ACQUA REFRIGERATA DA ACQUA CALDA - STARPOWER … · Raffrescare con la tecnologia del solare...

Starpower Project s.r.l. Divisione Italia Starpower

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ACQUA REFRIGERATA

DA ACQUA CALDA

CONDIZIONARE IN ESTATE DAL SOLE


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1. Introduzione Raffrescare con la tecnologia del solare termico

Il solar cooling consiste nell’abbinamento tra pannelli solari termici ed una macchina frigorifera. In altre parole, la tecnologia del solar cooling permette di produrre freddo, sotto forma di acqua refrigerata o di aria condizionata, a partire da una sorgente di calore rinnovabile come i collettori solari termici. L’abbinamento tra la produzione solare e la richiesta di freddo si sposa perfettamente nel caso del solare termico essendo coincidente con il periodo di maggior produzione e risparmio energetico. Perché il solar cooling… Il solar cooling sfrutta il fatto che le ore della giornata (estiva) in cui c’è la maggiore richiesta di freddo per il condizionamento degli edifici, coincidono con la massima disponibilità di radiazione solare. È ormai noto come i picchi di richiesta elettrica avvengono nella stagione estiva a causa del contemporaneo funzionamento di milioni di piccoli condizionatori ad aria. Il solar cooling apporta benefici su due fronti. Dal punto di vista del sistema elettrico nazionale, la diffusione su larga scala di questa tecnologia può contribuire ad allentare la pressione sulla rete elettrica, evitando i pericolosi picchi estivi. Dal punto di vista di chi sceglie di installare un impianto solar cooling, ci sono consistenti benefici in termini di risparmio energetico ed economico. Senza considerare la riduzione di emissioni inquinanti e di CO2 in atmosfera. Un altro elemento a favore del solar cooling è il fatto di utilizzare tutta l’acqua calda prodotta da impianti solari di medie e grandi dimensioni, anche nel corso della stagione estiva. L’applicazione del solar cooling è normalmente consigliata in abbinamento a impianti solari “combinati”, progettati sia per riscaldare l’acqua sanitaria che per il riscaldamento degli ambienti. Per svolgere questo doppio lavoro, gli impianti combinati sono formati da grandi superfici di pannelli. In assenza di un utilizzo del calore nella stagione estiva (ad esempio per riscaldare l’acqua di una piscina), c’è il rischio concreto che gran parte dell’acqua calda prodotta dall’impianto vada sprecata. È proprio in questi casi che il solar cooling si configura come la soluzione perfetta, in grado di sfruttare al meglio l’energia solare nel corso di tutte le stagioni (solar cooling + solar heating) e di abbattere così i tempi di ammortamento dell’impianto. In un paese come l'Italia, caratterizzato da estati molto calde in cui vi è grande disponibilità di radiazione solare e un’elevata richiesta di energia per il raffrescamento, il solar cooling potrebbe esprimere al meglio tutte le proprie potenzialità.


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Andamento dell’irraggiamento solare medio mensile al SUD ITALIA per unità di superficie

I pannelli comunemente utilizzati nei sistemi solar cooling sono:

• pannelli piani vetrati di tipo selettivo; • pannelli sottovuoto con CPC; • pannelli ad aria (solo per sistemi DEC);

i pannelli sono stati elencati seguendo l’ordine della tecnologia più efficiente.

Collettore sottovuoto CPC, 3° Tubo, 3 attacchi

Collettore piano

948

1170

1356

1505

1659 1699 17181601

1414

1222

958859

Irraggiamento [kWh/m²]


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Lo schema semplificato di funzionamento della tecnologia solar cooling è il seguente:

• i pannelli solari assorbono la radiazione del sole e la trasformano in acqua o aria calda; • l’acqua o aria calda prodotta dai pannelli transita attraverso la macchina frigorifera, che la trasforma

in acqua o aria fredda; • l’acqua o aria fredda viene impiegata per raffrescare gli ambienti oppure per la refrigerazione

industriale.

