L’INTEGRAZIONE AL RISCALDAMENTO CON IL SOLARE TERMICO : UN’ANALISI NUMERICA

Con l'aumentare delle percentuali di energia termica per riscaldamento da fornire con fonte rinnovabile ai nuovi edifici o agli edifici sottoposti a ristrutturazioni rilevanti, imposte dal DLGS 28/2011, e in particolare del suo allegato 3, inizia a diventare significativo come ottemperare a tale obbligo, arrivato nel 2014 al 35%.
Per energia da fornire si intente la somma di quella necessaria per il riscaldamento degli ambienti e quella per la produzione di acqua calda sanitaria. Un corollario non poco rilevante della norma indica che gli obblighi di cui sopra non possono essere assolti tramite impianti da fonti rinnovabili che producano esclusivamente energia elettrica la quale alimenti, a sua volta, dispositivi o impianti per la produzione di acqua calda sanitaria, il riscaldamento e il raffrescamento. La conseguenza più diretta è che un impianto fotovoltaico che alimenta un successivo sistema di produzione di energia termica, non è considerato valido al fine dell'ottenimento del 35% di energia rinnovabile.
Approfittando del dover risolvere questo aspetto per i nuovi edifici mi sono proposto di andare più a fondo su un tema di cui sento parlare da anni : l'integrazione del riscaldamento con i pannelli solari termici è una soluzione efficiente, conveniente, ottimizzante un investimento?

 


Uno dei dilemmi principali nel progettare sistemi di questo tipo è abbastanza semplice ed intuibile : abbiamo bisogno della maggiore quantità di energia termica per riscaldamento nei mesi più freddi proprio quando, purtroppo, la radiazione solare è minore. Il fabbisogno energetico per acqua calda sanitaria (d'ora in poi ACS), è invece valutato al netto del comportamenti dei vari utenti, costante per tutta la stagione.
Usare molti pannelli per avere una buona copertura invernale comporta poi avere sicuri problemi di saturazione termica del circuito solare nell'ipotesi di non poter scaricare il picco di energia termica estiva (a meno di non essere fra i fortunati che hanno una bella piscina!!), che quindi va in over temperatura, quindi in sovrappressione che sicuramente fa aprire la valvola di sicurezza con svuotamento della miscela acqua-glicole. Per completezza di trattazione occorre dire che si stanno sviluppando anche sistemi ad adsorbimento che permettono di effettuare raffrescamento utilizzando calore ad alta temperatura, ma questo aspetto esula dalla presente trattazione in quanto vorrei considerare impianti di tipo base, a livello di costi mediamente accessibili alla maggior parte degli utenti.

 


ANALISI DELL'IRRAGGIAMENTO IN FUNZIONE DELL'ANGOLO DI INCLINAZIONE DEI PANNELLI


Riprendendo il tema della scarsa producibilità dei pannelli nei mesi invernali, un aspetto spesso trascurato è quello degli angoli di incidenza dei raggi solari rispetto ai pannelli. Osservando i diagrammi solari, ma anche "ad esperienza" tutti sappiamo che in inverno i raggi solari hanno un angolo di inclinazione rispetto all'orizzontale molto basso pertanto rispetto all'estate, e quindi per avere un angolo di incidenza ottimale, perpendicolare alla superficie del pannello, sarebbe cosa buona e giusta che questi avessero un'inclinazione elevata. La prima parte dello studio è volta proprio a dare una risposta numerica a questo aspetto.
Purtroppo, come spesso accade in questo strano paese che è l'Italia, noi progettisti non possiamo sempre agire secondo le leggi della fisica e della tecnica per ottimizzare gli impianti in quanto norme di tipo urbanistico, sempre più rigide e penalizzanti , impongono sulle coperture l'installazione dei pannelli "parallelo falda", in stretta aderenza ad essa. Questo, nella maggior parte dei casi limita l'angolazione ad intervalli che vanno dai 5 ai massimo 30-35 gradi specie degli edifici di montagna, rendendo utili le nostre considerazioni solo in contesti particolari, come poi cercheremo di approfondire.
Per valutare con obiettività ho agito sul sito internet free PV-GIS e , per campanilismo sfrenato mi sono posizionato nella "mia" Pergine Valsugana (46°04'N , 11°07'E) ipotizzando di avere a disposizione un tetto a SUD e simulando l'irraggiamento ottenibile su delle superfici a 0, 15, 30 ,45, 60, 75 e 90 gradi (posizione verticale dei pannelli). La mia curiosità era scoprire quale era il posizionamento ideale per avere la massima resa nei 4 mesi più freddi dell'anno cioè da Novembre a Febbraio.
Allego la tabella dei calcoli eseguiti.

IRRAGGIAMENTI

Il migliore risultato complessivo si ha per un'inclinazione fra i 30 e i 45 gradi.

L'evidenza dei calcoli dice che l'inclinazione ottimale per i mesi da Novembre a Febbraio, quelli utili per un eventuale integrazione al riscaldamento, è sui 60 gradi, ma un range di angolazione compreso fra i 45 e i 75 gradi ha un livello di rendimento simile. Le soluzioni 30 e 90 gradi portano ad un calo di resa limitato rispetto al massimo di circa 10-15%, mentre scendendo sotto i 30 gradi (ed è la configurazione più ricorrente) la resa invernale inizia a calare drasticamente. Inoltre la soluzione con il pannello verticale è sensibilmente migliore di quella dei pannelli piani.

IRRAGGIAMENTI INVERNALI

Insomma.... Se vogliamo integrare il riscaldamento con il solare termico mediamente le inflessibili commissioni edilizie ci lasciano installare i pannelli proprio nel modo migliore per NON farli rendere....

Questi calcoli mostrano che se il calore prodotto estivo non ci interessa (no piscina, no adsobitore, no calore di processo), o ci interessa in parte, la soluzione ottimale di posa va dai 60 gradi di inclinazione in su.

Poi vi sono anche altri aspetti interessanti da analizzare quali il rapporto fra richiesta energetica per il riscaldamento e quello per ACS, che varia in maniera sensibilissima fra edifici poco efficienti ed edifici isolatissimi che hanno consumi nell'ordine dei 15-20 kWh/(m2*aa), e in generale l'individuazione della curva di richiesta da incrociare con la curva di produzione.

Ma di questo scriverò nella prosecuzione di questa analisi..... TO BE CONTINUED

GRAFICO IRRAGGIAMENTO

Blog di Andrea Segatta