A causa della crescente domanda di condizionamento degli ambienti e del parallelo successo della tecnologia solare termica, gli impianti di “solar cooling” appaiono sempre più appetibili e interessanti in Italia e in tutta Europa.
In questo articolo, saranno presentati tre impianti solari termici per raffrescamento estivo, realizzati e in funzione nel nostro Paese e, in particolare, nelle regioni del Nord, circostanza piuttosto singolare, quando si pensa che sia la necessità di condizionamento sia la disponibilità di risorsa solare sono sensibilmente maggiori nel Meridione.
Tali sistemi sono stati oggetto di analisi nell’ambito del Progetto Europeo “Solair”, cofinanziato dalla Commissione Europea all’interno del programma “Intelligent Energy Europe”. Maggiori informazioni sono disponibili su www.solair-project.eu.
RAFFRESCAMENTO DI UN’AREA PRODUTTIVA A BOLZANO
L’area produttiva in esame presenta una domanda di raffrescamento da giugno a settembre. L’edificio, con superficie calpestabile di 400 m2, è dotato di ventilazione naturale e il sistema di riscaldamento e raffrescamento è distribuito su pareti e pavimento.
L’impianto solare è costituito da circa 150 m2 di collettori piani vetrati, connessi a una macchina frigorifera ad assorbimento della potenza di 15 kW. L’accumulo dell’energia proveniente dal sistema solare termico avviene grazie a tre serbatoi.
Il sistema ha due modalità di funzionamento, corrispondenti a inverno ed estate. Nel periodo estivo, sono disponibili solo 9 m3 di accumulo per il raffrescamento e una caldaia a gas è impiegata come riscaldatore ausiliario. In inverno, ambedue gli accumuli da 8 m³ lavorano in serie per soddisfare la domanda di riscaldamento.
Sia in estate sia in inverno 0,6 m³ di accumulo sono utilizzati per l’acqua calda sanitaria, riscaldata, quindi, grazie all’impianto solare affiancato da un riscaldatore ausiliario a olio combustibile.
Il calore di scarto, proveniente dal sistema di raffrescamento, viene smaltito attraverso un raffreddamento a secco.
Unità di condizionamento
- Tecnologia: circuito chiuso
- Capacità frigorifera nominale: 15 kW
- Tipologia di sistema chiuso: assorbimento
- Marca della macchina frigorifera: EAW Energieanlagenbau GmbH
- Utilizzo dell’acqua refrigerata: raffrescamento a parete e pavimento
- Deumidificazione: non presente
- Sistema di smaltimento del calore: aperto, a secco
Impianto solare termico
- Tipologia di collettori: piani vetrati
- Marca dei collettori: Ebner Solartechnik
- Area dei collettori (valore lordo): 100 m2 + 50 m² gross (due campi di collettori)
- Angolo di inclinazione: 60°
- Orientamento: sud
- Fluido termovettore nel circuito primario: miscela acqua-glicole
- Temperatura di funzionamento: 90°C (per il raffrescamento)
Altre caratteristiche dell’impianto
- Accumulo di calore: 17,6 m3 di acqua (distribuiti in 4 serbatoi)
- Accumulo di freddo: non presente
- Sistema ausiliario: caldaia a gas
- Impiego del sistema ausiliario: riscaldamento e raffrescamento
- Macchina frigorifera ausiliaria: non presente
EDIFICIO RESIDENZIALE A MILANO
L’edificio oggetto dell’intervento è un palazzo a due piani, situato ai confini di un parco cittadino a Milano. L’edificio presenta un isolamento piuttosto buono, con un tetto ventilato e isolato, con un valore di U pari a 0,68 W/(m² K). I muri esterni presentano una intercapedine d’aria dello spessore di 5 cm, uno strato di materiale isolante di 8 cm e mattoni leggeri per uno spessore di 25 cm.
Al primo piano sono state realizzate due camere di test, orientate verso sud e con una grande finestra di 1,38 x 2,05 m.
L’impianto di raffrescamento solare è alimentato da 20 m2 di collettori a tubi sottovuoto con CPC (“Compound Parabolic Concentrators”), che producono l’energia termica necessaria ad attivare, in estate, una macchina ad assorbimento, della potenza di 4,5 kW. In inverno, invece, il calore proveniente dall’impianto solare è indirizzato a 4 “fan-coils” per il riscaldamento degli ambienti.
L’impianto è “100% solare”, poiché non esiste alcun sistema di back up, né per la produzione di acqua refrigerata, né per il riscaldamento.
Unità di condizionamento
- Tecnologia: circuito chiuso
- Capacità frigorifera nominale: 4,5 kW
- Tipologia di sistema chiuso: assorbimento
- Marca della macchina frigorifera: Rotartica Solar 045v
- Utilizzo dell’acqua refrigerata: fan coils
- Deumidificazione: non presente
- Sistema di smaltimento del calore: a secco
Impianto solare termico
- Tipologia di collettori: tubi sottovuoto con CPC
- Marca dei collettori: Kloben CPC
- Area dei collettori (valore di apertura): 20 m2
- Angolo di inclinazione: 30°
- Orientamento: sud
- Fluido termovettore nel circuito primario: miscela acqua-glicole
- Temperatura di funzionamento: 90°C (per il raffrescamento)
Altre caratteristiche dell’impianto
- Accumulo di calore: 2 m3 di acqua (distribuiti in 2 serbatoi)
- Accumulo di freddo: non presente
- Sistema ausiliario: non presente
- Impiego del sistema ausiliario: non presente
- Macchina frigorifera ausiliaria: non presente
AREA UFFICI A TRENTO
L’edificio in esame è un palazzo a due piani, piuttosto alto, recentemente costruito e con un’area di circa 10.000 m2.