Schema semplificato impianto di Solar Cooling


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2. Le tecnologie per il solar cooling Esistono due grandi famiglie di tecnologie per il solar cooling, che si distinguono tra loro per le diverse modalità con cui il freddo viene prodotto e distribuito.

Sistemi a ciclo chiuso Si realizzano con macchine frigorifere “ad assorbimento” e in misura minore con macchine frigorifere “ad adsorbimento”. Queste macchine possono produrre acqua refrigerata alla temperatura di circa 7°C, partendo da acqua calda (proveniente dai pannelli solari) alla temperatura di 80-100 °C. L’acqua refrigerata, attraverso un sistema di tubazioni, viene distribuita ai terminali di raffrescamento (ad esempio ventilconvettori) dislocati nei locali da climatizzare. Il vantaggio dei sistemi a ciclo chiuso consiste nella possibilità di realizzare l’impianto con qualsiasi tipo di rete di distribuzione, sia ad aria che ad acqua.

Sistemi a ciclo aperto Si realizzano con sistemi DEC (Desiccant & Evaporative Cooling Systems), che combinano deumidificazione e raffreddamento evaporativo. Si tratta di innovativi sistemi di trattamento diretto dell’aria, alternativi ai tradizionali sistemi a compressione. La tecnologia più comune prevede l’utilizzo di deumidificatori rotanti con sostanze assorbenti solide. L’aria prelevata dall’esterno viene prima deumidificata e successivamente raffreddata, attraverso l’utilizzo di acqua come refrigerante. Il calore prodotto dai pannelli solari serve invece a rigenerare il deumidificatore. Possono venire impiegati anche pannelli solari ad aria. Si tratta di una tecnologia applicabile su edifici di una certa dimensione provvisti di sistema di ventilazione, in cui alla necessità di raffrescare si aggiunge anche la necessità di controllare il tasso di umidità dell’aria.


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Nel dettaglio, il funzionamento del SOLAR COOLING in un sistema a CICLO CHIUSO


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A seguire, le fasi che si vengono a susseguire all’interno dell’assorbitore a bromuro di litio:

1. l’acqua di alimentazione riscalda, portandola all’ebollizione, la soluzione diluita di acqua e bromuro di litio contenuta nel generatore;

2. l’ebollizione libera vapore acqueo (refrigerante) e concentra la soluzione di bromuro di litio; 3. la soluzione concentrata viene raccolta e preraffreddata, passando attraverso lo scambiatore di

calore, prima di venire immessa nell’assorbitore; 4. il vapore refrigerante perviene al condensatore dove condensa sulla superficie delle serpentine

del circuito di raffreddamento; 5. il calore di condensazione è rimosso dall’acqua di raffreddamento ed espulso attraverso la torre

evaporativa; 6. il liquido refrigerante, raccolto nel condensatore, passa quindi nell’evaporatore attraverso

un’apposita apertura. La pressione esistente nell’evaporatore è assai più bassa di quella del generatore e del condensatore per l’influenza esercitata dall’assorbitore. Per questo motivo il liquido refrigerante, una volta entrato nell’evaporatore, bolle ed assorbe calore evaporando sulla superficie della serpentina del circuito dell’acqua da refrigerare;

7. il vapore refrigerante ottenuto fluisce quindi nell’assorbitore; la bassa pressione nell’assorbitore è dovuta all’affinità chimica fra la soluzione concentrata di bromuro di litio proveniente dal generatore ed il vapore acqueo che si forma nell’evaporatore. Il vapore refrigerante viene assorbito dalla soluzione concentrata di bromuro di litio, mentre quest’ultima lambisce la superficie della serpentina dell’assorbitore.

8. il calore di condensazione e di diluizione è rimosso dall’acqua di raffreddamento. 9. la soluzione diluita di bromuro di litio è poi pre-riscaldata nello scambiatore di calore prima di

ritornare nel generatore; 10. inizia nuovamente il ciclo ripartendo così dal punto 1.


