grado di regolare la fiamma se di tipo istantaneo, (cioè senza accumulo). Nel caso di caldaia ad accumulo la regolazione della fiamma e la sua accensione sono pilotate da un sensore di temperatura presente nell'accumulo, per cui non si richiede nessuna particolare predisposizione. La soluzione alternativa proposta da sunerg solar segue uno schema impiantistico più complesso riportato nella pagina seguente ma che porta alcuni vantaggi energetici, economici e strutturali. L''acqua al ''interno del boiler rimane isolata e ha una funzione esclusivamente di volano termico, nel senso che rimane sempre dentro il serbatoio e scambia calore con l''acqua da destinare al ''utenza mediante uno scambiatore a piastre esterno. Questo riceve l''acqua fredda proveniente dal ''acquedotto e la riscalda fino al a temperatura gradita dal ''utente. In questo modo non vi è il rischio che le persone vengano in contatto con acqua che potrebbe essere rimasta stagnante per molto tempo e nella quale potrebbero essersi sviluppati batteri nocivi. Inoltre dato che il serbatoio è a contatto sempre con la stessa acqua, è meno soggetto a fenomeni di fouling e corrosione e questo permette l''utilizzo di materiali meno costosi per la sua realizzazione. In questo modo si semplifica anche la manutenzione in quanto le incrostazioni calcaree si concentreranno nello scambiatore esterno. Caposciutti Alessio 24 1) Pannelli solari o collettori solari 2) Serbatoio d''accumulo o boiler solare 3) Gruppo di circolazione (comprende la pompa del circuito solare) 4) Centralina elettronica di controllo 5) Vaso d''espansione 6) Unità interna della pompa di calore split 7) Valvola deviatrice 8) Pannelli radianti (opzionali) 9) Valvola miscelatrice termostatica 10) Utenza di acqua calda sanitaria 11) Scambiatore a piastre esterno 12) Pompa di circolazione per lo scambiatore esterno 13) Valvola di sicurezza 14) Gruppo saracinesche per manutenzione 15) Saracinesca di col egamento al ''acquedotto 16) Degasatore e sonda termica Caposciutti Alessio 25 Pompe di calore abbinate ai pannelli solari termici Analizziamo adesso una versione semplificata del precedente schema impiantistico. Con una piccola pompa di calore compatta (in questo caso modello Sunerg Calor Top 300 ) possiamo affiancare i pannelli solari termici per la produzione di ACS in periodi di insolazione insufficiente. Tale pompa di Calore può essere installata in sostituzione del classico scaldabagno elettrico con un conseguente notevole risparmio sulla bolletta della corrente. La Calor top consiste in un accumulo di acqua riscaldata da una pompa di calore compatta che si trova sulla parte superiore del contenitore. ' possibile abbinarla ai pannelli solari termici per la produzione di ACS ma questa soluzione permette semplicemente di tenere spenta la pompa di calore quando c''è sole a sufficienza per coprire la richiesta energetica. Siccome lo scambiatore di calore è un serpentino che si avvolge lungo tutta l''altezza del recipiente non si riesce a sfruttare bene la stratificazione del ''acqua calda, quindi si è deciso di analizzare un modello di PdC split. Caposciutti Alessio 26 Caso studio Si vuole soddisfare il fabbisogno termico per produzione di ACS e riscaldamento degli ambienti di una villetta di 140 m 2 ad uso abitativo del centro Italia abitata da 4 persone. Dalla normativa risultano necessari quasi 50 litri pro capite di acqua calda sanitaria al giorno quindi 200 l/g, ma per evitare disservizi in caso di picchi di richiesta imprevisti si sovrastima la richiesta fino a 300 l/g durante il fine settimana. La curva della richiesta di ACS presa come riferimento segue una ciclicità giornaliera da lunedì a venerdì e cambia sabato e domenica per poi ripetersi settimanalmente. Di seguito è riportato l''istogramma che esprime la richiesta di litri di acqua calda sanitaria per ogni ora del giorno intesa come richiesta media plausibile. Da lunedì a venerdì (colonne scure) si suppone che gli utenti facciano uso della doccia la mattina con un picco di 70litri di ACS richiesti intorno alle ore 8 del mattino e un picco di 50 litri nelle ore serali. Nel fine settimana invece si ipotizza un uso della vasca da bagno con un picco di richiesta di ACS di 140litri e un altro picco di 60 litri verso sera per le docce. Per calcolare la potenza istantanea che il sistema dovrà fornire alle utenze sono necessari i seguentidati: Portata di ACS= mACS= 10 l/min= 1,667 kg/s Calore specifico del ''acqua= c H2O=4186 J/kg*K Temperatura del ''acqua del ''acquedotto= T in= 15°C Temperatura richiesta per l''ACS= T out= 45°C Caposciutti Alessio 27 Quindi la potenza è data dalla seguente equazione: ( ) Dalla quale si ricava una potenza di 20,93kW Per evitare di installare una pompa di calore di potenza eccessiva si preferisce ricorrere ad un accumulo di acqua che si riscalderà lungo l''arco del a giornata grazie al ''azione di pannel i solari termici e della PdC. L''accumulo fungerà anche da serbatoio per l''acqua necessaria al riscaldamento del ''edificio durante la stagione invernale. Le temper ature del ''ambiente esterno e l''irraggiamento solare per ogni ora del ''anno sono state prese dalle normative riferendosi alla località Città di Castello (PG), Umbria. La trasmittanza media del ''edificio (intesa come media ponderata tra la trasmittanza di muri e superfici vetrate) è un parametro impostabile e come prima approssimazione plausibile si è scelto 2,2 W/m 2*°C. Nel a località scelta come ubicazione del ''edificio (Città di Castel o in provincia di Perugia) le normative indicano una temperatura di progetto Tp = -2,76°C e se consideriamo una temperatura di benessere per gli utenti Tint = 20°C, con la seguente formula si calcola il fabbisogno termico di picco del ''edificio: ( ) Dai valori presi in