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Stato dell’arte delle tecnologie per il solar cooling

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Stato dell’arte delle tecnologie per il solar cooling

Recently updated on Aprile 7th, 2021 at 12:16 pm

Il presente documento è stato redatto nell’ambito del progetto “Studi e valutazioni sull’uso razionale dell’energia elettrica – Misure per l’incremento di efficienza energetica negli usi finali” definito nell’Accordo Triennale tra il Ministero dello Sviluppo Economico e E.R.S.E. S.p.A. firmato il 29 Luglio 2009. Nel presente rapporto sono descritte le tecnologie per il solar cooling – approfondite tramite estese ricerche bibliografiche effettuate nel periodo di riferimento – che utilizzano l’energia solare per il condizionamento estivo tramite sistemi, con collettori solari termici, che la trasformano in energia frigorifera. L’impiego delle tecnologie di solar cooling è particolarmente interessante poiché consente di: • utilizzare una fonte energetica rinnovabile e gratuita quale è quella solare; • impiegare tale fonte rinnovabile in modo strategico, in quanto è più elevata in corrispondenza con le maggiori prestazioni richieste all’impianto di condizionamento estivo; • ridurre le punte di carico elettriche estive prodotte dagli impianti di condizionamento tradizionali, che come noto generano maggiori dispersioni di energia, un più elevato impegno della rete elettrica, minori riserve di sicurezza per far fronte ad eventi improvvisi, e quindi maggiori rischi di black-out; • utilizzare energia termica gratuita anche per la produzione di acqua calda sanitaria e come integrazione per il riscaldamento invernale degli edifici. Nel rapporto sono descritti gli impianti di solar cooling che in estrema sintesi possono essere ricondotti ai seguenti due tipi: il ciclo chiuso ad acqua e il ciclo aperto ad aria nel sistema DEC (Desiccant Evaporative Cooling). Il primo tipo, più diffuso, tramite una macchina ad assorbimento o ad adsorbimento produce acqua refrigerata in estate, ed eventualmente anche acqua calda per uso sanitario e/o per il riscaldamento invernale, e viene integrato negli impianti di condizionamento tradizionali. Il secondo tipo è invece più specifico e produce direttamente aria deumidificata e condizionata. La tecnologia di solar cooling è in fase di sviluppo, ma già ne esistono numerose applicazioni, avendone rilevate 96, che peraltro non sono tutte quelle esistenti, secondo quanto emerso da anticipazioni sui risultati di una ricerca europea in corso (Task 38 – Solar Air-Conditioning and Refrigeration), che indicano un numero decisamente maggiore. Vengono anche descritti i vari tipi di collettori solari termici, dei quali ne sono stati rilevati 161 modelli piani vetrati o a tubi evacuati di produzione sia nazionale che estera. In particolare i collettori piani a tubi evacuati rappresentano oggi una buona soluzione, mentre quelli a parabola lineare a concentrazione, ancora in fase di sviluppo, potrebbero risultare assai promettenti in futuro consentendo di aumentare la temperatura del fluido in uscita dai collettori solari e permettendo quindi di aumentare l’efficienza globale del sistema “collettore/assorbitore”. Hanno però l’esigenza di inseguire il sole e necessitano quindi di sistemi motorizzati. Sono pure fornite informazioni sulle macchine di produzione dell’acqua refrigerata, delle quali ne sono stati rilevati 66 modelli ad assorbimento (ossia con funzionamento a liquido: acqua + bromuro di litio o ammoniaca + acqua), quasi tutti di produzione estera, e 10 modelli ad adsorbimento (ossia con funzionamento ad acqua + solido: silicagel o zeolite), tutti di produzione estera. Vengono anche descritti i sistemi di accumulo dell’acqua calda o fredda, che sono di numerosi tipi, i sistemi per lo scambio di calore con l’ambiente esterno, e i sistemi DEC ad aria. È anche riportato un confronto, reperito da dati in letteratura, tra le prestazioni energetiche ed i possibili costi delle varie tecnologie utilizzabili per raffrescare utilizzando la radiazione solare, dal quale risulta che la tecnologia di solar cooling con collettore termico e macchina ad assorbimento/adsorbimento o DEC può risultare assai interessante, almeno in prima ipotesi e per determinate condizioni di input. Essendo questa tecnologia ancora in una fase di sviluppo occorrono comunque ancora approfondimenti e riscontri sperimentali, come previsto nella continuazione della ricerca. É peraltro da osservare che la tecnologia del solar cooling presenta alcuni componenti ancora poco diffusi e non industrializzati e schemi di impianto poco ripetitivi e non standardizzati, il che si va a ripercuotere sui suoi costi, che attualmente non sono definibili con precisione e che comunque a seguito dell’aumento del numero degli impianti è prevedibile possano ridursi significativamente, come risulta da valutazioni economiche riprese dalla letteratura e

riportate nel rapporto. In particolare gli impianti di solar cooling presentano, rispetto a quelli tradizionali decisi aumenti dei costi di realizzazione, ma significative riduzioni dei costi di esercizio, tanto maggiori quanto più elevata è la radiazione solare a diposizione. Vengono infine riportati i risultati di una simulazione di massima, effettuata per fornire informazioni sulle possibilità di utilizzo della tecnologia del solar cooling in Italia, su sistemi termici solari “ideali” – con produzione di acqua fredda, di acqua calda sanitaria e di acqua calda per il riscaldamento invernale – per due diversi tipi di edifici (condominio di tre piani con due appartamenti per piano ed edificio per uffici con tre piani di 200 m²) realizzati secondo le ultime prescrizioni sui contenimenti energetici in tre diverse condizioni climatiche: Milano, Roma e Palermo. I risultati ottenuti indicano che spostandosi dal nord al sud dell’Italia diminuiscono decisamente i fabbisogni per riscaldamento, mentre aumentano quelli per raffrescamento, e di conseguenza risultano maggiormente sfruttabili gli impianti di solar cooling, che possono contribuire a soddisfare anche buona parte del riscaldamento invernale e la produzione dell’acqua calda sanitaria.

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