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3. Analisi tecnica L’assorbitore

L’assorbitore, come abbiamo appena analizzato nel precedente paragrafo, risulta essere l’elemento fondamentale di un impianto di Solar Cooling. Al suo interno avviene attraverso fenomeni chimici e fisici il passaggio dell’acqua calda in ingresso a 83-88 °C in acqua fredda in uscita a 7-12,5 °C, a seconda delle condizioni ambientali.

Si riportano a seguire le SPECIFICHE TECNICHE di alcuni GRUPPI REFRIGERANTI ALIMENTATI AD ACQUA

CALDA Yazaki modello WFC (refrigeratore ad acqua calda) serie SC (S=serie;C=Refrigeratore).


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L’equazione di bilancio delle potenze del gruppo refrigerante è la seguente:

POTENZA IN INGRESSO (lato caldo) + POTENZA FRIGORIFERA UTILE (lato freddo) = POTENZA DISSIPATA (torre)

1 + 2 = 3

Come esempio prendiamo il caso del GRUPPO WFC-SC10:

Potenza frigorifera = 35,2 kW

Potenza Assorbita = 50,2 kW

Potenza Dissipata = 85,4 kW

35,2 kW + 50,2 kW = 85,4 kW

POTENZA FRIGORIFERA UTILE PER RAFFREDDARE

2 TEMPERATURA FREDDA

DI ALIMENTAZIONE

POTENZA DA SMALTIRE NELLA TORRE DI

RAFFREDDAMENTO

3 TEMPERATURE DI

INGRESSO E USCITA DALL’ASSORBITORE

POTENZA IN INGRESSO

1 TEMPERATURE NOMINALI

DI INGRESSO E USCITA ALL’ASSORBITORE NECESSARIE PER

PRODURRE LA POTENZA FRIGORIFERA UTILE PER

RAFFREDDARE


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Il rendimento del GRUPPO è calcolabile dal rapporto tra la potenza utile e spesa, ovvero tra la potenza

frigorifera e quella assorbita:

35,2

50,2= 0,7

Ciascun gruppo è quindi caratterizzato da un rendimento del 70% nelle migliori condizioni operative e in

un’analisi puntuale, infatti per un’analisi più approfondita sono disponibili delle CURVE che permettono di

valutare in base alla taglia del gruppo:

1. la POTENZA FRIGORIFERA EROGATA DAL GRUPPO 2. la POTENZA TERMICA ASSORBITA DAL GRUPPO

al variare della:

1. TEMPERATURA DI ALIMENTAZIONE (LATO CALDO) IN INGRESSO AL GRUPPO (da valutare in funzione del tipo di energia disponibile e sue condizioni di funzionamento);

2. TEMPERATURA DI INGRESSO DELL’ACQUA DI RAFFREDDAMENTO IN INGRESSO AL GRUPPO (da valutare in funzione del tipo di torre evaporativa e condizioni nominali di temperatura-umidità ambiente presenti nel sito di installazione dell’impianto);


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Le curve riportate nei due grafici sono da considerare come indicative in quanto i valori da esse ricavabili

risultano un semplice riferimento.

Per tener presente la possibilità che il circuito di alimentazione al gruppo vari di portata rispetto la condizione

nominale di funzionamento, è necessario considerare nel calcolo della potenza effettiva in uscita della

macchina il FATTORE DI PENALIZZAZIONE DELLA POTENZA EROGATA ricavabile dalla seguente curva nota la

variazione di portata di alimentazione.


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4. Scelta dei parametri

Le temperature e portate in gioco nei vari circuiti della macchina ad assorbimento presuppongono che

l’impianto sia ben studiato. La massima potenza ricavabile si registra in ogni caso allorché la portata del

circuito secondario risulti la stessa del circuito primario, eventuali sovradimensionamenti non sono ripagati.

Le valutazioni necessarie al dimensionamento del sistema dovranno basarsi sui valori rilevabili dalle curve

caratteristiche di prestazione del singolo modello di assorbitore considerato.