considerazione ne risulta che la casa necessita di 5085W per mantenere le condizioni di benessere nei giorni più freddi del ''anno. Da notare che S indica la superficie laterale della villetta supponendo che sia di base quadrata e con un interpiano di 2,7m. La funzione ch e lega la temperatura del ''ambiente esterno al fabbisogno del ''edificio è la seguente ed è stata ottenuta in approssimazione come retta passante da due punti A e B Nel punto A la temperatura ambiente :(Ta=Tp ) è quella di progetto e la potenza è quella massima richiesta (P=PMAX), mentre nel punto B la temperatura è di 18 °C cioè la temperatura alla quale gli Caposciutti Alessio 28 apporti di calore interni e l''insolazione riescono a portare la temperatura interna al valore di benessere e quindi non c''è bisogno di mettere in funzione l''impianto termoidraulico (P=0). Questa funzione permette di calcolare per ogni ora del ''anno il fabbisogno termico necessario agli utenti per mantenere l''edificio a 20°C. Una volta noti i dati dei fabbisogni orari si dimensiona no i componenti del ''impianto termoidraulico che sarà composto da un impianto solare termico con componenti della Sunerg Solar Srl (Città di Castello, Italy) e da una pompa di calore split della Midea Heating & Ventilating Equipment Co. Ltd (Beijiao, PRC). I componenti saranno installati secondo il seguente schema: Il cuore del ''impianto è l''accumulatore Sunerg model o BOX500 nel quale una massa d''acqua tecnica fungerà da volano termico. I pannelli solari termici Sunerg modello H1T forniscono oltre a 30 00W ciascuno di potenza termica nei periodi di massima insolazione. L''energia solare captata viene convogliata nel ''accumulo tramite un fluido termovettore costituito da una miscela di acqua (70%) e glicole (30%) che scorre nel ''circuito solare' spinto da un circolatore che lo farà fluire attraverso la serpentina interna al serbatoio. Quando l''irraggiamento è insufficiente a soddisfare la richiesta di energia termica interviene una pompa di calore, la quale preleva acqua fredda dalla parte inferiore del boiler, la riscalda e la reimmette nella parte superiore. Caposciutti Alessio 29 Quando le temperature del ''ambiente esterno sono troppo rigide la PdC non riesce a integrare efficacemente i pannel i solari e in alcune occasioni nel ''arco del ''anno entra in funzione un resistore ausiliario per fornire ulteriore energia termica al sistema. La centralina del ''impianto riceve informazioni dai sensori di temperatura e flusso col ocati nei punti strategici del ''impianto e si suppone di programmarla con una logica sfrutti al massimo l''insolazione sui pannel i. Quando l''impianto viene messo in funzione la temperatura del ''acqua nel ''accumulo è pari a quel a ambientale quindi serve energia sia dai pannelli, sia dalla pompa di calore sia dal resistore. La centralina fa partire la pompa d i calore quando la temperatura del ''accumulo scende sotto i 45°C e la fa spegnere quando la temperatura raggiunge i 55°C. Nel caso in cui la richiesta di energia termica faccia scendere la temperatura sotto i 42°C, la centralina fa entrare in funzione il resistore. Nel ''arco del ''anno capiteranno situazioni in cui la temperatura del ''acqua al e utenze sarà leggermente inferiore a 42°C e verranno conteggiate come ore di disservizio in cui si dovrà attingere energia dalla rete elettrica. Per evitare picchi di richiesta troppo elevati un flussometro posizionato sul a mandata del ''ACS segnalerà al a centralina quando c''è richiesta e in quel e ore si interromperà il flusso di acqua calda ai terminali di riscaldamento. Bilancio energetico del serbatoio L''acqua accumulata riceve e cede energia termica continuamente e per dimensionare
correttamente i componenti del ''impianto è necessario conoscere i valori del a temperatura
del ''acqua tecnica al variare del tempo. Per simulare il funzionamento del ''impianto con excel
occorre impostare la seguente equazione di bilancio:

L''energia accumulata E a è quel a immagazzinata dal a massa d''acqua contenuta nel serbatoio
La quale se consideriamo interval i temporali di un''ora diventa
( ) Dove
= massa del ''acqua contenuta nel ''accumulo = variazione infinitesima della temperatura
= intervallo di tempo infinitesimo
= densità del ''acqua = Volume del ''accumulo = Calore specifico del ''acqua = Temperatura del ''acqua al a fine del ''ora Caposciutti Alessio 30 = Temperatura del ''acqua al ''inizio del ''ora L''energia entrante E E è data da tre componenti: ' L''energia dal resistore E Res ' L''energia dal a pompa di calore E PdC ' L''energia dai pannel i solari E s L''energia uscente E U è data da altri tre componenti: ' L''energia richiesta per riscaldamento E ris ' L''energia richiesta per ACS E ACS ' L''energia dispersa attraverso la parete del serbatoio E dis A questo punto è chiaro che bisogna calcolare per ogni ora del giorno le varie componenti del
bilancio in modo da avere come incognita solo la del ''acqua accumulata. La ERes si calcola semplicemente come rapporto tra la potenza del resistore e i secondi in un ora
quindi se si utilizza una serpentina da 3kW si ottiene per ogni ora di funzionamento 10800kJ. Per il calcolo di EPdC si ricorre al ''implementazione su excel del e normative riguardanti le pompe di
calore, mentre per il calcolo di Es si è deciso di implementare il metodo proposto da Duffie e
Backman come sarà illustrato nei prossimi capitoli. Si anticipa per adesso il calcolo delle componenti di EU prendendo come riferimento le lezioni di
termodinamica del ''edificio e di energetica. L''energia richiesta per riscaldamento è una funzione decrescente della temperatura esterna: dalle
ipotesi di partenza sul ''involucro del a casa e dal e condizioni atmosferiche del a località presa in
