29 05 13_15°_Incontro_Impianti_Solari_Termici

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29/05/2013 Quindicesimo Incontro,
Aula Magna del Centro per l’Impiego,
l’Orientamento e la Formazione, via
Luca della Robbia 4

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Luca della Robbia 4
Indice
• Dritti al problema. Perché è importante ridurre i
consumi termici autoproducendo energia:
– I consumi di energia da fonte fossile;
– La convenienza economica degli impianti solari termici:
– Testimonianza di un impianto solare termico a Pesaro;
• La radiazione solare:
– la propagazione della radiazione solare attraverso
l’atmosfera e la radiazione disponibile sulla superficie
terrestre;
– La costante solare;

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Luca della Robbia 4
Indice
• Componenti di un impianto ad uso domestico e principio di
funzionamento del collettore solare;
– Componenti impianto;
– Proprietà del collettore;
– Tipologie di collettore;
– Impianti a circolazione naturale e impianti a circolazione forzata (e
integrazione con la caldaia domestica);
• Progettazione di un impianto solare termico domestico:
– Rilievo;
– Analisi del fabbisogno di acqua calda sanitaria;
– Dimensionamento della superficie dei collettori;
- Procedura autorizzativa comunale;
• Autocostruzione di pannelli solari termici;

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Luca della Robbia 4
DRITTI AL PROBLEMA
L’importanza del risparmio nei consumi di energia termica e
la convenienza economica degli impianti solari termici

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Luca della Robbia 4
Avete mai pensato di installare
un pannello solare termico?

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Luca della Robbia 4
Le sovvenzioni mondiali ai
combustibili fossili
Per il 2012, la IEA ha stimato 630 miliardi di $ di incentivi
per le fonti fossili.
http://qualenergia.it/articoli/20120522-sussidi-alle-fonti-fossili-e-la-soglia-dei-2-gradi-
birol
All’interno del rapporto «World
Energy Outlook», la International
Energy Agency aggiorna
annualmente il dato sugli
incentivi ai combustibili fossili.
Nel 2010 erano pari a 412 milioni
di $, mentre nel 2011
ammontavano a 523 milioni di $.
L’incremento è dovuto al
contestuale aumento dei costi
dei combustibili. Le rinnovabili
invece, inclusi i biocombustibili,
nel 2011 hanno beneficiato di 88
miliardi di $ di incentivi, quasi 6
volte in meno delle sovvenzioni
ai combustibili fossili!!

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Luca della Robbia 4
La dipendenza dell’Italia
dall’estero nei consumi di
energia
Combustibili da
importazione:
9%
37%
40%
14%
Consumi primari di energia
(Bilancio Energetico Nazionale 2011)
Solidi* Gas Petrolio Rinnovabili
*Solidi: carbone, lignite, sottoprodotti, coke
Comb. Import
(Mtep)
Import
(%)
Solidi 15530 di
16600
93,5%
Gas 57632 di
63814
90,3%
Petrolio 69157 di
89943
76,9%

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29/05/2013 Quindicesimo
Incontro, Aula Magna del Centro per
l’Impiego, l’Orientamento e la
Formazione, via Luca della Robbia 4
Ipotesi «ideale»
• F, famiglie in Italia = 25’175’793 (fonte Istat);
• Cm, Consumo medio per acqua calda sanitaria (ACS)
 30% consumo annuo gas naturale per famiglia =
0,3*1400 Sm3 = 420 Sm3;
 Risparmio gas annuo = Cm*F = 10573,8 *106 Sm3 
8,21 Mtep
• Totale consumi finali gas annuo (BEN) = 39,197 Mtep
(di cui 25,244 nel civile);
 Risparmio ≈ 21% sui consumi finali!!
1 Sm3 = 0,947 Nm3; 1 Nm3 gas = 0,82*10-3 tep;

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Un impianto solare
termico è conveniente?
• E’ sicuramente conveniente;
• Il costo dipende da diverse variabili specifiche
per ogni impianto:
– distanza dalla caldaia;
– circolazione naturale o forzata;
– complessità dell’installazione (su falda - integrato
o no - su terrazzo, a terra, altezza da
terra, percorso dei tubi…);
– procedura autorizzativa e permessi urbanistici;

