Collettori solari. Dimensionamento dell'impianto solare per l'acqua calda. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Un sistema solare per l’acqua calda può fungere da unica fonte di acqua calda o includere un sistema di backup che utilizza combustibili tradizionali per soddisfare esigenze di acqua calda aumentate o inaspettate. La dimensione del sistema è solitamente determinata dal numero di stanze, di persone e dal volume di acqua calda richiesta. Esistono diverse configurazioni di base dello scaldacqua solare. A grandi linee si dividono in due tipologie: sistemi attivi, dotati di pompe e controlli che permettono di convogliare il calore solare in un accumulo termico, e sistemi passivi, come il termosifone, che sfruttano la circolazione naturale dell'acqua calda.

Quando si crea un sistema di riscaldamento solare dell'acqua, è importante determinare immediatamente quanta acqua calda verrà utilizzata in media durante il giorno. Sulla base di questa figura vengono calcolate le dimensioni dell'impianto (collettori, serbatoio di accumulo).

Il componente principale di un impianto solare è il collettore solare. Molto spesso vengono utilizzati collettori piani, costituiti da una piastra assorbente (assorbitore), sulla quale la radiazione solare viene convertita in calore e trasferita al fluido refrigerante, isolamento termico lungo i bordi e sotto l'assorbitore, una scatola che contiene tutto questo e fornisce la ventilazione necessaria di un coperchio in vetro o plastica.

Se per il rivestimento viene utilizzato il vetro, è importante che il contenuto di ferro sia basso o pari a zero per garantire che almeno il 95% della radiazione solare passi attraverso il vetro. Molto spesso viene utilizzato un singolo strato di vetro. Se viene utilizzata la plastica, deve essere resistente ai raggi UV. Le lastre in policarbonato hanno mostrato risultati eccellenti nella pratica.

L'assorbitore è una piastra a cui sono collegati dei tubi attraverso i quali scorre il liquido di raffreddamento. È realizzato in rame, alluminio o acciaio inossidabile. È stato dimostrato che i tubi assorbenti in rame sono i migliori, poiché quelli in acciaio sono altamente suscettibili alla corrosione. È importante che l'assorbitore sia resistente alle radiazioni ultraviolette del sole e alle alte temperature, che possono raggiungere i 100-140°C per i collettori con temperatura normale e 150-200°C - con rivestimento selettivo.

La costruzione di un collettore piano richiede la saldatura dei tubi e il loro collegamento alla piastra. Quanto più i tubi sono a contatto con la piastra, tanto maggiore è il trasferimento di calore al fluido che li attraversa. L'assorbitore è spesso rivestito con una speciale vernice nera selettiva che assorbe la luce solare e intrappola la radiazione termica all'interno. La normale vernice nera evapora dalla superficie metallica se esposta a temperature elevate. In condizioni normali, la vernice nera irradia più calore invece di trasferirlo al liquido refrigerante.

Il corpo del collettore solare è costituito da una varietà di materiali: legno, plastica, acciaio e alluminio vengono utilizzati con vari gradi di successo, ma il migliore dei materiali elencati è, ovviamente, l'alluminio. Resiste a una varietà di condizioni atmosferiche, richiede poca manutenzione ed è disponibile in nero, eliminando la necessità di verniciare la parte esterna del pannello solare. Molti anni di pratica hanno dimostrato che la plastica è di scarsa utilità per la produzione di vari componenti di un pannello solare. Non è adatto per parti esterne, in quanto si degrada sotto i raggi ultravioletti: scolorisce, perde durezza e si screpola. La plastica ha un elevato coefficiente di dilatazione, il che significa che si espande e si contrae così tanto che è difficile sigillare le giunture. Anche l’uso di alloggiamenti in acciaio presenta delle sfide. In primo luogo, i pannelli devono essere regolarmente colorati e, in secondo luogo, entrano in una reazione chimica con i componenti in rame.

I collettori solari vengono solitamente installati direttamente sul tetto di un edificio oppure su un telaio montato su un tetto piano o a terra. Puoi anche rendere i collettori parte del tetto. Talvolta si riscontrano difficoltà nel sigillare lo spazio tra il collettore ed il resto del tetto.

La dimensione del collettore solare dipende dalla richiesta giornaliera di acqua calda. In media una persona consuma fino a 50 litri di acqua calda al giorno ad una temperatura di 55 - 60°C (lavaggio e doccia, esclusa biancheria). È stato dimostrato che per riscaldare 50 litri di acqua al giorno, la superficie media dei collettori solari dovrebbe essere di 1-1,5 m2. Il prezzo del collettore dipende dalle sue dimensioni e dal costo di installazione. Quest'ultima cosa si realizza più facilmente quando si tiene conto del sistema solare quando si sviluppa un progetto per costruire una nuova casa. L'architetto potrà quindi includere preventivamente i collezionisti nella sua progettazione, sia dal punto di vista estetico che da quello economico.

Per i tipici collettori solari ad assorbimento selettivo che riscaldano l'acqua di 8-45 gradi, esistono regole standard:

• Il consumo di acqua calda è in media di 50 litri a persona al giorno.
• Sono necessari 1-1,5 m2 di collettori solari per riscaldare 50 litri di acqua al giorno.
• Il serbatoio di accumulo dovrebbe contenere 40-70 litri d'acqua per 1 m2 di collettore solare o 80 litri a persona.
• Lo scambiatore di calore nel serbatoio di accumulo deve trasferire almeno 40-60 W/oC per m2 di collettore solare ad una temperatura di 50°C.

Se queste regole vengono seguite, un tipico collettore solare in Europa centrale può coprire il 60-70% del consumo annuale di acqua calda e produrre 350-500 kWh/m2 all’anno. Negli edifici di grandi dimensioni (alberghi, ospedali, condomini) la superficie dei collettori e il volume del serbatoio per abitante sono inferiori, ma per determinare con precisione la dimensione ottimale del sistema è necessaria un'analisi dettagliata della domanda e delle condizioni climatiche locali. L'esperienza dimostra che i sistemi solari per il riscaldamento dell'acqua calda dovrebbero essere il più semplici possibile e non troppo grandi.

esempio

Una famiglia di 4 persone, che consuma 200 litri di acqua calda al giorno, necessita di un collettore con una superficie di 6 m2. Un tale sistema produce fino a 3000 kWh di energia ecologica all'anno. Se il collettore sostituisce una caldaia a gasolio, il risparmio di gasolio è di almeno 300 litri all'anno.

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