cons iderazione si calcola che l''edificio disperde 36,3W/m2 e che al a temperatura minima di progetto necessita di un apporto termico di poco superiore a 5kW. Utilizzando la formula descritta
in precedenza si calcola la potenza richiesta e moltiplicando per 360 0 si ottiene l''energia sottratta ogni ora dal ''accumulo. ( ) La richiesta di ACS determina la componente EACS sottratta dal ''accumulo: ( ) Dove = portata d''acqua calda sanitaria richiesta in un ora [kg/s] = calore specifico del ''acqua = temperatura gradita del ''ACS (solitamente 45°C) = temperatura del ''acqua proveniente dal ''acquedotto (solitamente 15°C) = efficienza dello scambiatore di calore a piastre Caposciutti Alessio 31 Si trascurano le dispersioni di energia lungo i tubi e si calcolano solo quelle che si verificano sulla
parete del serbatoio, le quali dipendono dal a differenza di temperatura tra l''acqua interna e l''aria
del locale tecnico che accoglierà i componenti: ( ) Dove il primo fattore è la superficie esterna del ''accumulo calcolata sul a geometria di un cilindro,
le temperature sono quel e del ''acqua accumulata e del ''aria esterna del locale tecnico e il secondo
fattore rappresenta il coefficiente globale di scambio del serbatoio calcolato con le formule del
recipiente a sezione circolare multistrato: ( ) ( ) [ ] Di seguito si riportano i dati di targa e altre caratteristiche calcolate del boiler Sunerg BOX500. Adesso sono note tutte le componenti del ''energia uscente dal serbatoio. Caposciutti Alessio 32 Implementazione delle normative di riferimento Per eseguire i calcoli dei flussi termici si è fatto riferimento, oltre che ai testi riportati nella bibliografia, ad alcune normative: UNI/TS 11300-2 2008 UNI10349 1994 UNI/TR 11328-1 2009 UNI/TS 11300-4 2012 UNI EN 12831 2006 Nella normativa UNI/TS 11300-2 2008 è indicato il fabbisogno volumetrico giornaliero di acqua calda sanitaria: ' Dove a = fabbisogno giornaliero specifico [l/G*unità di riferimento] NU = Parametro che dipende dal a destinazione d''uso del ''edificio [unità di riferimento] Per l''uso abitativo N U corrisponde al a superficie utile del ''edificio SU misurata in m 2. Il parametro ''a' si ricava dalla seguente tabella Per un edificio di superficie compresa tra 51 e 200 m 2 si calcola quindi il fabbisogno di ACS nel seguente modo: ( ) Quindi per 140 m 2 si ottiene 197,27 l/G ovvero circa 50l/G al giorno per ogni persona Caposciutti Alessio 33 Seguendo la normativa UNI10349 1994 si è ricavato una delle prime formule utilizzate per calcolare la corretta temperatura del ''ambiente esterno T a in località Città di Castello: ( ) Dove Tar è la temperatura nella località di riferimento Z è l''altitudine s.l.m. del a località considerata Zr è l''altitudine s.l.m. del a località di riferimento δ è il gradiente verticale di temperatura, i cui valori sono indicati nella tabella seguente Zona geografica δ [°C/m] Italia settentrionale transpadana 1/178 Italia settentrionale cispadana 1/200 Italia centrale e meridionale 1/147 Sicilia 1/174 Sardegna 1/192 Infatti nelle tabelle delle normative sono presenti le temperature esterne in località Perugia (capoluogo più vicino in linea d''aria a Città di Castel o) e la suddetta formula serve per tener di conto la differenza di altitudine tra le due località. Si è fatto riferimento alla terza riga della tabella. Dalla normativa 12831 del 2006 si è ricavata la temperatura di progetto per Perugia cioè -2°C, ma è necessario applicare la correzione che tenga conto della differenza di altitudine di Città di Castello, quindi applicando la suddetta formula per il calcolo di Ta si ottiene ( ) Caposciutti Alessio 34 La normativa UNI/TS 11300-4 2012 classifica le tipologie di pompe di calore e fornisce una importante metodologia per il calcolo del ''energia erogata al sistema dal a macchina, questa normativa impone di calcolare la potenza termica generata dalle pompe di calore considerando anche il coefficiente di prestazione di secondo principio COP2° il quale non è fornito esplicitamente dal costruttore. Dalle schede tecniche dei modelli utilizzati si sono ricavate, per ogni taglia della pompa di calore, le prestazioni alle varie temperatura di prova. Da queste tabelle sono state ricavate tre matrici 11X6 relative alle prestazione delle macchine alle varie condizioni di funzionamento: ' Una matrice dei valori della potenza elettrica assorbita dalla PdC
' Una matrice dei valori della potenza termica erogata dalla PdC
' Una matrice dei valori del COP della PdC Il costruttore ha eseguito i test del e pompe di calore per varie temperature del ''acqua del serbatoio d''accumulo e varie temperature del ''aria del ''ambiente esterno, ma si tratta comunque di dati specifici che richiedono interpolazioni per ottenere risultati riferiti alle effettive temperature di funzionamento della pompa di Calore. Se ad esempio si vuole calcolare la potenza elettrica assorbita dalla PdC quando la temperatura del l''accumulo (Tacc) è 44,09°C e la temperatura del ''aria esterna (Ta) è 12,48°C si devono fare i seguenti passaggi: 1) Interpolare il valore della potenza elettrica assorbita se la Tacc=40 e Ta=10, col valore di quella assorbita con Tacc=40 e Ta=15 per ottenere il valore della potenza (P1) assorbita quando Ta=12,48°C se l''acqua nel serbatoio fosse a 40°C 2) Interpolare il valore della potenza elettrica assorbita se la Tacc=45 e Ta=10, col valore di quella assorbita con Tacc=45 e Ta=15 per ottenere il valore della potenza (P2) assorbita quando Ta=12,48°C se l''acqua nel serbatoio fosse a 45°C 3) Interpolare i valori di P1 e P2 per ottenere il valore della potenza (P3) assorbita quando Ta=12,48°C e l''acqua nel serbatoio ha una Tacc= 44,09°C Caposciutti Alessio 35 Questi passaggi richiedono una complessa funzione di funzioni su excel che permette di ottenere i dati delle prestazioni delle pompe di calore funzionanti a temperature intermedie a quelle testate dal costruttore. Ad ogni ora del ''anno corrispondono temperature differenti di aria e acqua. Caposciutti Alessio 36 Per seguire il procedimento dettato dalla normativa si è dovuto ricavare una quarta matrice ausiliaria con i valori del coefficiente di prestazione di secondo principio COP2°, il quale è definito come rapporto tra il coefficiente di prestazione di primo principio (COP) fratto il Massimo coefficiente di prestazione teorico (COPcarnot) ottenibile da una macchina di Carnot (macchina ideale che lavora con un fluido ideale) Il COP massimo teorico si calcola con la seguente formula: con