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Come scegliere
l’installatore
1. Almeno iscritti alla Camera di Commercio;
2. Abilitati al rilascio della dichiarazione di
conformità dell’impianto;
3. Aver partecipato ad almeno un corso tecnico
(non di tipo commerciale);
4. Avere delle referenze di impianti già
realizzati;
5. Essere vicini a casa;
http://qualenergia.it/articoli/20111205-cose-da-sapere-per-installare-il-solare-termico

Rapporto 2010 sulle detrazioni del 55%

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Rapporto ENEA interventi
detrazione 55%

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Qual è il ritorno economico
dell’investimento?
Il conto energia termico consente un ritorno
molto più rapido dell’investimento.
http://qualenergia.it/articoli/20130225-solare-
termico-meglio-il-nuovo-conto-energia-termico-o-l
e-detrazioni-fiscali (supporto di Assoltermica)

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Conto Termico:
• Se impianto < 50 mq  170 €/mq all’anno
per due anni;
• No detrazione ma versamento in conto
corrente;

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Ipotesi di lavoro:
• Circolazione naturale (più diffusa);
• 2 collettori, totale 4,7 mq;
• Soddisfa il 70% di fabbisogno di ACS di una
famiglia di 3-4 persone, 3000 kWh termici;
• Prezzo al cliente di 2500 € (variabilità per opere di
cantiere e di sicurezza sul lavoro);
• 120 € per detrazioni 55% e 250 € per Conto
Termico;
• Impianto in Centro Italia;

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Entità deli incentivi
Detrazione 50%  1250 € in 10 anni (125 € ogni anno);
Detrazione 55%  1375 € in 10 anni (137,5 € ogni
anno);
Conto termico 170 €/(mq*a)*4,7 mq*2 (a) = 1598 €;
Detrazione: in 10 anni; inoltre potrebbe essere già stata
sfruttata o si potrebbe non aver nulla da detrarre;
Conto termico: in 2 anni e in conto corrente;

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Tempo di ritorno
dell’investimento in funzione
dell’impianto di riscaldamento

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Qual è il ritorno energetico
File .xsl con tutte le simulazioni

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Un impianto solare termico
è conveniente? Caso Studio
• Città: Pesaro;
• Esecuzione lavori:
agosto/settembre 2009;
• Dimensioni boiler: lt. 300;
• Dimensione pannelli = 4,6 mq;
Costi di realizzazione
Voce di costo Prezzo (€)
Caldaia a
condensazione
1523,30
2639,98
Manodopera caldaia 1116,68
Pannello solare termico 2284,98
3960,02
Manodopera pannello 1675,04
Tot [€]
6600
+ iva
(10%)
=
7260

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Un impianto solare termico è
conveniente? Caso Studio
Risparmio attuale
Anno Voce di risparmio Prezzo (€) Totale (€)
2009
Consumi metano 116
2061
Detr. 55% 399,3
2010
‘‘’’ ‘‘’’
‘‘’’ ‘‘’’
2011
‘‘’’ ‘‘’’
‘‘’’ ‘‘’’
2012
‘‘’’ ‘‘’’
‘‘’’ ‘‘’’
Risparmio medio consumi (mc/a)≈ 580 m3/a;
Prezzo metano (€/mc) ≈ 0,2;
Risparmio consumi metano (€ /a) = 116 €;
Detrazioni 55% = 7260*0,55/10 = 399,3 €;
Ritorno in circa
7 anni.
Ricavo (20 anni)
3517,9 €

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LA RADIAZIONE
SOLARE
Di quanta energia ci rifornisce il sole?

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Il sole e l’irraggiamento
termico
• Il sole, «palla incandescente»
di H (≈ 74% mS e ≈ 92,1% VS) e
He (≈ 24-25% mS e ≈ 7,8% VS);
• Fusione di 4 nuclei di H in un
nucleo di He  emissione di
tantissima energia, parte sotto forma di radiazione
solare (http://www.bo.astro.it/universo/venere/Sole-
Pianeti/sun/fusion.htm);
Fonte immagine: wikipedia

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La radianza
• L’energia che incide nell’unità di tempo su
di una superficie unitaria normale alla
radiazione solare (radianza) fuori
dall’atmosfera terrestre alla distanza media
della Terra dal Sole (Unità Astronomica)
viene definita «costante solare» (G0) e
vale 1367 W/m2.

