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.:
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:
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:
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:
Il rendimento del collettore presenta il seguente andamento mensile:
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.