Con excel si è suddiviso il funzionamento del sistema termoidraulico in step da un''ora ciascuno per l''arco di un anno il che significa che per ogni ora del ''anno si è calcolata l''energia fornita dal a pompa di calore in determinate condizioni di funzionamento. Il Comitato Tecnico Italiano Energia e Ambiente fornisce le temper ature medie del ''aria ambiente per ogni ora del ''anno, mentre le temperature del ''acqua nel serbatoio d''accumulo variano in baso al tipo di utilizzo del ''impianto. Con excel si sono interpolati i valori del e matrici suddette ottenendo per ogni ora del ''anno l''energia elettrica assorbita dal a PdC e il relativo COP, quindi si è calcolato per ogni ora l''energia termica fornita al sistema seguendo le indicazioni della normativa: Si suppone di avere una temperatura ambiente che coincida con una delle temperature di riferimento utilizzate dal costruttore per fornire i dati delle schede tecniche e si suppone che l''acqua nel serbatoio abbia una temperatura intermedia T acc x tra altre due temperature prese come riferimento nelle matrici di dati (Tacc1 e Tacc2 ) . A parità di temperatura ambiente si calcolano i relativi COP2° (COP2°1 e COP2°2) per poi interpolarne i valori e ottenere il COP2°x: ( )
A questo punto si può risalire al COP di primo principio e quindi alla potenza termica erogata dalla PdC moltiplicandolo per la potenza elettrica ottenuta da altre interpolazioni sulla matrice delle potenze elettriche. Caposciutti Alessio 37 Nella maggior parte dei casi la temperatura ambiente non corrisponde a nessuna delle temperature prese come riferimento dal costruttore quindi per ogni ora del ''anno è necessario fare una doppia interpolazione sulla matrice dei COP2° e una doppia interpolazione sulla matrice delle potenze elettriche. Una volta ottenuti con Excel i valori delle potenze termiche erogate ogni ora dalla pompa di calore si calcola l''energia dal a pompa di calore con una semplice moltiplicazione EPdC = Pth*3,6 [kJ] A questo punto si dispone dei valori di energia termica prelevata dal ''aria esterna e fornita al sistema termoidraulico, ma è solo uno dei componenti del bilancio energetico. Si prosegue con il calcol o del ''energia ottenibile dal ''irraggiamento sui pannel i solari seguendo il metodo proposto da Duffie e Beckman. Caposciutti Alessio 38 Calcolo dell''energia ottenuta dai pannelli solari termici Come dati di partenza si utilizzano i valori della radiazione solare incidente al suolo forniti dal Comitato Termotecnico Italiano Energia e Ambiente. Questi valori esprimono per ogni ora del ''anno la potenza per unità di superficie che giunge nel e varie zone d''Italia e in particolare si prende come riferimento la provincia di Perugia. E'' utile tuttavia rapportare suddetta potenza a quel a massima che teoricamente potrebbe giungere al suolo. A questo scopo riportiamo la definizione di ''costante solare' indicata con G s. La costante solare è un valore preso convenzionalmente uguale a 1367W/m 2 il quale indica l''energia proveniente dal sole, nel ''unità di tempo, che incide su un''area unitaria esterna al ''atmosfera terrestre e perpendicolare al a direzione di propagazione del a radiazione solare. Possiamo adesso calcolare la radiazione solare extraterrestre G0 ,con una formula che tiene conto del e periodiche variazioni del a distanza tra sole e terra ed è funzione del giorno del ''anno n: ( ( )) Caposciutti Alessio 39 I ntroduciamo il concetto di ''tempo solare', il quale viene usato nelle formule per il calcolo degli angoli solari e non coincide con l''ora locale indicata dagli orologi. Il tempo solare tiene conto del fatto che una località ha una longitudine leggermente diversa dal meridiano di riferimento del ''ora locale quindi consente un calcolo più preciso. In particolare Città di Castello ha longitudine -12,24° mentre il meridiano di riferimento del ''ora locale in Italia ha longitudine -15,00°. I gradi verso Ovest si considerano negativi. Considerando che per percorrere 1° di longitudine il sole impiega 4 minuti, per convertire il tempo standard in tempo solare si ricorre alla seguente equazione: ( ) Nella quale Lst è la longitudine standard del meridiano di riferimento, Lloc è la longitudine del ''osservatore ed E è la cosiddetta ''equazione del tempo' espressa in minuti e funzione del giorno del ''anno. E'' stata ricavata da Spencer nel 1971: ( ( ) ( ) ( ) ( )) Dove ( )