Come esempio di dimensionamento-analisi prenderemo il caso di un assorbitore Yazaki (tipo-taglia) WFC-SC

10. Fissata la temperatura dell’acqua di alimentazione e la temperatura dell’acqua di raffreddamento, per

valori di portata di targa dell’acqua di alimentazione dalle curve sottostanti è possibile ricavare la potenza

frigorifera erogata all’impianto di climatizzazione e quella termica assorbita dall’impianto solare termico e

caldaie. Supponendo per l’esempio il caso di una struttura che necessiti al massimo di 30-35 kW .Dalla tabella

contenete i dati tecnici della macchina si riscontra come l’acqua in ingresso debba raggiungere un intervallo

pari a 83-88°C alla portata nominale di 5,1 l/s (18.360 l/h), potendo così garantire in uscita una potenza

frigorifera di 35,2 kW.


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Tali valori dipenderanno anche dal dimensionamento della torre evaporativa la quale dovrà garantire le

temperature di dissipazione. Nel presente documento tecnico questa parte non verrà presa in

considerazione.

Ricavata la potenza di alimentazione necessaria al

gruppo sarà necessario scegliere la fonte di

alimentazione più opportuna in base alla fonte

energetica disponibile (recupero di biomassa,

solare, metano derivante da processi di

trasformazione) e condizioni ambientali del sito.

Nel caso di un impianto solare la potenza termica

in ingresso dovrà essere fornita dal campo solare

e quindi sarà in funzione al tipo di collettore

(rendimento), temperatura media di

funzionamento caratteristica del collettore e area

disponibile.

Il collettore solare di riferimento nella seguente

trattazione chiamato X-RAY 15, risulta essere

costituito da 15 tubi di diametro esterno 58 mm in

vetro borosilicato a doppia intercapedine al cui

interno viene creato il vuoto. Il telaio è realizzato

con profili in alluminio anodizzato che

conferiscono alla struttura robustezza. La

radiazione solare diretta e diffusa penetra

dall’esterno dei tubi e viene catturata

dall’assorbitore.


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Il collettore solare X-RAY 15 è dotato di un

riflettore parabolico che ne esalta la prestazione

energetica annuale.

Uno speciale assorbitore in alluminio all’interno

del tubo in vetro trasferisce il calore al circuito in

rame ad “U” inserito nello stesso. La robustezza, la

prestazione energetica e l’esclusivo design, ne

fanno un riferimento di qualità per il mercato del

solare termico.

L’idraulica esclusiva del collettore X-RAY 15 con

terzo tubo integrato permette di collegare in

cascata fino a 6 collettori solari, con lo

straordinario vantaggio di non dover realizzare la

linea esterna di ritorno.

Ciò riduce drasticamente costo e tempo

d’installazione, garantisce impianti idraulicamente

bilanciati e con estetica pulita ed elegante.

L’installazione è possibile grazie ai sistemi di

fissaggio su ogni tipo di superficie.

Il terzo raccordo laterale permette il collegamento

idraulico integrato, con distribuzione idraulica in

parallelo che migliora le prestazioni energetiche

rispetto ai comuni collettori collegati in serie.


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Esempio di collegamento con i collettori sottovuoto PLEION a 3 attacchi e ritorno inverso.

In tabella i principali dati tecnici del collettore X-RAY15:

DATI TECNICI U.M. VALORE DIMENSIONI (lunghezza x larghezza x altezza) [mm] 2000x1710x120

SUPERFICIE LORDA [m²] 3,420 SUPERFICIE APERTURA [m²] 2,866

SUPERFICIE ASSORBIMENTO 360° [m²] 3,852 PESO A VUOTO [kg] 72,0

CONTENUTO DI LIQUIDO [l] 3,28 PRESSIONE MASSIMA D’ESERCIZIO [kPa] 1000

PORTATA CONSIGLIATA [l/min m²] 0,80 (2,30 l/min per collettore) POTENZA DI PICCO ɳ0 [W] 1.840