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La radiazione solare
• La radiazione solare copre le lunghezze d’onda comprese fra 0,2 μm
(UV) e 2,5 μm (IR);
• Gran parte della radiazione ultravioletta è trattenuta a 25 km dallo
strato di ozono, le radiazioni infrarosse sono trattenute dal vapor
d’acqua e dall’anidride carbonica;
• Parte della radiazione è poi riflessa dall’atmosfera o trattenuta dalle
nubi;
• Il 47% dell’energia solare arriva sulla superficie terrestre;
• Parte della radiazione viene diffusa dall’atmosfera terrestre;
luce visibile 0,38 – 0,78 μm

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La radianza
• Il valore massimo della costante
solare, misurato sulla superficie terrestre in
presenza di una giornata limpida e
soleggiata è di circa 1000 W/m2
;
• Con cielo coperto si aggira attorno a
100-150 W/m2.

Circa il 75% dell’energia irradiata in un anno è da
ascrivere al periodo aprile - settembre

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PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO
DEGLI IMPIANTI SOLARI TERMICI
Funzionamento e componenti di un impianto solare termico

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L’impianto solare termico:
componenti
• Collettore;
• Bollitore (serbatoio o boiler);
• Circuito di collegamento idraulico;
• Circuito elettrico (circolazione forzata);
– Circolatore;
– Centralina di regolazione della temperatura;

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Componenti comuni di un
collettore solare
• Telaio di supporto e contenimento
(legno, acciaio…);
• Copertura trasparente («vetro solare»);
• Striscia di assorbitore e
circuito per lo scambio termico
con il fluido termovettore;
• Materiale isolante
(lana di vetro, lana di
pecora…);

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Il cuore dell’impianto, il
collettore solare
• La radiazione fotonica:
i fotoni veicolano energia in funzione della
frequenza  E = h * ν
• In Italia, in una giornata di cielo sereno, si
possono raggiungere 900-1100 W/m2;
(1) Riflessione del vetro di copertura,
(2) irradiazione dell’assorbitore,
(3) perdite per convezione e
trasmissione della cassa;

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collettore solare
• Es. trasmittanza τ lastra vetro 4 mm  ca. 0,9;
• Assorbanza α strisce di rame  ca. 0,9

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collettore solare
• Un recipiente
contenente acqua:
• Il collettore solare:

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L’opacità del vetro
all’infrarosso
Ing. Castaldo, progetto europeo Solco

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L’assorbitore: materiali
• Rame;
• Alluminio;
• Lega
rame-alluminio;
• Acciaio al
nickel-cromo;
http://www.k4-collectors.com/index28bd.html?page=4&subpage=1&L=it

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L’irraggiamento della piastra
assorbente
• Alcuni materiali sono più efficienti nell’evitare il
fenomeno della re-irradiazione;

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La stagnazione
• Elevata emissività  stagnazione;
• Aumento temperature:
– 50 W/m2  Tint > 9,4 Tamb (K°);
– 500/600 W/m2  problemi di sicurezza;

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Il rendimento del collettore

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Bilancio energetico e
rendimento di un collettore

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• Collettori piani vetrati;
• Collettori a tubi sottovuoto;
• Collettori scoperti;
• Accumulatori solari compatti;
Tipi di collettori solari
I più diffusi in ambito domestico
http://www.qualenergia.it/speciali/20110316-
guida-al-solare-termico-residenziale
http://www.autocostruzionesolare.it/
supporto/manualistica/M
anuale%20Impianti%20Solari.pdf/view

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• Collettori piani vetrati;
• Collettori a tubi sottovuoto;
• Collettori scoperti;
• Accumulatori solari compatti;
Tipi di collettori solari

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Collettori scoperti
http://www.sunnyday.it/

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Collettori ad aria
Fluido termovettore = aria; Ambito domestico:
climatizzazione ambientale
Campo industriale:
essiccazione prodotti
alimentari

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Collettori sotto vuoto
• Sono formati da tanti tubi di
vetro al cui interno è stato
fatto il vuoto (l’involucro è a
tenuta) e contenenti
assorbitori a strisce;
• Il vuoto permette di minimizzare le dispersioni termiche, garantendo
rendimenti più elevati (anche con temperature esterne basse);
• Costi molto elevati ne impediscono la diffusione massiccia nelle case;
• T fino a 115°-120° C (alcuni anche 200°C !!);
• Applicazioni in campo industriale, alimentare e agricolo oppure per la
refrigerazione;
Fonte Flickr - Julian

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• In ogni tubo ci sono un
assorbitore e un tubo in cui
scorre il fluido vettore;
• Funzionamento molto
simile ai pannelli piani con
rivestimento selettivo;
• In più, grazie al vuoto, si eliminano completamente le perdite per convezione,
poiché l’aria non circonda la superficie captante (T fino a 120°C ma il tubo
rimane freddo);
Fonte Flickr, - Julian

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Piccole superfici captanti
 perdite
per radiazione ridotte.
Riflettori sottostanti per
aumentare assorbimento.

