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Candidato Gregory Truden Relatore Paolo Gambino Studio dellefficienza di un nuovo tipo di collettore solare termico.

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Presentazione sul tema: "Candidato Gregory Truden Relatore Paolo Gambino Studio dellefficienza di un nuovo tipo di collettore solare termico."— Transcript della presentazione:

1 Candidato Gregory Truden Relatore Paolo Gambino Studio dellefficienza di un nuovo tipo di collettore solare termico

2 Collettore solare piano Il collettore è lelemento principale di tutti gli impianti che utilizzano lenergia solare sotto forma di energia termica. La sua funzione è quella di raccogliere lenergia radiante del sole e trasferirla ad un fluido termovettore Le temperature che il fluido può raggiungere in un collettore piano non superano quasi mai i 100 °C, ma sono più che sufficienti per soddisfare tutti i fabbisogni civili di energia termica, che possono essere: Produzione acqua calda sanitaria Riscaldamento di ambienti Raffrescamento di ambienti

3 Schema e funzionamento 2 tipi di circolazione possibili per il fluido termovettore NATURALE FORZATA Pannello di assorbimento (4) Condotto di inserimento fluido termovettore (5) Condotto di inserimento nel serbatoio (3) Serbatoio di accumulo (2) Valvola di uscita (1)

4 Circolazione naturale Il fluido termovettore riscaldato sale per moto convettivo nel serbatoio di accumulo posto in prossimità del pannello Dispersioni termiche dellaccumulo elevate e si va incontro al fenomeno della stagnazione Scambio termico lento

5 Circolazione forzata Maggiore velocità del fluido Maggiore accumulo di energia termica Il fluido nel pannello viene movimentato da un circolatore e portato allaccumulo. Sensori differenziali di temperatura permettono laccensione e lo spegnimento in modo automatico.

6 Tipologie di collettori piani Vetrato Scoperto A tubi sottovuoto

7 Tipologie di collettori piani /1 Vetrato Piastra captante: costituita da un metallo ad alta capacità di trasmissione del calore, con tubi integrati per permettere il fluire del fluido termovettore. Copertura trasparente: lastra di vetro posta davanti alla piastra captante. Lascia passare la radiazione visibile ma diventa opaca alla radiazione infrarossa riemessa dal materiale assorbitore. Materiale coibentante : per evitare perdite dai lati e nella parte retrostante. Temperature raggiungibili : 40 °C Inverno °C Estate

8 Tipologie di collettori piani /2 A tubi sottovuoto Il processo di assorbimento della radiazione è identico al precedente. La differenza essenziale consiste nella composizione della coibentazione Nei collettori a tubi l'assorbitore è inserito all'interno di un tubo di vetro sottovuoto per ridurre le dispersioni di calore. La quasi totale assenza di dispersione permette di raggiungere temperature superiori ai 100 °C

9 Tipologie di collettori piani /3 Scoperto Gli elementi costitutivi, generalmente di materiale plastico assorbono direttamente il calore e lo trasmettono al fluido termovettore. Rendimento elevato quando la temperatura esterna è alta, ma crolla rapidamente all'abbassarsi della temperatura esterna

10 Nuovo tipo di collettori piani Installato presso il comune di San Mauro Torinese Area coperta dai pannelli : 150 mq Orientato a Sud con inclinazione 45° Sistema a circolazione forzata a ciclo chiuso provvisto di serbatoi di accumulo di grandi dimensioni isolati termicamente (16000 litri) Lestrazione del calore avviene tramite uno scambiatore acqua-aria Integra il sistema di riscaldamento esistente con un impianto ad aria che può funzionare con temperature relativamente basse, intorno ai 30 °C

11 Materiali e funzionamento Lacqua rilasciata dal tubo viene assorbita e rilasciata lentamente dal tessuto Non-tessuto permettendone così il riscaldamento. Questa viene poi raccolta nella parte inferiore del pannello ed incanalata verso laccumulo La gomma nera massimizza lassorbimento della radiazione solare incidente Gomma nera 8/10 mm Tessuto Non-tessuto Tubo gocciolatore Materiale per coibentazione

