di  -  lunedì 21 settembre 2009

Dopo avere parlato di impianti solari termici da un punto di vista tecnico e costruttivo dei pannelli, in questo post verrà presentato un dimensionamento di massima (e quindi non dettagliato e preciso come un progetto vero e proprio) per un impianto solare termico per un impianto sportivo.

L’impianto solare termico deve essere in grado di produrre acqua calda sanitaria per i servizi igienici del centro, e la richiesta in fase di progetto è di ottimizzare l’autoproduzione attraverso il solare con il consumo per l’integrazione e ed i costi dell’impianto solare termico.

VALUTAZIONE DELL’IRRAGGIAMENTO DEL SITO

La procedura impiegata per valutare l’irraggiamento del sito è quella già esposta nel post “Energia dal Sole: progetto di un impianto fotovoltaico, che viene ora riproposta integralmente:

Consideriamo un centro sportivo sito ad Olbia (SS), nel quale è richiesta l’installazione di un impianto fotovoltaico in grado di produrre su base annuale la stessa quantità di energia consumata, superficie a disposizione per l’impianto permettendo.

Tale progetto è stato oggetto di una esercitazione durante un corso Universitario di qualche anno fa, pertanto alcuni dati potrebbero non apparire aggiornatissimi, ma risultano comunque indicativi.

Per valutare la produttività del sito venivano forniti i dati di irraggiamento totale sul piano orizzontale e si calcolano le componenti diretta, diffusa e riflessa (ovviamente questa procedura è limitata all’essere una esercitazione, come già detto in un post precedente le norme UNI10349 forniscono le componenti diretta e diffusa separatamente).

Procedendo allo svolgimento dei calcoli presentati in due post precedenti (1 e 2) si può valutare l’angolo ottimale β del pannello (considerando un valore di albedo ρ pari a 0.3) in modo da massimizzare la radiazione raccolta per unità di superficie dal pannello (tale angolo è fortemente influenzato dalla latitudine del sito, nel caso in esame si aveva φ = 40.54°).

Nel caso in esame si otteneva un angolo ottimale pari a 30.54°.

Considerando il numero medio di ore di insolazione per i vari mesi dell’anno e valutando l’energia totale unitaria incidente sul pannello inclinato dell’angolo βott (e considerato perfettamente orientato a Sud), si ottiene la seguente tabella dove sono rappresentate l’energia totale incidente sul pannello E, il coefficiente di serenità media mensile K e la temperatura esterna media mensile TEXT m.m.:

tabella-insolazione.jpg

diagramma-insolazione.jpg

IL FABBISOGNO DI ACQUA CALDA SANITARIA DELL’UTENZA

Il fabbisogno termico viene indicato nella seguente tabella, dove vengono indicate il numero di persone per giorno frequentanti il centro sportivo, la temperatura esterna e la richiesta di energia termica media mensile e giornaliera:

fabbisogno_termico.jpg

L’energia termica media mensile si valuta mediante la seguente relazione:

ETmm = [mH2O · P · Ng · cpH2O · (Tf – Ta)] / 3600

dove:

  • mH2O : fabbisogno idrico giornaliero per persona stimato pari a 50l;
  • P : presenze giornaliere;
  • Ng : numero di giorni del mese;
  • cpH2O : calore specifico dell’acqua, pari a 4.186 kJ/kgK;
  • Tf : temperatura dell’acqua calda sanitaria, ipotizzata pari a 50°C;
  • Ta : temperatura esterna media mensile;

L’andamento dell’energia termica media mensile richiesta è rappresentata anche nel seguente diagramma:

fabbisogno_termico_medio_mensile.jpg

Si valuta a partire da questi dati la superficiedel collettore necessaria mensilmente per il soddisfacimento del 100% del fabbisogno.