e d n è un valore compreso tra 1 e 365 che indica il giorno del ''anno. L''andamento del a equazione del tempo è riportato nel grafico seguente Caposciutti Alessio 40 Si rivela necessario far attenzione al ''ora legale e al fatto che il risultato è espresso in minuti. Dato il giorno del ''anno si possono calcolare i minuti da aggiungere al ''ora locale ma bisogna convertire i minuti in ore ottenendo numeri decimali da sommare al ''ora corrente. Il valore del tempo solare risulterà espresso quindi in decimali (ad esempio le07:15 saranno espresse come le 7,25). ( ( ) ) Si prosegue con il calcolo del l''angolo orario standard e solare i quali sono funzione del ''ora del giorno , sono nulli a mezzogiorno (rispettivamente mezzogiorno standard e solare) e differisce di 15° ogni ora (in negativo prima delle 12:00 e in positivo dopo le 12:00). ( ) ( ) Si passa poi al calcolo del ''angolo di declinazione ( ( ) ) E' l'angolo che la direzione dei raggi solari forma a mezzogiorno, sul meridiano considerato, col piano equatoriale ed è sempre compreso tra -23,45 e +23,45. Ricordiamo inoltre le definizioni di ''azimut' , ''angolo di incidenza' e ''zenit' L''azimut è l''angolo di scostamento dal a direzione sud che ha la proiezione orizzontale del a retta normale alla superficie presa in esame. Se questa superficie è orientata perfettamente a Sud l''azimut è nul o, se è scostata verso Est risulta un azimut negativo, mentre verso Ovest si ha un azimut positivo. L''angolo d''incidenza è compreso tra la retta normale ad una superficie inclinata (inclinazione generica ) e la retta che indica la direzione dei raggi solari. Lo zenit è l''angolo compreso tra la retta normale ad una superficie orizzontale e la retta che indica la direzione dei raggi solari. Entrambi si possono calcolare con le funzioni goniometriche specificate di seguito. Da questa ponendo l''angolo di inclinazione β=0 si ottiene Dove indica la latitudine. Si ricorda che su Excel gli argomenti delle funzioni goniometriche devono essere espressi in radianti. Caposciutti Alessio 41 Al fine di calcolare l''energia captata dai pannel i solari è utile ricorrere ad un parametro geometrico chiamato ''coefficiente di radiazione diretta' R b definito come rapporto tra la radiazione incidente su di una superficie inclinata (Tilted) e la radiazione incidente su di una superficie orizzontale. Nel caso studio la superficie dei pannelli solari si suppone orientata perfettamente a Sud quindi, con , il coefficiente di radiazione diretta può essere semplificato come segue ( ) ( ) Si suppone in un primo momento che l''atmosfera non influenzi la radiazione solare e si procede al calcolo della potenza incidente su una superficie unitaria orizzontale posta nella località di riferimento ( ( )) Integrando questa equazione tra due angoli orari rappresentanti l''inizio e la fine di un ora si ottiene l''energia che la superficie capta in un ora. ( ( )) ( ( ) ( ) ) Con Ex cel si possono facilmente ottenere i valori di suddetta energia per ogni ora del ''anno, ma solo i valori riferiti alle ore di luce diurna hanno un senso fisico quindi bisogna inserire una funzione filtro per azzerare le calcolate nelle ore di buio. Adesso si può considerare anche l''effetto del ''atmosfera ed in particolare del e nubi che oscurano il sole nel ''arco del ''anno. Siccome il comportamento dei fenomeni atmosferici è fortemente aleatorio si ricorre ai dati forniti dal Comitato Termotecnico Italiano Energia e Ambiente, il quale mette a disposizione i valori medi misurati della radiazione solare (indicati con la lettera ) che ogni ora Caposciutti Alessio 42 del ''anno raggiunge una superficie orizzontale nel a provincia del a località presa in considerazione. Supponendo che a Città di Castello giunga la stessa radiazione che giunge a Perugia si procede al calcolo d el ''indice di chiarezza orario k T: Grazie a questo indice si può dividere la radiazione solare nelle sue componenti: radiazione diretta e radiazione diffusa Esistono varie metodologie di stima dei loro valori e in particolare la correlazione di Erbs elaborata nel1982 risulta una buona approssimazione del ''andamento naturale del rapporto tra radiazione diffusa e radiazione totale incidente al suolo ed è espressa dalle seguenti equazioni: Con una funzione composta di funzioni ''SE' di Excel si può facilmente implementare la correlazione di Erbs e calcolare la componente di radiazione diffusa dopo di che la componente di radiazione solare diretta sarà data da ( ) Un''altra grandezza necessaria per il calcolo del ''energia solare captabile è la radiazione riflessa dal terreno. Il suolo della località presa in considerazione si suppone avere un coefficiente di riflessione ma in generale si ha Caposciutti Alessio 43 Seguendo le ipotesi del '' ''isotropic diffuse model' , elaborato nel 1963 da Liu e Jordan, si considera il cielo come una superficie isotropica e la radiazione che colpisce una superficie inclinata di un angolo β risulta composta dalle tre parti seguenti: ' Radiazione diretta =
' Radiazione diffusa =
' Radiazione diffusa riflessa dal terreno = Con si indica il fattore di vista tra la superficie del cielo e quella inclinata mentre con si indica il fattore di vista tra il terreno e la superficie inclinata. ( ) ( ) Quindi riassumendo si può esprimere la radiazione incidente su una superficie unitaria inclinata con la seguente formula: ( ) ( ) ( ) [ ] Moltiplicando il suddetto valore per la superficie captante dei pannel i solari si ottiene l''energia che teoricamente si potrebbe ottenere dal sole con dei pannelli perfetti, ma in realtà bisogna considerare alcune perdite stimate da un parametro detto efficienza del pannello ed indicato con Nelle schede tecniche dei pannelli Sunerg Solar srl sono disponibili grafici che esprimono l''efficienza in funzione di una temperatura pesata di riferimento T* definita come segue: Dove = Temperatura in ingresso ai pannel i solari (si considera uguale al a temperatura del ''acqua nel serbatoio di accumulo cioè si trascurano le perdite lungo le tubature) = Temperatura del ''aria esterna che lambisce i pannel i (fornita per ogni ora del ''anno dal Comitato Termotecnico Italiano Energia e Ambiente) = Potenza della radiazione solare incidente (si calcola come [ ] ) Si capisce quindi che il valore della di ogni ora dipende dalla temperatura raggiunta dal ''accumulo al ''ora precedente. Per calcolare l''efficienza dei pannel i ad