RENDIMENTO [%] 64,20 COEFF. DI TRASMISSIONE c1 [W/m²K] 1,747 COEFF. DI TRASMISSIONE c2 [W/m²K²] 0,0005 COEFF. DI ASSORBIMENTO [%] 93,0

COEFF. DI EMISSIONE [%] 6,20 COEFF. DI TRASMISSIONE DEL VETRO [%] 92,0

COLLEGAMENTI [inch] 6 x ¾” M

TEMPERATURA DI STAGNAZIONE (a 30 °C e 1.000 W/m2) [°C] 240


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Il rendimento termico di un collettore solare è definito dal rapporto:

ɳ =𝑃𝑐𝑜𝑙𝑙

𝐴𝑎𝑝,𝑐𝑜𝑙𝑙×𝐺

dove Pcoll è la potenza del collettore, Aap l’area di apertura per collettore e G l’irraggiamento specifico per

unità di superficie.

È importante considerare però che il rendimento di un collettore solare dipende da una serie di condizioni

che sono:

- la temperatura di ingresso e uscita al collettore; - l’irraggiamento unitario medio mensile; - la temperatura media esterna; - il rendimento di picco o ottico (a perdite termiche nulle) del collettore considerato, presente in

tabella; - i coefficienti di perdita lineare c1 e quadratico c2 del collettore considerato, presente in tabella.

In termini analitici il rendimento è calcolabile dalla seguente equazione:

ɳ = ɳ0𝐾𝜃 − 𝐶1

∆𝑇

𝐺− 𝐶2

∆𝑇²

𝐺

Nota l’equazione sarà ora necessario ipotizzare le condizioni di funzionamento del campo solare.

Supponendo di poter alimentare il gruppo refrigerante ad una temperatura variabile pari a 90°C – 92°C, sarà necessario garantire in uscita dal singolo collettore una temperatura prossima di 100°C che con salto termico allo scambiatore solare dell’accumulo di acqua calda ipotizzabile di 16°C, comporta un ingresso al collettore di 84°C. Ipotizzando infine la temperatura esterna media giornaliera di 30 – 32°C, è possibile calcolare la differenza di temperatura tra il collettore e l’aria esterna ΔT:

∆𝑇 = 𝑇𝑚 − 𝑇𝑎𝑚𝑏 =𝑇𝑐𝑜𝑙𝑙,𝑖𝑛 + 𝑇𝑐𝑜𝑙𝑙,𝑢𝑠𝑐

2− 𝑇𝑎𝑚𝑏 =

84 + 100

2− 32 = 60°𝐶

Nelle condizioni nominali di irraggiamento pari a 1.000 W/m² e differenza di temperatura tra il collettore e

l’ambiente di 60°C, il rendimento del collettore sarà pari a:

ɳ𝑐𝑜𝑙𝑙 = ɳ0𝐾𝜃 − 𝐶1

∆𝑇

𝐺− 𝐶2

∆𝑇²

𝐺= 0,642 − 1,747

60

1000− 0,0005

60²

1000= 0,535


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Noto il rendimento del collettore è possibile calcolare la potenza termica utile nelle condizioni richieste

dall’impianto di solar cooling da ciascun collettore sottovuoto X-RAY 15:

𝑃𝑐𝑜𝑙𝑙 = 𝐺×𝐴𝑎𝑝,𝑐𝑜𝑙𝑙×ɳ𝑐𝑜𝑙𝑙 = 1000×2,866×0,535 = 1533 𝑊/𝑐𝑜𝑙𝑙

Prestazioni termiche dichiarate del collettore X-Ray 15 in accordo con la normativa EN 12975-1,2


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Il valore di potenza fin qui calcolato non tiene conto del coefficiente di correzione il quale permette di

trasporre il valore di potenza in funzione dell’angolo di inclinazione e orientamento del campo solare e quindi

del singolo collettore.