La configurazione dell’impianto è stata studiata e selezionata al fine di fornire degli standard di media/elevata qualità per il settore terziario, specialmente per quanto riguarda il condizionamento estivo e il sistema di ventilazione forzata. Tale sistema prevede ingenti quantità di aria destinata al trattamento e, perciò, si è realizzato un meccanismo di recupero efficiente dell’energia.
Parte dell’investimento necessario è stato messo a disposizione dal proprietario dell’edificio, la Tecnofin Trentina Spa, ma la Provincia di Trento ha facilitato la realizzazione dell’impianto, grazie a un cofinanziamento del 32% del costo complessivo.
Il cuore del sistema di condizionamento è una macchina frigorifera ad assorbimento, con una potenza di 108 kW. Questa macchina è accoppiata con un impianto solare termico, dotato di un campo di collettori piani vetrati con una superficie totale di 240 m2. Tramite uno scambiatore di calore, l’impianto è connesso alla rete di teleriscaldamento. Il sistema di distribuzione permette il riscaldamento e il raffrescamento a temperature piuttosto basse, tra 40 e 50°C per il riscaldamento invernale e tra 14,5 e 17,5°C per il condizionamento estivo.
Al fine di smaltire il calore residuo generato dal sistema di raffreddamento, il sistema è stato equipaggiato di una torre di raffreddamento da 175 kW, con funzionamento a umido.
Da segnalare, inoltre, la presenza di un accumulo secondario di acqua calda, che permette di fronteggiare le variazioni di disponibilità di radiazione solare, e assicura la stabilità del sistema, consentendo una autonomia di circa 20 minuti.
La scelta della tipologia di impianto è stata effettuata sulla base dei principali obiettivi di comfort, vale a dire il condizionamento estivo e invernale, i ricambi d’aria, il funzionamento silenzioso, la riduzione delle correnti d’aria e la possibilità di controllo individuale della climatizzazione.
Tali obiettivi hanno portato all’adozione di un sistema misto con aria primaria e terminali con una elevata componente radiante, sia per il riscaldamento sia per il raffrescamento. Si sono installati, perciò, dei terminali lineari a soffitto, i cosiddetti “chilled beams”.
Sono disponibili alcuni dati, derivanti da stime precedenti all’installazione dell’impianto, che valutano la prestazione del sistema.
Il carico termico invernale complessivo è di 229 kW e, proprio sulla base di questo valore, è stata dimensionata la taglia dell’impianto di teleriscaldamento.
Mentre in inverno il carico complessivo risulta esattamente pari alla somma delle domande di riscaldamento dei singoli ambienti, in estate la situazione appare differente. Il carico totale, infatti, è inferiore alla somma algebrica, poiché il carico di raffrescamento dei singoli ambienti è valutato sempre nelle ore più critiche, in base all’esposizione al sole. L’edificio nel suo complesso, invece, presenta un solo orario critico, che non necessariamente corrisponderà al massimo carico termico di tutti gli ambienti. In conclusione, la somma dei carichi termici degli ambienti (escludendo il recupero di calore) è pari a 188 kW, ma il massimo carico contemporaneo è di 170 kW.
In tali condizioni, il campo di collettori solari è in grado di fornire una potenza di circa 145 kW, grazie alla quale la macchina frigorifera ad assorbimento può presentare una potenza in uscita pari a 108 kW.
Quando si è in presenza di cielo fortemente nuvoloso, il carico termico sull’edificio può scendere da 170 a 120 kW. Poiché, in tali condizioni, l’impianto solare termico ha una producibilità molto bassa, è stata predisposta una macchina frigorifera del tipo tradizionale a compressione, capace di coprire proprio questo valore di potenza.
Nel suo complesso, l’impianto dovrebbe essere in grado di produrre circa il 70% dei carichi di raffrescamento dell’edificio, grazie all’impiego dell’energia termica proveniente dall’impianto solare.
Unità di condizionamento
- Tecnologia: circuito chiuso
- Capacità frigorifera nominale: 70 kW
- Tipologia di sistema chiuso: assorbimento
- Marca della macchina frigorifera: LG
- Utilizzo dell’acqua refrigerata: tubi raffreddati
- Deumidificazione: non presente
- Sistema di smaltimento del calore: aperto, a umido
Impianto solare termico
- Tipologia di collettori: piani vetrati
- Marca dei collettori: Solel
- Area dei collettori (valore di apertura): 240 m2
- Angolo di inclinazione: 30°
- Orientamento: sud
- Fluido termovettore nel circuito primario: miscela acqua-glicole
- Temperatura di funzionamento: 85°C (per il raffrescamento)
Altre caratteristiche dell’impianto
- Accumulo di calore: 2 m3 di acqua e altri fluidi
- Accumulo di freddo: ad acqua
- Sistema ausiliario: teleriscaldamento
- Impiego del sistema ausiliario: riscaldamento e raffrescamento
- Macchina frigorifera ausiliaria: macchina a compressione da 120 kW