ogni ora è necessaria una formula che ne esprima la dipendenza da e siccome non è stata fornita dai costruttori la si può approssimare con una retta passante da due punti. Di seguito si riporta il grafico messo a disposizione nelle schede tecniche dei pannelli. Caposciutti Alessio 44 Selezionando due punti con le coordinate facilmente approssimabili si può determinare la seguente equazione della retta passante da essi: Questa funzione può dare come risultato anche dei valori quasi nulli o addirittura negativi il che fisicamente significherebbe che i pannelli stanno assorbendo poca energia o addirittura la stanno disperdendo al ''esterno. Per evitare ciò si filtrano i valori di risultati da una >0,15 che fisicamente corrisponde a far fermare il circolatore solare se l''acqua accumulata nel serbatoio è molto più calda del ''aria esterna ai pannel i. A questo punto con Excel si hanno disponibili per ogni ora del ''anno i valori del ''energia incidente sui pannel i e i valori del ''efficienza dei pannel i stessi quindi moltiplicando i primi per i secondi si ottiene l''energia trasmessa al ''accumulo nel ''ipotesi che non vi siano dispersioni lungo i tubi in cui circola il fluido termovettore e nel ''ipotesi che il serpentino interno al ''accumulo riesca a scambiare tutta l''energia termica dal fluido termovettore al ''acqua tecnica. Si noti che nei periodi invernali ci saranno alcuni giorni in cui l''energia solare assorbita sarà molto bassa o addirittura nulla mentre nei periodi estivi (durante i quali la richiesta di energia termica è notevolmente ridotta) l''energia solare disponibile sarà talmente elevata da portare a ebol izione l''acqua tecnica. Per evitare questo inconveniente si può svuotare il circuito solare convogliando il fluido termovettore in un serbatoio ausiliario oppure coprire i pannelli quando c''è troppa insolazione con delle tende disponibili in commercio anche motorizzate e controllabili dalla centralina. Si dispone adesso di tutti valori delle grandezze che compaiono nel bilancio energetico del serbatoio quindi lo si può usare per calcolare l''incognita la quale indica la temperatura raggiunta dal ''acqua dopo un''ora di funzionamento del ''impianto e costituisce la temperatura iniziale del bilancio riferito al ''ora successiva. Sviluppando i bilanci per ogni ora del ''anno si può seguire l''andamento del e temperature e degli apporti energetici nel ''impianto, in oltre si possono effettuare calcoli per riassumere le prestazioni nei vari mesi del ''anno e ovviamente sul ''intero periodo annuale. Caposciutti Alessio 45 Conclusioni Considerando un impianto termoidraulico destinato a coprire solo il fabbisogno di acqua calda sanitaria è possibile utilizzare una pompa di calore di taglia ridotta quindi più economica che dovrà fornire energia al ''accumulo nei periodi di bassa insolazione. RIASSUNTO N° pan: 1 tilt [°]: 18 PPdC [W]: 300 Vacc [l]: 300 PRes [W]: 3000 ANNUO Enrisc [kWh]: EnACS [kWh]: Endis int
[kWh]: EnSOL [kWh]: EnPdC [kWh]: EnRes [kWh]: GEN 0,00 271,31 13,35 45,22 71,85 174,00 FEB 0,00 248,06 13,29 107,33 36,23 123,00 MAR 0,00 275,19 16,70 182,08 30,35 75,00 APR 0,00 267,44 19,55 266,00 7,84 24,00 MA
G 0,00 271,31 22,18 268,17 7,42 18,00 GIU 0,00 267,44 22,54 276,98 4,91 6,00 LUG 0,00 275,19 25,02 302,38 0,00 0,00 AGO 0,00 271,31 25,04 296,91 0,00 0,00 SET 0,00 271,31 19,67 256,03 5,39 21,00 OTT 0,00 271,31 15,89 164,38 32,40 87,00 NOV 0,00 263,56 13,05 55,00 80,81 141,00 DIC 0,00 279,07 13,39 29,91 63,97 198,00 TOT 0,00 3232,52 219,66 2250 341,17 867,00 Ore on PdC: COP medio: Ore on Res: % EnSOL: % EnPdC : % EnRes : GEN 511 1,52537 58 15,88 25,24 61,12 FEB 258 1,50847 41 41,07 13,86 47,06 MAR 191 1,75444 25 62,38 10,40 25,69 APR 46 1,95713 8 92,69 2,73 8,36 MA
G 41 2,17816 6 91,37 2,53 6,13 GIU 28 2,13802 2 95,52 1,69 2,07 LUG 0 #DIV/0! 0 100,00 0,00 0,00 AGO 0 #DIV/0! 0 100,00 0,00 0,00 SET 31 2,20888 7 87,98 1,85 7,22 OTT 183 2,19458 29 57,24 11,28 30,29 NOV 492 1,82126 47 19,88 29,22 50,97 DIC 501 1,39501 66 10,23 21,87 67,70 TOT 2282 1,6687 289 65,19 % 9,88 % 25,11 % (COP medio annuale) Tot fabb: 3452 kWh/anno (le percentuali hanno un incertezza di ± 1% a causa dei picchi di richiesta)
Caposciutti Alessio 46 Risparmio in bolletta: 200,96 '/anno Investimento: 5325,00 ' Risparmio in tasse: 346,13 '/anno Emiss Kg di CO2: 160,79 PBT: 9,7 anni (se è negativo indica (Senza considerare aumenti di l'evitata emissione di CO2) bolletta e attualizzazioni del capitale)












Nella tabella precedente si nota che con un pannello solare, un accumulo da 300l e una pompa di calore da 300W non si riesce a soddisfare la richiesta di ACS: è necessario un apporto energetico ausiliario che coprirà oltre il 25% del fabbisogno, mentre la PdC riesce a fornire meno del 10% del ''energia necessaria. Il pannel o copre quasi interamente il fabbisogno nei mesi da aprile a settembre e in generale soddisfa oltre il 65% della richiesta di ACS. Supponiamo nella prossima simulazione di aumentare la taglia della PdC a 700W e di utilizzare 2 pannelli solari Risparmio in bolletta: 240,20 '/anno Investimento: 6950,00 ' Risparmio in tasse: 451,75 '/anno Emiss Kg di CO2: -329,95 PBT: 10,0 anni (se è negativo indica (Senza considerare aumenti di l'evitata emissione di CO2) bolletta e attualizzazioni del capitale) 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC TOT Percentuale solare Percentuale solare 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC TOT Percentuale solare Percentuale solare Caposciutti Alessio 47 RIASSUNTO N° pan: 1 tilt [°]: 18 PPdC [W]: 300 Vacc [l]: 300 PRes [W]: 3000 ANNUO Enrisc [kWh]: EnACS [kWh]: Endis int