Per tale ragione si riporta la seguente tabella indicante il valore di riferimento nelle condizioni proprie.

Inclinazione del collettore (α)

Orientamento (β) 0° 10° 15° 20° 30° 40° 50° 60°

0°sud 1,00 1,07/1,06 1,09/1,08 1,11/1,10 1,13/1,11 1,12/1,10 1,03/0,99 0,74/0,68

±15° 1,00 1,06 1,09/1,08 1,1/1,09 1,12/1,10 1,11/1,09 0,99 0,74/0,68

±30° 1,00 1,06/1,05 1,07 1,09/1,08 1,1/1,08 1,09/1,07 0,96 0,73/0,68

±45° 1,00 1,04 1,06/1,05 1,07/1,06 1,07/1,06 1,05/1,03 0,93 0,72/0,67

±90° est-ovest 1,00 0,99 0,98/0,97 0,96 0,93/0,92 0,89/0,87 0,77 0,57/0,55


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Nelle condizioni di lavoro ipotizzate:

- orientamento ottimale a sud (+/-5°); - inclinazione di 30°;

il coefficiente di correzione risulta essere pari a 1,1 ovvero a 10% in più di potenza, passando così da 1533

W/collettore a 1686 W/collettore.

Fin qui si è calcolata la potenza in uscita dal singolo collettore, senza tener conto delle perdite termiche

presenti nel circuito di distribuzione che partono dall’uscita del collettore all’ingresso dello scambiatore

solare per poi passare alla perdita termica presente sul circuito secondario dello stesso, non imputabile al

circuito solare ma da tener presente per poter raggiungere il livello di temperatura consono per il corretto

funzionamento del gruppo. Mediamente nel periodo di nostro interesse “estivo” è possibile considerare

cautelativamente un fattore di perdita del 10%, coincidente nell’attuale caso proprio al coefficiente di

correzione.

Le considerazioni fatte fin qui ci permettono di considerare per singolo collettore una potenza disponibile

pari a 1533 W; a questo punto per poter valutare il numero di collettori necessari a garantire la potenza

termica richiesta dal gruppo nel circuito di alimentazione, è semplicemente necessario dividere le due

potenze, ovvero:

𝑛𝑐𝑜𝑙𝑙 =𝑃𝑔(𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑧𝑎 𝑟𝑖𝑐ℎ𝑖𝑒𝑠𝑡𝑎 𝑑𝑎𝑙 𝑔𝑟𝑢𝑝𝑝𝑜 𝑌𝐴𝑍𝐴𝐾𝐼 𝑊𝐹𝐶 − 𝑆𝐶10)

𝑃𝑐𝑜𝑙𝑙(𝑝𝑜𝑡𝑒𝑛𝑧𝑎 𝑓𝑜𝑟𝑛𝑖𝑡𝑎 𝑑𝑎 𝑢𝑛 𝑠𝑖𝑛𝑔𝑜𝑙𝑜 𝑐𝑜𝑙𝑙𝑒𝑡𝑡𝑜𝑟𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟𝑒 𝑋 − 𝑅𝐴𝑌15)=

50,2

1,533=

= 32,7 𝐶𝑂𝐿𝐿𝐸𝑇𝑇𝑂𝑅𝐼 → 32 𝐶𝑂𝐿𝐿𝐸𝑇𝑇𝑂𝑅𝐼 , ovvero 8 file da 4 collettori.

Per assicurare il corretto bilanciamento di ciascuna batteria e quindi dell’intero campo solare sarà necessario

dimensionare correttamente la tubazione di collegamento prevedendo al limite l’utilizzo di regolatori di

portata se necessario.

Inoltre sarà necessario garantire la corretta disposizione evitando ombreggiamenti reciproci tra le file, tali da

poter diminuire il rendimento dell’impianto.