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Collettori sotto vuoto:
due tipologie
• Flusso diretto • Tecnologia heat-pipe

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Collettori piani vetrati con
fluido liquido
• Buon rendimento e
costi relativamente bassi;
• T fino a 90-95°C;
• Con o senza serbatoio
incorporato (circ. naturale
o forzata);

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Gli accumulatori
solari compatti
• Detti anche ad accumulo integrato;
• Nessun serbatoio, scaldano direttamente
l’acqua;
• Bassa efficienza, quando la temperatura
scende;
• Più adatti per uso stagionale;

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Meglio i collettori solari piani
o i collettori sottovuoto?
Risposta: dipende…
(leggere anche i commenti)
http://consumomeno.blogspot.it/2010/03/solare-termico-meglio-i-
pannelli-piani.html
http://consumomeno.blogspot.it/2009/05/help-qualche-problemino-con-
limpianto.html

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Tipologie di impianto
• A circolazione naturale;
– circuito «aperto» o «diretto»;
– circuito «chiuso» o «indiretto»;
• A circolazione forzata;
– Variante a svuotamento;

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Impianti a
circolazione naturale
• Quando il fluido nel
collettore si
scalda, diviene più
leggero e sale verso il
bollitore.
Circ. aperto  acqua
sanitaria;
Circ. chiuso  fluido termovettore con
antigelo (più diffusi); scambiatore di calore nel bollitore

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Impianti a
circolazione naturale
(i più diffusi)
VANTAGGI:
- Sono i più economici;
- Sono i più facili da installare;
- Anche i costi di manutenzione sono
minori;
- Ideali per utenze unifamiliari;
SVANTAGGI
- Meno efficienti con climi rigidi (no nostre latitudini);
- Attenzione ai regolamenti edilizi comunali (impatto
paesaggistico);

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Impianti a circolazione
forzata
• Bollitore dentro la casa, lontano dal collettore;
• Di solito circuito chiuso;
• Necessari circolatore
e centralina;
• Impianti più complessi e
costosi;
• Più adatti per impianti
medio-grandi o impiegati
anche per il riscaldamento domestico;
• Rischi stagnazione e congelamento;
• Alternativa  impianti a svuotamento (drain back);

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I serbatoi di accumulo
(bollitori)
Sono sistemi di accumulo del calore:
• Sostanze liquide;
• Solide (pietre o ciottoli);
• A scambio di fase (Sali fusi);
In ambito civile si impiegano solo i primi
Magazine Caleffi

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Tipologie di serbatoi
(bollitori)
Serbatoi a singolo
serpentino:
• Solo accumulo
calore;
Serbatoi a doppio
serpentino:
• Permettono
anche di regolare
la T dell’acqua;
Entrambi per impianti medi e piccoli
Serb. a intercapedine:
Intercapedine in cui scorre il
fluido dei pannelli. Solitamente
per piccoli impianti.

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Tipologie di serbatoi
(bollitore)
Serbatoi
combinati:
(a doppio
contenitore o
«tank in tank»).
Impianti solari
combinati (ACS e
riscaldamento).
Soprattutto in
impianti di piccole
e medie
dimensioni.
Serbatoi senza scambiatori interni:
• Scambiatori esterni a piastre o a
fascio tubiero;
• Per impianti di
medie e grandi
dimensioni;

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REQUISITI DEI PANNELLI
SOLARI
Criteri di dimensionamento e progettazione dei pannelli

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Considerazioni generali
(1) Solo ACS:
– Copre il 60% - 70% del fabbisogno medio
annuo (fino al 100% estivo);
(2) ACS e riscaldamento:
- Dimensionato per soddisfare il 30-40% del
fabbisogno per il riscaldamento;

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Criteri di progetto
I pannelli devono garantire:
- Buona insolazione;
- Assenza di zone d’ombra;
- Inclinazione;
- Orientamento;
- Ancoraggio sicuro;
- Adeguata manutenzione;

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Rilievo

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Zone d’ombra
Es. edifici, muri, alture o vegetazione d’alto fusto.
L’ombra deve essere molto limitata o di breve
durata, per non penalizzare troppo gli ostacoli.
Nel caso di più pannelli a schiera, posizionare le file
a distanza opportuna (manuale Caleffi, pg. 17).