[kWh]: EnSOL [kWh]: EnPdC [kWh]: EnRes [kWh]: GEN 0,00 271,31 15,07 121,20 91,64 81,00 FEB 0,00 248,06 17,87 206,44 37,11 33,00 MAR 0,00 275,19 22,54 258,52 19,68 18,00 APR 0,00 267,44 23,76 290,89 2,50 0,00 MAG 0,00 271,31 26,08 299,67 0,00 0,00 GIU 0,00 267,44 25,42 288,51 0,00 0,00 LUG 0,00 275,19 26,72 304,24 0,00 0,00 AGO 0,00 271,31 26,60 297,94 0,00 0,00 SET 0,00 271,31 24,26 291,98 0,49 0,00 OTT 0,00 271,31 22,51 265,90 10,43 9,00 NOV 0,00 263,56 15,24 138,55 74,84 66,00 DIC 0,00 279,07 14,52 86,47 103,5 105,00 TOT 0,00 3232,52 260,60 2850,31 340,1 312,00 Ore on PdC: COP medio: Ore on Res: % EnSOL: % EnPdC: % EnRes : GEN 235 1,72203 27 42,32 32,00 28,28 FEB 96 1,67900 11 77,63 13,95 12,41 MAR 49 1,71596 6 86,83 6,61 6,05 APR 5 2,04838 0 99,89 0,86 0,00 MAG 0 #DIV/0! 0 100,00 0,00 0,00 GIU 0 #DIV/0! 0 98,51 0,00 0,00 LUG 0 #DIV/0! 0 100,00 0,00 0,00 AGO 0 #DIV/0! 0 100,00 0,00 0,00 SET 1 2,30132 0 98,79 0,17 0,00 OTT 23 2,31171 3 90,49 3,55 3,06 NOV 176 1,87473 22 49,69 26,84 23,67 DIC 295 1,57655 35 29,45 35,25 35,76 TOT 880 1,71669 104 81,60 % 9,74 % 8,93 % (COP medio annuale) Tot fabb: 3493 kWh/anno (le percentuali hanno un incertezza di ± 1% a causa dei picchi di richiesta) Questa soluzione permette di soddisfare il fabbisogno per oltre l''80% con i pannel i solari e questo determina una considerevole riduzione dei consumi e quindi di emissione di CO2, ma l''impianto risulta costoso, la pompa di calore fornisce solamente il 10% circa del ''energia richiesta ed è comunque necessaria una fonte ausiliaria per coprire i picchi. Caposciutti Alessio 48 Considerando che gli utenti avranno comunque bisogno di una caldaia esterna per il fabbisogno di riscaldamento invernale, è consigliabile coprire il fabbisogno di ACS solo con i pannelli solari e, per rispondere ai picchi di richiesta, intervenire con la caldaia per il riscaldamento istantaneo del ''acqua adottando quindi il seguente schema impiantistico semplificato: Legenda: 1) Pannello solare o collettore solare 2) Serbatoio d''accumulo o boiler solare 3) Gruppo di circolazione (comprende la pompa del circuito solare) 4) Centralina elettronica di controllo 5) Vaso d''espansione 6) Caldaia a metano 7) Valvola deviatrice 8) Eventuale pompa per carico manuale del fluido termovettore 9) Valvola miscelatrice termostatica 10) Utenza di acqua calda sanitaria 11) Filtro del ''acqua fredda in ingresso 12) Sifone con degasatore 13) Valvola di sicurezza 14) Valvola di non ritorno 15) Saracinesca 16) Degasatore Caposciutti Alessio 49 Al fine di sfruttare al meglio le potenzialità dei pannelli solari e della Pompa di calore, è pref eribile
eliminare la caldaia classica e puntare a soddisfare sia il fabbisogno di ACS che di riscaldamento
invernale.
Si riporta di seguito una tabella riassuntiva delle prestazioni di un impianto termoidraulico
composto da 2 pannelli solari, un accumulo da 300 litri e una pompa di calore da 4,5kW. Queste
dimensioni dei componenti sono state scelte in seguito alle valutazioni tecnico economiche
effettuate su varie prove con taglie diverse dei componenti.
RIASSUNTO N° pan: 2 tilt [°]: 18 PPdC [W]: 4500 Vacc [l]: 300 PRes [W]: 3000 ANNUO Enrisc [kWh]: EnACS [kWh]: Endis int
[kWh]: EnSOL [kWh]: EnPdC [kWh]: EnRes [kWh]: GEN 994,92 271,31 12,45 124,32 1035 123,00 FEB 1047,5 248,06 11,68 254,73 925 138,00 MAR 785,31 275,19 16,30 381,89 616 69,00 APR 0,00 267,44 22,99 295,01 5,51 3,00 MAG 0,00 271,31 25,58 296,51 0,00 0,00 GIU 0,00 267,44 24,38 290,40 0,00 0,00 LUG 0,00 275,19 25,95 304,19 0,00 0,00 AGO 0,00 271,31 25,99 296,04 0,00 0,00 SET 0,00 271,31 23,78 294,32 0,00 0,00 OTT 225,67 271,31 18,80 339,64 155 9,00 NOV 668,40 263,56 12,77 140,69 722 81,00 DIC 1184,2 279,07 11,86 89,90 1231 153,00 TOT 4906,1 3232,5 232,52 3107,65 4692 576,00 Ore on PdC: COP medio: Ore on Res: % EnSOL: % EnPdC : % EnRes : GEN 238 2,42696 41 9,72 80,98 9,62 FEB 224 2,31574 46 19,49 70,80 10,56 MAR 140 2,42855 9 23 35,47 57,24 6,41 APR 1 3,59270 1 100,00 1,90 1,03 MAG 0 #DIV/0! 0 99,87 0,00 0,00 GIU 0 #DIV/0! 0 99,51 0,00 0,00 LUG 0 #DIV/0! 0 100,00 0,00 0,00 AGO 0 #DIV/0! 0 99,58 0,00 0,00 SET 0 #DIV/0! 0 99,74 0,00 0,00 OTT 30 3,03129 3 65,85 30,16 1,74 NOV 153 2,61974 27 14,89 76,48 8,57 DIC 283 2,39889 51 6,09 83,45 10,37 TOT 1069 2,44207 192 37,12 % 56,05 % 6,88 % (COP medio annuale) Tot fabb: 8371 kWh/anno (le percentuali hanno un incertezza di ± 1% a causa dei picchi di richiesta)
Caposciutti Alessio 50 Si noti che l''energia solare copre oltre il 37% del fabbisogno e che il resistore elettrico entra in
funzione meno di 200 ore in un anno fornendo meno del 7 % del ''energia richiesta. Il coefficiente di prestazione della pompa di calore ha valori medi mensili sempre maggiori di 2,3.
Risparmio in bolletta: 519,26 '/anno Investimento: 11930 ' Risparmio in tasse: 775,45 '/anno Emiss Kg di CO2: 16,47 PBT: 9,2 anni (se è negativo indica (Senza considerare aumenti di l'evitata emissione di CO2) bolletta e attualizzazioni del capitale) Classe energetica dell'edificio: Con Caldaia a metano: fabb= 58,133 kWh/m2*anno classe: C Con PdC+Solare Termico: fabb= 37,597 kWh/m2*anno classe: B















Da aprile a settembre 2 pannelli solari coprono il 100% della richiesta energetica, mentre nei mesi
da novembre a febbraio compresi sono quasi inutili, ma la pompa di calore riesce la soddisfare il
fabbisogno consentendo agli utenti di risparmiare sulle bollette del metano in modo da
ammortizzare l''investimento del ''impianto in circa 9 anni, inoltre la classe energetica del ''immobile
e quindi il suo valore ne risulta incrementata.
Le emissioni globali di anidride carbonica risultano leggermente incrementate in quanto l''utilizzo di energia elettrica presuppone la produzione di molta CO2 nelle centrali a monte. Tali emissioni
risulterebbero molto più ridotte aumentando il numero dei pannelli solari termici, ma
economicamente non è giustificabile l''impiego di più di due pannel i.