12 Qualità di un collettore Misura dellEFFICIENZA Rapporto fra lenergia assorbita dal fluido termovettore e lenergia incidente sulla superficie. Impossibilità della misura dellefficienza sullimpianto esistente Costruzione di un apposito prototipo sperimentale

13 Prototipo sperimentale Installato sul tetto dellistituto di Fisica nel mese di Aprile Area utile: 1,8 mq Portata dellacqua in ingresso regolabile Orientato verso Sud Inclinazione θ = 45°

14 Strumentazione Datataker DT50 Acquisizione elettronica dei segnali dai vari sensori Piranometro Per la misura della radiazione globale Stessa inclinazione del pannello Sensibilità 10µV/(W/m²) Termoresistenze al platino PT100 Precisione ± 0,2 °C Misura della temperatura dellacqua In ingresso e uscita Contatore volumetrico Precisione ± 0,05 Litri/min Termocoppie tipo K Sensibilità 40 μV/°C Per la misura della T ambiente

15 Prototipo sperimentale Misure effettuate nellarco dellintera giornata, sfruttando tutte le ore di luce Ampio range nei valori di irraggiamento Cattura dati dalle sonde ogni 120 secondi Monitoraggio delle condizioni atmosferiche Limite di studio dato dalla portata in ingresso. Il tubo gocciolatore necessita di un regolatore di pressione, non disponibile in questa prova. Lacqua proveniente dallacquedotto ha una pressione che il tubo non riesce a sopportare. Lerrore con maggior peso è quello dato dal contatore volumetrico

16 Risultati delle misure Efficienza in funzione della differenza di temperatura dellacqua tra uscita e ingresso del pannello. η cresce al diminuire di ΔT per effetto della minore dispersione termica Lefficienza migliora con laumentare della portata Il fit lineare rappresenta i dati con portata 1 l/min

17 Risultati delle misure Efficienza in funzione dellirraggiamento Miglior rendimento si osserva a bassi livelli di irraggiamento e alta portata, di nuovo conseguenza della minore dispersione termica

18 Risultati delle misure Test con portata fissa a 1 l/min Efficienza in funzione di (Tm – Ta) pesata dal valore di irraggiamento, per permettere di valutare meglio leffetto della dispersione termica

19 Stima efficienza impianto inverno 2008/2009 kCalorie estratte 15 nov - 14 dic 2008 : kcal 15 dic - 15 genn 2009 : kcal 16 genn - 15 feb 2009 : kcal irraggiamento medio giornaliero nov + dic = 2.83 kWh/m2/giorno dic + genn = 2.79 kWh/m2/giorno genn + feb = 3.46 kWh/m2/giorno 1 KWh = 860 kcal irragg totale stimato 15 nov - 14 dic = 9 10^6 kcal irragg totale stimato 15 dic - 15 genn = ^6 kcal irragg totale stimato 16 gen - 15 feb = ^6 kcal Stima efficienza max η = 0,13 Risparmio del circa 60 % sulle spese di riscaldamento

20 #####Confronto con altre tecnologie##### scoperto vetrato a tubi sottovuoto

21 Conclusioni Da questo studio preliminare dellefficienza si riscontra che la tipologia di pannello studiata è in linea con altri prodotti simili presenti sul mercato. Da tutti i risultati si evince che lefficienza è limitata in gran parte dalla dispersione termica, dovuta sopratutto alla radiazione riemessa. Ci sono buone prospettive di migliorare la performance del pannello, approfondendo lo studio dei materiali e ottimizzandone gli aspetti costruttivi. Un netto miglioramento si avrebbe con lutilizzo di una copertura, anche se questo aumenterebbe notevolmente il costo di produzione. Questultimo, insieme alla semplicità di costruzione, sono senza dubbio i punti di forza di questo sistema. Nel futuro un utilizzo potrebbe riguardare lapplicazione a sistemi di solar cooling, settore in rapida espansione.

22 Grazie per lattenzione


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