Zone d’ombra
Per prevedere le zone d’ombra può risultare utile il diagramma
solare (atlante italiano della radiazione solare).

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Luca della Robbia 4
Zone d’ombra
Per prevedere le zone d’ombra può risultare utile il
diagramma solare.

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Zone d’ombra
Per prevedere le zone d’ombra può risultare utile il
diagramma di radiazione.

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Luca della Robbia 4
Angolo di inclinazione
• Pannelli su tetto inclinato
stessa inclinazione tetto;
• Pannelli su tetto piano:
– α = latitudine - 10-15° per
funzionamento estivo;
– α = latitudine + 10-15° per
funzionamento invernale;
– α = latitudine*0,9 per
funzionamento annuo;

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Angolo di
orientamento
• Ideale al sud;
• Scostamenti verso ovest o verso est non penalizzano
troppo;
• Indicativamente: ∓ 30°  -2,5%, ∓ 45°  -3/4%,
http://www.casasostenibile.org/Manuale%20Impianti%20Solari.pdf

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Luca della Robbia 4
Angolo di
orientamento
• Sud ottimale perché minore
percorso attraverso
l’atmosfera;
• I collettori possono sfruttare
anche la radiazione diffusa
quindi sono poco sensibili a
variazioni nell’orientamento;
• Al massimo, se orientati ad
est o a ovest, si può avere
un calo del 15%;
• La perdita è maggiore per
angoli di inclinazione
maggiori;

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Dimensionamento impianti
Non esiste taglia unica!! Ogni impianto va
tarato sui fabbisogni specifici della famiglia!!
4 parametri di progetto:
1. Superficie dei pannelli;
2. Potenza specifica di progetto;
3. Salto termico del fluido vettore;
4. Volume dei serbatoi d’accumulo;

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Luca della Robbia 4
Superficie dei pannelli
Innanzitutto è importante
dimensionare la superficie in
funzione dell’andamento
annuo dei consumi
dell’impianto (evitando di
produrre in estate molta più
acqua calda di quanta
richiesta).

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Consumo di acqua
Il fabbisogno giornaliero di ACS (45° C) è
stimato tra i 50-75 litri pro-capite…;
Nel caso di
collettori
sotto-vuoto
il fabbisogno va
ridotto
del 20%

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Luca della Robbia 4
Fabbisogno di acqua

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Potenza specifica di
progetto
• Rappresenta la potenza captabile da 1 m2 di pannello e
trasferibile al fluido vettore in condizioni di insolazione
massima;
• Dipende da:
– Insolazione massima del luogo;
– Tipologia e caratteristiche costruttive dei pannelli;
– Angoli di orientamento e inclinazione;
– Temperature dell’aria esterna e di funzionamento dell’impianto;
• Serve per calcolare la portata e il volume dello scambiatore di
calore;
• Per pannelli piani con copertura trasparente:
q = 400 (kcal/h)/m2

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Luca della Robbia 4
Salto termico del fluido
vettore
• Salto termico fra l’entrata e l’uscita del
fluido dal pannello;
• Anch’esso serve a calcolare la portata del
circuito solare e a dimensionare lo
scambiatore di calore;
• Si assume in genere il seguente valore:
ΔT = 10°(-30°) C

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Volume serbatoi di
accumulo
• Circolazione naturale: già compreso nel
kit;
• Circolazione forzata:
– già compreso nel kit;
– 50-75 lt/m2per ACS;
– Aggiunta di 50 lt/m2 per riscaldamento;

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Autorizzazioni per impianti
solari termici
a Pesaro PAS
a Pesaro PAS!!

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Luca della Robbia 4
GRAZIE PER L’ATTENZIONE

29 05 13_15°_Incontro_Impianti_Solari_Termici

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