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC TOT Percentuale solare Percentuale solare Caposciutti Alessio 51 Una variabile d''impianto degna di nota è la seguente costituita da un accumulo da 500l rifornito di
energia da 4 pannelli e una pompa di calore da 3000W.
RIASSUNTO N° pan: 4 tilt [°]: 18 PPdC [W]: 3000 Vacc [l]: 500 PRes [W]: 3000 ANNUO Enrisc [kWh]: EnACS [kWh]: Endis int
[kWh]: EnSOL [kWh]: EnPdC [kWh]: EnRes [kWh]: GEN 994,92 271,31 15,99 290,55 917,03 81,00 FEB 1047,55 248,06 16,33 542,34 670,03 123,00 MAR 785,31 275,19 23,57 683,06 375,39 24,00 APR 0,00 267,44 32,35 311,01 0,00 0,00 MAG 0,00 271,31 34,36 301,44 0,00 0,00 GIU 0,00 267,44 33,32 296,53 0,00 0,00 LUG 0,00 275,19 35,03 311,56 0,00 0,00 AGO 0,00 271,31 34,28 309,01 0,00 0,00 SET 0,00 271,31 32,10 301,08 0,00 0,00 OTT 225,67 271,31 28,64 498,15 7,33 0,00 NOV 668,40 263,56 16,99 322,81 591,00 33,00 DIC 1184,2 279,07 14,68 219,21 1142,8 111,00 TOT 4906,1 3232,52 317,65 4386,76 3703,6 372,00 Ore on PdC: COP medio: Ore on Res: % EnSOL: % EnPdC : % EnRes : GEN 297 2,4579 27 22,66 71,52 6,32 FEB 230 2,35886 41 41,34 51,07 9,38 MAR 122 2,43343 8 63,01 34,63 2,21 APR 0 #DIV/0! 0 100,00 0,00 0,00 MAG 0 #DIV/0! 0 98,61 0,00 0,00 GIU 0 #DIV/0! 0 98,59 0,00 0,00 LUG 0 #DIV/0! 0 100,00 0,00 0,00 AGO 0 #DIV/0! 0 100,00 0,00 0,00 SET 0 #DIV/0! 0 99,23 0,00 0,00 OTT 2 2,78557 0 94,77 1,39 0,00 NOV 184 2,53972 11 34,02 62,28 3,48 DIC 374 2,41458 37 14,83 77,32 7,51 TOT 1209 2,43618 124 51,88 % 43,80 % 4,40 % (COP medio annuale) Tot fabb: 8456,32 kWh/anno (le percentuali hanno un incertezza di ± 1% a causa dei picchi di richiesta)
La percentuale di energia solare è aumentata dal 37% al 52% circa, il resistore elettrico entra in
funzione meno di 124 ore in un anno fornendo meno del 5 % del ''energia richiesta. Il coefficiente di prestazione della pompa di calore ha valori medi mensili di poco più alti del caso
precedente.
Caposciutti Alessio 52 Dal punto di vista economico questa soluzione è meno conveniente, ma la certificazione
energetica del ''edificio sale di due classi e si ha un notevole risparmio di emissioni di CO2. Risparmio in bolletta: 561,74 '/anno Investimento: 13550 ' Risparmio in tasse: 880,75 '/anno Emiss Kg di CO2: -440,74 PBT: 9,4 anni (se è negativo indica (Senza considerare aumenti di l'evitata emissione di CO2) bolletta e attualizzazioni del capitale) Classe energetica dell'edificio: Con Caldaia a metano: fabb= 58,133 kWh/m2*anno classe: C Con PdC+Solare Termico: fabb= 29,068 kWh/m2*anno classe: A
In definitiva La tecnologia della pompa di calore può essere convenientemente affiancata a quella
dei pannelli solari termici per soddisfare sia la richiesta di ACS che di riscaldamento.
Così facendo l''utente può diventare indipendente dai servizi di rifornimento di metano, consentono
un risparmio economico e la riduzione dei consumi dei combustibili fossili, con conseguente
diminuzione del ''inquinamento locale. Questi effetti risultano incrementati nei casi in cui l''utente
sostituisca la caldaia a gasolio o a GPL e anche nel caso in cui l''utente dispone di un impianto fotovoltaico per l''autoproduzione del ''energia elettrica.
0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 GEN FEB MAR APR MAG GIU LUG AGO SET OTT NOV DIC TOT Percentuale solare Percentuale solare Caposciutti Alessio 53 Bigliografia Testi: ' J.A. Duffie, W.A. Backman: ''Solar engineering of thermal processing', Wiley-interscience publication, Madison, Winsconsin, 1980. ' Y.A. 'engel: ''Termodinamica e trasmissione del calore', Mc Graw-Hill Libri Italia, Milano,Italy, 1998. ' M. Moscioni, D. Lauri: Catalogo Sunerg Solar s.r.l. Via Donnini 51, Cinquemiglia, Città di Castello (PG), Italia Pubblicazioni Scientifiche e Documenti Tecnici: ' Dal sito internet www.midea.com: ''Heat pump 2012' , Midea headquartier duilding n°6, Midea Avenue, Beijiao, P.R. China ' Dal sito internet www.midea.com: ''owners and installation manual' , Midea headquartier duilding n°6, Midea Avenue, Beijiao, P.R. China ' Dal sito internet www.midea.com: '' ALL IN ONE Type Heat Pump Water Heater Technical Manual' , Midea headquartier duilding n°6, Midea Avenue, Beijiao, P.R. China ' Dal sito internet www.ibidrotermica.it: ''Dati Bollitori', IB Idrotermica Via della Margherita, 179 '' 37051 Bovolone (VR) - Italia ' Dal sito internet www.galletti.it: ''Guida Pompe di Calore', Galletti Group, Via Bentivoglio 12 (BO), Italia. ' Dal sito internet www.sviluppoeconomico.gov.it: ''Bilancio energetico nazionale 2007', osservatorio statistico energetico italiano. ' Dal sito internet www.sviluppoeconomico.gov.it: ''Scenario tendenziale dei consumi e del fabisogn o al 2020', direzione generale energia e risorse minerarie. ' Dal sito internet www.rossatogroup.it: ''Guida alla Progettazione' di Davide Rossato e ing. Cinzia Trivigno, Rossato Group srl, Strada Portosello, 77/b Borgo San Donato Latina , Italia.


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