VALUTAZIONE DELLA SUPERFICIE DEL COLLETTORE SOLARE

L’equazione è la seguente:

AC = ETm.g. / (ηC · EC)

dove:

  • EC : energia irraggiata sulla superficie orientata;
  • ηC : rendimento del collettore, valutato secondo il metodo “collector test n°286“;

Valutando mensilmente le superfici necessarie per il 100% del fabbisogno si ottiene il seguente diagramma:
superficie_collettore.jpg

Il rendimento del collettore presenta il seguente andamento mensile:

rendimento_collettore.jpg

La scelta della superficie del collettore deve tenere conto dell’ottimo tra costi dovuti all’impianto e costi dovuti all’integrazione (ad esempio mediante una caldaia a gas).

Nel caso in esame sono state esaminate tre diverse superfici, 30m2, 60m2 e 90m2 e per ciascuna scelta sono stati valutati diversi parametri economici, tra i quali VAN e TIR , oltre ad essere estrapolata la curva del VAN per il range 30-90m2.

La scelta ottimale viene quindi effettuata sulla base di questi parametri stimando una vita utile per l’impianto pari a 30 anni.

E’ inoltre necessario tenere in considerazione la necessità di un sistema di accumulo, che deve essere almeno pari al consumo di acqua del mese di maggiore afflusso (Agosto), pertanto il serbatoio avrà un volume minimo di 4000l, e verrà incrementato di un 10% per tenere in conto eventuali necessità impreviste, pertanto si installerà un accumulo di 4400l.

9 Commenti »

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  • # 1
    lor
     scrive: 

    Domanda (e mi scuso se vado fuori tema leggermente) Valutazioni ed opinioni sui collettori solari che producono ARIA calda (tipo solarventi o walnoefer) ? so già che non vanno SENZA sole, ma il bisogno è solo quello di DEUMIDIFICARE a costo zero (pannello escluso ovviamente). Grezie per le risposte.

  • # 2
    Archimede
     scrive: 

    Accumolo di 4400litri???????

    Se non sbaglio dovrebbe pesare 4.400k ovvero 4.4Tonnellate!!!!!!

    in un edificio normale il peso massimo accidentale ipotizzabile espresso per Kg/mq è di 400Kg/mq e di 600Kg/mq al massimo 700… ma solo in caso di biblioteche o locali pubblici con affluenza straordinaria… come stadi!

    Ora facciamo due conti:

    4.400 litri vogliono dire 4.400dm-Cubici che tradotti in metri sono un prisma di 4,4mq di base e 1m di altezza!

    poniamo il caso di doverlo mettere in un locale x … allora dovremmo rispettare il carico accidentale massimo di progetto… facciamo 400kg/mq (mediamente è quello più usato in edilizia).

    Per ottenere la superficie minima di ungombro di un serbatoio di acqua del volume di 4.4m3 dovremmo dividere 4.400kg per 400Kg/mq

    sono 11mq di superficie uniformemente distribuita utile minima!

    Quindi 4.4m3 si ottengono con un prisma di 11mq di base e 0,4 mq di alezza!

    Ovvero

    4400litri di acqua significa di dover disporre di uno spazio libero di L=3,317m P=3,317 H=0,4m da occupare con il solo carico dei 4.400litri di acqua!

    Tenendo conto poi anche dei pesi propri dei materiali accessori, come la stessa cisterna e altri apparecchi e poi aggiuntivi 100Kg/mq per restare in sicurezza in caso di ispezone da parte dei tecnici…..

    Si arriva alla conclusione che servirebbe almeno una stanza di 4,6-5m … ovvero una superficie di 25mq dedicati alla cisterna!

    è anche vero che non è detto che tale cisterna debba stare sotto il tetto… (sarebbe un errore non riconsiderare nuovamente i carichi!)
    Ma è logico pensare che le cisterne siano per forza da mettere nello scantinato!

    Comunque sia anche nello scantinato andrebbe riconsiderato nuovamente la distribuzione dei carichi che poi vanno sempre a gravere sulle fondazioni!

    Quindi ovunque si metta il “Carico”, in via CAUTELATIVA va considerato che non deve andare a superare i 400-100= 300Kg/mq sempre e comunque!

    Questo ultimo ragionamento mi porta a considerare come superficie minima di 3,9*3,9m circa 16mq!
    E l’altezza della cisterna sarà di 0,29-30 cm MASSIMO!