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La portata di lavoro ipotizzata per ciascun collettore sarà di circa 42 l/hmap2, ed essendo pari a 2,866 m2 la

superficie di apertura per ciascun collettore, la portata per singola batteria, sarà:

𝑄𝑡𝑜𝑡 = 𝑄𝑐𝑜𝑙𝑙×𝑛𝑐𝑜𝑙𝑙×𝐴𝑎𝑝,𝑐𝑜𝑙𝑙 = 42×4×2,866 = 480𝑙

ℎ= 8 𝑙/𝑚𝑖𝑛

Nota quindi la portata per ciascuna batteria è possibile valutare il diametro della tubazione in base anche alla

distanza di collegamento tra collettori e centrale termica. Si noti come i grafici o tabelle di classico utilizzo

riportino i valori di perdita con riferimento a una soluzione composta da acqua pura.

Nel caso di impianti solari si deve tenere conto della percentuale di glicole presente nella miscela per l’effetto

dell’aumento della viscosità del fluido con conseguente aumento delle perdite di carico. Normalmente la

percentuale di glicole presente nella miscela risulta essere pari a circa il 35-40%, la quale comporta un

aumento delle perdite di carico del 25% circa rispetto alla presenta di acqua.

Di seguito si riportano le perdite di carico unitarie mm c.a. per m di tubazione lineare in funzione del diametro

e portata in circolazione.

Fissata quindi la portata nominale per ciascuna batteria e il tipo di tubazione da utilizzare che nel caso in

esame sarà del tipo in rame liscio, sarà possibile dimensionare tutti i tratti di tubazione in funzione della

massima perdita di carico unitaria ammessa 200 Pa/m equivalenti a 20 mm c.a./m.


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In tabella i diametri da utilizzare per ciascun tratto di tubazione in funzione del numero delle batterie da

collegare.

n° batterie Portata [l/h] Diametro [mm] Perdita [mmc.a./m]

1 480 22/20 15

2 960 28/25 17

3 1440 35/32 10

4 1920 35/32 17

5 2400 42/39 10

6 2880 42/39 14

7 3360 42/39 21

8 3840 54/51 18


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Note quindi le perdite di carico continue, sarà cura calcolare le perdite di carico localizzate e presenti nel nello stesso circuito solare (curve, cambi di direzione…), quelle presenti nello scambiatore di calore e imputabili al transito nel regolatore di portata e/o organo di separazione dell’aria (degasatori o sfiati). Note quindi le perdite di carico distribuite lungo i circuiti di distribuzione è necessario ora prendere in considerazione la perdita di carico nel regolatore di portata, nella batteria, nello scambiatore e nel circolatore stesso. Visto l’argomento appena trattato “tubazioni” è necessario ricordare che, le reti di distribuzione dei fluidi caldi in fase liquida o vapore degli impianti termici devono essere coibentati con materiale isolante il cui spessore minimo è fissato dalla seguente tabella. La tabella riporta lo spessore minimo necessario così come prescritto dal D.P.R. del 26 Agosto del 1993 N.412 nell’allegato “B” in funzione del valore della conduttività dell’isolante scelto e diametro esterno della tubazione dimensionata. Tali spessori si riferiscono a tubazioni poste all’esterno o su locali non riscaldati; è possibile ridurre lo spessore nel caso in cui:

- i montanti verticali delle tubazioni devono essere posti al di qua dell’isolamento termico dell’involucro edilizio, ovvero verso l’interno dell’edificio, ed i relativi spessori minimi dell’isolamento possono essere ridotti del 50%;

- nel caso di tubazioni correnti entro strutture non affacciate né all’esterno, né su locali non riscaldati, gli spessori vanno ridotti del 30%.

È consigliato l’utilizzo di isolanti aventi un basso valore di conduttività termica λ [W/mK] tale da poter adottare il minimo spessore di isolante e quindi la minima superficie esterna, riducendo così le perdite termiche scambiate tra la superificie stessa e l’ambiente nel quale è installata la rete di distribuzione. Inoltre l’isolante deve essere del tipo a cellule chiuse per eviatre che possa penetrare umidità, riducendo drasticamente l’effetto isolante oltre che a ridurne la durata nel tempo.

