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APPLICAZIONI HVAC
Che cos’ è il solar cooling Sebbene sia ancora poco diffuso rispetto alle soluzioni basate su pompe di calore e fotovoltaico, il solar cooling rappresenta una delle applicazioni più interessanti nel panorama HVAC, soprattutto negli edifici caratterizzati da elevati fabbisogni di raffrescamento estivo. La sua peculiarità è infatti quella di sfruttare una risorsa energetica che raggiunge la massima disponibilità proprio quando aumenta la domanda di climatizzazione. Con il termine solar cooling si identificano i sistemi di climatizzazione che utilizzano l’ energia solare come fonte primaria per la produzione di acqua refrigerata destinata al raffrescamento degli ambienti. A differenza dei tradizionali condizionatori, nei quali un compressore elettrico alimenta il ciclo frigorifero, nel solar cooling l’ energia necessaria al processo viene fornita sotto forma di calore prodotto da collettori solari termici. Il sistema è generalmente composto da:
• campo solare termico;
• accumulo di energia termica;
• gruppo frigorifero ad assorbimento o adsorbimento;
• circuito di distribuzione dell’ acqua refrigerata;
• sistema di regolazione e supervisione.
L’ acqua refrigerata prodotta può alimentare ventilconvettori, pannelli radianti, travi fredde o unità di trattamento aria, analogamente a quanto avviene con un normale chiller.
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Uno dei principali punti di forza di questa tecnologia è la perfetta coincidenza tra disponibilità della fonte energetica e fabbisogno dell’ utenza. Nei mesi estivi, infatti: • l’ irraggiamento solare è massimo;
• cresce la richiesta di raffrescamento;
• aumentano i consumi elettrici degli impianti di climatizzazione. Il solar cooling permette quindi di ridurre l’ assorbimento di energia elettrica dalla rete nei periodi caratterizzati dai maggiori picchi di domanda. Dal punto di vista ambientale, inoltre, consente di sfruttare una fonte rinnovabile riducendo i consumi di energia primaria e le emissioni di CO₂ associate alla climatizzazione.
COME FUNZIONA UN IMPIANTO SOLAR COOLING
Il cuore del sistema è rappresentato dai collettori solari che trasformano l’ irraggiamento in energia termica. Nella maggior parte delle applicazioni vengono utilizzati collettori sottovuoto, capaci di raggiungere temperature che possono arrivare a 120 ° C con rendimenti elevati. Per impianti di grande taglia possono essere impiegati anche collettori a concentrazione, in grado di fornire temperature ancora superiori. Il calore raccolto viene accumulato in appositi serbatoi e successivamente inviato a una macchina frigorifera termica. Qui avviene la trasformazione dell’ energia termica in energia frigorifera attraverso fenomeni fisici di assorbimento o adsorbimento. Il risultato finale è la produzione di acqua refrigerata tipicamente compresa tra 7 e 15 ° C, utilizzabile per il raffrescamento degli ambienti.
ASSORBIMENTO E ADSORBIMENTO: QUAL È LA DIFFERENZA?
I sistemi di solar cooling si basano principalmente su due tecnologie.
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Le macchine ad assorbimento sono le più diffuse nelle installazioni di media e grande potenza. Utilizzano generalmente le coppie:
• acqua-bromuro di litio;
• acqua-ammoniaca. Nel ciclo acqua-bromuro di litio, l’ acqua agisce come refrigerante mentre il bromuro di litio svolge la funzione di assorbente. Il calore proveniente dai collettori permette di rigenerare la soluzione e mantenere attivo il ciclo frigorifero. Queste macchine richiedono temperature relativamente elevate, generalmente comprese tra 80 e 110 ° C. Le macchine ad adsorbimento utilizzano invece materiali solidi adsorbenti come:
• gel di silice;
• zeoliti. La tecnologia risulta più semplice dal punto di vista costruttivo e può funzionare anche con temperature inferiori, intorno a 60-80 ° C. Per questo motivo le macchine ad adsorbimento sono spesso considerate interessanti per impianti di piccola e media taglia.
L’ IMPORTANZA DELL’ ACCUMULO TERMICO
Come tutte le tecnologie solari, anche il solar cooling deve affrontare il problema della variabilità della radiazione. Per garantire continuità di funzionamento è quindi indispensabile prevedere un accumulo termico adeguatamente dimensionato. I serbatoi accumulano il calore prodotto nelle ore di maggiore insolazione e lo rendono disponibile quando il carico frigorifero rimane elevato ma la produzione solare diminuisce
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. L’ accumulo consente inoltre di stabilizzare il funzionamento della macchina frigorifera e di incrementare l’ efficienza globale dell’ impianto.
LE PRESTAZIONI ENERGETICHE L’ efficienza delle macchine termiche viene espressa mediante il COP( Coefficient of Performance), ossia il rapporto tra energia frigorifera prodotta ed energia termica fornita. I valori tipici sono:
• COP 0,6-0,8 per i sistemi ad assorbimento;
• COP 0,5-0,7 per i sistemi ad adsorbimento. A prima vista tali valori possono apparire inferiori rispetto ai gruppi frigoriferi elettrici tradizionali, che raggiungono EER più elevati. Tuttavia occorre ricordare che l’ energia impiegata proviene in gran parte dal sole e non dalla rete elettrica. Per valutare correttamente un impianto solar cooling è quindi necessario considerare il bilancio energetico complessivo e non soltanto il rendimento della macchina frigorifera.
IN QUALI EDIFICI È CONVENIENTE La convenienza del solar cooling aumenta al crescere della contemporaneità tra disponibilità di energia solare e richiesta di raffrescamento. Per questo motivo le applicazioni più interessanti si riscontrano nel settore terziario. Gli alberghi presentano consumi quasi con-
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