    Ora è possibile anche fare un CUBO di 1,65m di lato!
    MA in TAL CASO bisognerà trovare il modo di non far insistere niente altro per i restanti 2,35m e di distribuire in modo più uniforme possibile il peso della custerna, magari usando 4 piastre metalliche di circa 2*2metri…. come base per appoggiare un minimo di 4 piedistalli della cisterna…. è ovvio che sarebbe meglio se vi fossero più pietistalli… magari collegati tutti alla base con un ulteriore anello di distribuziono al suolo!

    Ora io non so come sono fatte queste cisterne di sccumolo, ma penso che non sia un gioco da poco collocare 4.4Tonnellate su una superficie progettata al massimo per 400kg/mq (600kg/mq è una eccezione.. magari usata per un garage, un magazzino, ma non per una cantina o per un semplice sottosuolo di una palazina!

    Insomma con questo io chiedo se e come è possibile disporre tali accumoli in case non progettate per accoglierli!

    E’ ovvio che se uno ha una corte o un terreno può cercare di farsi passare il progetto di un locale accessorio esterno ed$ annasso all’edificio, ma la vedo difficile!

    Tutta altra cosa è per le vuove costruzioni… là si che è un gioco da ragazzi fare un impianto solare termico!

    In ogni modo sono davvero entusiasta di poter integrare Solare Termico con le Caldaie a Gas .. così d’estate non uso ne luce ne gas per riscaldare l’acqua e d’inverno se si usassero le caldaie a condensazione, l’acqua di accumolo si scalderebbe semplicemente a gratis con il calore latente che sfugge dai fumi su per il camino!

    E se si collegassero in modo inteligente, ovvero se si potesse mandare l’acqua calda e/o fredda solo quando servono alle varie lavatrici e lavastoviglie … allora il risparmio sarebba garanito!

    Ps…. non ho capito quale superficie di pannelli è meglio usare….. FORSE è 90mq …. per il fatto che a DICEMBRE servirebbero 150mq!

    Non sono certo superfici molto facili da travare anche su un tetto!

    Dato che un edificio no è più larg di 15m allora le due falde sono di 7,5 8 metri l’una… che fanno 8,5-9 metri di disponibiltà per una lunghezza di 17-18 metri fanno 150mq!

    Ma ma ma …. quanto pesano 150mq di pannelli solari termici … compreso il fluido?

    Anche questo è un problema!

    Disporre una qualsiasi massa sul tetto provoca un sovraccarico alla struttura che non è stato calcolato in fase di progetto!

    Senza tener conto che più pesa il tetto e più sarà causa di crollo in caso di SISMA! Almeno che non si vadano ad instalare i pannelli su un sistema di smorzamento delle oscillazioni disaccoppiando le masse e itilizzandole in effetti come veri e ropri smorzatori delle oscillazioni dell’edificio colpito da sisma!(in caso contrario sarebbe un disasro!)
    ——————————————-

    Ora forse sarò roppo pessimista, ma vorrei sapere come affrontate voi progettisti di impianti questo problemi di distribuzione dei pesi…. c’è un trucco, o vi affidate alla buona sorte e alla speranza che il progettista abbia sovradimensionato le strutture?

    E con questo quesito che è più un dubbio da profano vi lascio e vi saluto…..

    Buon Raggiante e Solegiato Proseguimento!

  • # 3
    Simone
     scrive: 

    Rispondo con un giorno di ritardo, scusate ma proprio non potevo prima.

    @lor
    Non me ne sono mai interessato, magari dò un’occhiata e vedo qualcosa, ma non sono la persona più informata su quel tipo di pannelli.

    @Archimede
    La superficie ottimale ho omesso di indicarla, perché nel caso in esame si disponevano incentivi diversi da quelli tipici (era un’esercitazione di un corso universitario), la valutazione della superficie a disposizione e le analisi economiche derivanti dagli indicatori economici permettevano una scelta ottimale tra i 45 ed i 60mq, ma nulla vietava di andare oltre, mentre al di sotto l’impianto dipendeva troppo dall’integrazione.