Conduttività Diametro esterno tubazione [mm]

λisol [W/m²C] <20 20-39 40-59 60-79 80-99 ≥100

0,030 13 19 26 33 37 40

0,032 14 21 29 36 40 44

0,034 15 23 31 39 44 48

0,036 17 25 34 43 47 52

0,038 18 28 37 46 51 56

0,040 20 30 40 50 55 60

0,042 22 32 43 54 59 64

0,044 24 35 46 58 63 69

0,046 26 38 50 62 68 74

0,048 28 41 54 66 72 79

0,050 30 44 58 71 77 84

In ciascuna batteria sarà presente una valvola di bilanciamento necessaria per garantire la stessa portata e

quindi energia. La valvola richiede un tratto di tubazione in ingresso dritto di lunghezza e diametro nominali

uguali a quelli del sistema utilizzato. La valvola può essere montata in posizione orizzontale, obliqua e

verticale, tenendo tuttavia in considerazione la direzione di flusso indicata dalla freccia. La valvola indicata


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per il progetto in esame è caratterizzata da una resistenza alla temperatura fino a 185°C e pressione di 16bar,

attacchi da ¾” F, campo di regolazione della portata 2-12 l/min e Kvs pari a 2,2 [m3/h].

Per definizione il coefficiente kvs definisce il flusso di acqua, espresso in m³/h, che attraversa una valvola con

una pressione differenziale (caduta di pressione) di 1 bar. Con questo dato è possibile:

- calcolare la portata che attraversa la valvola, in funzione della differenza di pressione; - dimensionare la valvola in funzione della portata e della perdita di carico che si intende accettare; - calcolare la perdita di carico concentrata della valvola, in funzione della portata e del kvs.

Nel nostro caso avendo nota la portata in ciascuna batteria di collettori e il valore del kvs dichiarato dalla casa

madre produttrice calcoleremo la perdita di carico come:

𝛥𝑃 = (𝑄

𝑘𝑣𝑠)

2

= (0,48

2,2)

2

≅ 48 𝑚𝑚 𝑐. 𝑎

Alla perdita di carico concentrata nella valvola si dovrà aggiungere la perdita dell’intera fila di collettori. Di

seguito viene riportato il diagramma delle perdite di carico del collettore sottovuoto X-RAY 15, ottenuto dalla

regressione lineare sulla base dei punti ricavati dalle prove pratiche effettuate in fase di certificazione.


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Ricavata l’equazione di regressione della curva nel caso di acqua “non miscela a base propilenica” alla

temperatura di lavoro di 20°C±2°C:

∆𝑝 = 𝑎×ṁ² + 𝑏×ṁ = 42.950,45×ṁ² + 2.580,76×ṁ

Con ṁ=480 l/h per fila di collettori otteniamo una caduta di pressione pari a 0,11 m.c.a. A tale perdita dovrà

essere aggiunta la distribuzione per mezzo del terzo tubo inserito nella testata dei collettori sottovuoto Pleion

con caratteristiche tecniche:

- Diametro esterno Øe=22 [mm]; - Diametro interno Øi=20,4 [mm]; - Lunghezza della tubazione L=1695 [mm] - Materiale rame come tutta la circuitazione interna del collettore.

Oltre a tale perdita devono essere considerati:

- i sistemi di connessione tra un collettore e il successivo in acciaio inox corrugato da 22/20 per una lunghezza di circa 70 [mm]. Nel caso di una fila da 4 collettori saranno presenti 3 set di connessione (70x3=240 [mm]).

- La curva di ritorno a 180° per la distribuzione in ciascun collettore della fila, anche questa in acciaio inox corrugato da 22/20.

Considerando l’aggiunta di tali perdite distribuite e concentrate risulta una perdita totale di 0,238 [m.c.a.]

che corretta con un aumento del 25% per effetto del passaggio acqua – miscela propilenica diventa di 0,286

[m.c.a.].

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