    Sul discorso dei carichi, attenzione perchè qui si parlava di un centro sportivo, un edificio costruito appositamente per questa destinazione… la loro progettazione rispetta norme edilizie apposite… non sono un ingegnere civile, però non mi pare che quelli che tu abbia esposto siano problemi che, in un esempio come quello presentato, possano dare problemi, in un’abitazione il serbatoio non raggiunge i 1000 litri, sarebbe esagerato

  • # 4
    Archimede
     scrive: 

    A ho capito ok allora si ho capito… e mi torna …

    Scusa ma non avevo letto che l’impianto era per un centro sportivo! Là i carichi accidendali sono ben superiori alla qualsiasi edificio… figurarsi che deve reggere tutti quegli atreti che con i loro 80-90kg zompano e cadono senza sosta e poi i tifosi che saltano e si agitano peggio di una mandria di bufali!

    Ok è ok davvero una gran cosa questo solare termico!

    Tu poi precisi che per una abitazione vanno bene anche 1000 litri … cioè 1m3 … e anche questo è OK!
    Pensando che una vasca normale contiene non più di 6-700litri allora possiamo dire che mettendo 2 vasche accostate … arriviamo a più di 1000litri! FENOMENALE!

    Davvero ottimo!

    E poi il calcolo Invernale!

    Non credevo che si potesse davvero ottenere acqua calda in inverno… in nessun modo, almeno che non si integrasse con una caldaia!
    E INVECE … siiiiiii!

    Bene bene sono davvero contento, se non fosse per il fatto di rimetter mano agli impianti di casa lo farei anche domani!

    Ps.
    Ho visto la trsmissione di Voiager e pare che per il 2012 vi sarà un picco energetico del sole… insomma farà molto caldo e le radiazioni saranno più forti del solito….
    Domanda:
    Questo vorrà dire che il solare e non solo termico renderà di più? O sarà un problema per gli impianti che magari non tollerano più di un tot di energia?
    Non so sarebbe un peccato che dopo aver messo i pannelli sul tetto, il sole stesso con la sua esplosione di energia mandasse in tilt tutto l’impianto pertando aa ebollizione i mille litri di accumolo!

    va bhe lo so sono esagerato! Ma è solo una considerazione non una affermazione….. per il resto come ho detto lo farei anche domani!

    Grazie ancora delle precisazioni e arrivederci.

  • # 5
    Simone
     scrive: 

    @ Archimede

    Per una casa bastano molti meno, se sei interessato ad un impianto solare termico per casa puoi rivolgerti ad uno studio tecnico serio (evita il fai dai te, anche se ormai ti vendono un impianto a circolazione chiavi in mano anche nei centri commerciali è sempre meglio chiedere a dei progettisti esperti e seri)… comunque per un uso domestico non è necessario lanciarsi in analisi complesse, una valutazione di massima (comunque fatta bene) ed un impianto a circolazione naturale vanno bene per la maggior parte delle necessità domestiche… per questi impianti e per queste esigenze 200 litri di accumulo di solito sono una buona cifra… puoi trovare delle immagini sul post precedente… un impianto domestico a circolazione naturale (pur con alcuni problemi di cui si deve tenere conto) comunque è davvero semplice ed economico… per questo ti invito visto l’interesse a contattare dei seri professionisti.

    Per quanto riguarda le attività solari proprio non saprei, forse Eleonora Presani può esserti di aiuto (rubrica “il gatto di Schroedinger” sempre su AD)… posso però dire che l’irraggiamento che arriva sulla terra definisce l’energia disponibile, se tali attività solari comportassero un aumento di irraggiamento, questo si riperquoterebbe sulla densità di energia a metro quadro, con un aumento della produzione, ma ripeto… non so nulla sul sole.

  • # 6
    Roberto
     scrive: 

    salve, siamo una famiglia di 5 persone, (Alto Adige)buona esposizione solare, casa singola,sono indeciso se effettuare una spesa notevole (20.000) circa per installare un impianto solare con pannelli sottovuoto per uso sanitario e riscaldamento, o se spenderne la metà e fare solo la parte sanitaria. cosa mi conviene di più tra spesa e risparmio? posso veramente scaldare casa anche nei periodi più freddi? Un consiglio mi farebbe comodo grazie, tenendo conto anche del bonus fiscale.

  • # 7
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ Roberto
    Salve a lei, il problema che espone può venire chiarito solo con una consulenza seria fatta da professionisti (possibilmente uno studio di Ingegneria serio).
    In via del tutto generale però mi sento in disaccordo con l’idea del riscaldamento ad opera dei pannelli solari, per vari motivi, il primo dei quali nasce da una considerazione basata sull’uso stagionale del riscaldamento… non ha senso avere un impianto che d’inverno contribuisce in maniera “pesante” (60-80% o più) al riscaldamento e che d’estate è lì per fare bella mostra di se… il secondo è di natura tecnica… se l’impianto “prende sole” allora produce, ma se produce e l’acqua calda non viene utilizzata questa si surriscalda (si vedano i commenti nel precedente post)… e diventa necessario adottare accorgimenti particolari… il terzo è economico… a parte tutti gli incentivi, ammortare una spesa sostenuta per un qualcosa che fornisce un contributo durante tutto l’anno (d’estate magari si produce più di quel che si utilizza, ma comunque un pò di acqua calda si usa, al contrario del riscaldamento) è in linea di massima più facile, mentre la maggiore spesa da sostenere per il riscaldamento permette di ridurre (non dimentichiamo che per via della variabilità delle condizioni meteo è sempre necessario un sistema, opportunamente dimensionato, in grado di contribuire quando necessario) le spese sostenute esclusivamente nei mesi freddi… poi ovviamente l’Alto Adige non è la Sardegna, ma non credo che la necessità di riscaldamento sia superiore ai 6 mesi.

    Il mio suggerimento è di valutare con dei professionisti la situazione reale (proprio per capire quanto si necessita di riscaldamento e per quanto tempo), tenendo però presente che il professionista guadagna in proporzione al costo dell’impianto, pertanto affidarsi a persone che “tengono al cliente”… ma per quanto riguarda il mio parere, consiglio di provvedere ad un buon impianto solare termico per l’acqua sanitaria, unito ad una caldaia a condensazione di elevata qualità (non cito marchi, ma i migliori sono ben noti), e spendere la cifra rimanente per un miglioramento dell’isolamento termico dell’edificio e soprattutto degli infissi, che spesso sono la prima causa di perdita… sempre che tutto ciò non sia già stato fatto…

  • # 8
    Simone (Autore del post)
     scrive: 

    @ Roberto
    Rileggendo il suo commento (mi scusi ma l’ora è tarda e la stanchezza si fa sentire) mi rendo conto di avere trascurato forse la sua particolare situazione… (ma rinnovo comunque l’invito a contattare dei professionisti che possono valutare sul campo la situazione).

    Lei parla di 20000€ o della metà nel caso di solo sanitario… così su due piedi non posso darle indicazioni, però il riscaldamento normalmente richiede una potenza ben superiore a quella per la produzione di acqua sanitaria, pertanto se da valutazioni legate a quest’ultima fosse certo che necessita di un impianto di tali dimensioni, la proporzione con il riscaldamento è sbagliata dovendo essere questo ben superiore…

    Tenga inoltre presente che i pannelli producono in proporzione all’irraggiamento… quindi se durante la stagione più fredda si ha forte presenza di cielo coperto, di precipitazioni piovose o nevose, la produzione diventa bassa per non dire assente… e quindi si vanifica davvero l’esborso economico… soprattutto per il riscaldamento.

    Abito nel sud della Svezia da 1 anno (sicuramente è una zona più calda del Trentino A.A., ma credo Stoccolma sia paragonabile), non ho mai visto un solo impianto solare termico (ad essere sincero nemmeno per l’acqua sanitaria), certo contribuisce l’uso del teleriscaldamento, ma ribadisco che così senza una valutazione attenta mi sento di sconsigliare il riscaldamento.

    Se avrà piacere mi tenga informato.

  • # 9
    Roberto
     scrive: 

    La ringrazio, penso proprio che rivaluterò l’ipotesi del solo sanitario. grazie per i chiarimenti. Roberto

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