Progettare solare termico

Domande sulle soluzioni impiantistiche e le migliori pratiche del solare termico.

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Giuseppe85rg
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Progettare solare termico

Messaggioda Giuseppe85rg » ven apr 04, 2014 9:01 am

Salve a tutti, sono nuovo e intanto ne approfitto per farvi i complimenti per questo forum.
Vi spiego un po il mio problema: sono un giovane ingegnere che sta iniziando a cimentarsi con impianto solari termici. Prendendo spunto dalla UNI 15316 sto cercando di implementare un foglio di calcolo excel per dimensionare correttamente l’impianto solare termico, ma ottengo risultati poco convincenti.
Il procedimento da me seguito è questo:
- Calcolo del fabbisogno medio giornaliero per ogni appartamento considerando la formula Vn=a*S con a 1,8 per appartamenti sotto i 50 mq, da formuletta per appartamenti sotto i 200 mq e superiori a 50 mq, 1,3 per appartamenti sopra i 200 mq. Faccio quindi la somma per determinare il fabbisogno del condominio che voglio considerare
- Calcolo del fabbisogno in kWh con la formula Sommatoria(densità acqua*calore specifico*delta T* Volume accumulo in mc*n° di giorni del mese), ovvero per un fabbisogno di ACS di 724 litri/giorno la formula diventa: Qw,sol,us,m=1000*1,163*30*(724/1000)*31
- In caso di produzione di ACS da metano, calcolo i smc dividendo i kWh per 10, in caso di boiler elettrico uso direttamente i kWh
- Calcolo i costi di esercizio moltiplicando il risultato precedente per il costo unitario del combustibile (0,81 per metano o 0,24 per elettrico)
- Calcolo della producibilità dell’impianto solare termico:
o Imposto rendimento ottico (eta_zero), coefficienti di dispersione a1 e a2, contenuto del liquido per singolo pannello (da usare per il calcolo del vaso espansore), superficie lorda del singolo collettore solare (utile per il calcolo del conto termico) e apertura del singolo collettore solare
o Calcolo il coefficiente IAM in funzione della tipologia di collettore
o Calcolo Uloop=a1+a2*40+(5+0,5*Superficie totale di apertura)/superficie totale di apertura
o Calcolo Teta_ref=11,6+1,18*teta_out+3,86*teta_in (nel caso specifico 11,6+1,18*40+3,86*15)
o Calcolo fst=((75*Superficie di apertura)/Volume di accumulo in litri)^0,25 (nel caso specifico ((75*n° pannelli*sup apertura singolo pannello)/1000)^0,25 avendo ipotizzato un accumulo di 1000 litri)
o Imposto la radiazione solare insicente su un piano inclinato a 45° rivolto a sud
o Calcolo il coefficiente mensile X=(apertura collettori*Uloop*0,9*deltaT*fst*ore nel mese)/(Qsol,us,m*1000) (nel caso specifico X=(apertura collettori*3,023*0,9*30*0,869*31*24)/(782,414*1000))
o Calcolo il coefficiente mensile Y=(apertura collettori*IAM*rendimento ottico*eta_loop*irraggiamento mensile su superficie inclinata*ore nel mese)/(Qsol,us,m*1000) (nel caso in esame Y=(apertura collettori*0,97*0,72*0,8 *(4,1/24)*(31*24))/(782414,36*1000)
o Ottenuti i coefficienti X e Y calcolo la producibilità dell’impianto come:
Qw,sol,out,m=(a*Y+b*X+c*Y^2+d*X^2+d*Y^3)*fabbisogn o di acs per il mese
o In base al Qw,sol,out,m divido questo valore per il Qw,sol,us,m e ottengo la % di copertura del fabbisogno da solare.
Nel calcolo della producibilità dove devo inserire e come devo inserire le perdite termiche delle tubazioni del circuito primario, circuito secondario, boiler, ecc…?
Come faccio a considerare una riduzione del rendimento quando la temperatura del pannello si innalza eccessivamente?
I risultati ottenuti risultano poco veritieri, quindi qualche buon samaritano sa spiegarmi dove sbaglio?
Grazie mille, se non volete leggere tutta sta pappardella, ma sapete consigliarmi qualche manuale o qualche bel pdf con tutte le formule necessarie alla progettazione da poter scaricare per progettare correttamente un impianto solare termico vi ringrazierei tantissimo lo stesso.

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Re: Progettare solare termico

Messaggioda fcattaneo » ven apr 04, 2014 11:14 am

>Come faccio a considerare una riduzione del rendimento quando la temperatura del pannello si innalza >eccessivamente?

Il coefficiente a1 determina proprio questo valore... cioe' la potenza dissipata dal pannello e quindi persa, per ogni grado di aumento della differenza di temperatura tra la piastra captante e la T esterna.
Normalmente nei pannelli piani si aggira sul 4 watt x grado al Mq. di superficie di apertura.


>I risultati ottenuti risultano poco veritieri, quindi qualche buon samaritano sa spiegarmi dove sbaglio?

Io partirei dal capire che dati ottieni e con che tipo di impianto... solo cosi si puo vedere dove si sbaglia e se si sbaglia.

Ciao,
F.

Giuseppe85rg
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Re: Progettare solare termico

Messaggioda Giuseppe85rg » ven apr 04, 2014 11:37 am

Grazie mille per la risposta!
allora consideriamo un impianto solare termico centralizzato per un condominio di 5 appartamenti da 100 mq, il fabbisogno di acs risulta pari a 780 litri/giorno.
Considero un impianto a tubi sottovuoto con eta zero pari a 0,78; a1=1,051; a2=0,004;IAM 0,97;Uloop=2,04;fst=1,034. 4 collettori solari ed un boiler da 1000 litri. Il fabbisogno di ACS mi risulta 17731 kWh, quindi 1773,1 smc di metano, quindi 1400 € circa l'anno.
Il coefficiente X mensile mi varia tra circa 7 e circa 13, mentre il coefficiente Y varia tra 0,7 e 2,4.
Adesso il problema, dato che calcolando la producibilità come (aY+bX+cY^2+dX^2+eY^3)*fabbisogno ACS mensile, mi fornisce con 4 pannelli sottovuoto una copertura del 44%, e per avere una copertura completa mi richiede 10 pannelli.
Sarei in oltre felice di pubblicare questo foglio di calcolo nel sito, sempre se riesco a fargli fare i calcoli corretti e se può essere di aiuto a qualche giovane ingegnere come me.

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Re: Progettare solare termico

Messaggioda fcattaneo » ven apr 04, 2014 11:59 am

Il dato fondamentale che mi serve x capire se i dati sono congrui, e' l'apertura in Mq. del singolo pannello solare..
In pratica di quanti Mq. di superficie captante stiamo parlando ?

Detto questi tieni presente che in linea generale i pannelli piani hanno una superficie di apertura molto superiore ai sottovuoto e se rifai i calcoli usando i dati di qualsiasi pannello solare piano selettivo, otterrai valori piu' confortanti.

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Re: Progettare solare termico

Messaggioda Giuseppe85rg » ven apr 04, 2014 12:53 pm

i pannelli sottovuoto utilizzati nella simulazione hanno una apertura per singolo pannello di 3,81 mq, che moltiplicati per i 4 pannelli danno una superficie complessiva di 15,24 mq.
Per calcolare la produzione nel mese di gennaio, secondo norma, faccio questo calcolo:
(a*Y+b*X+c*Y^2+d*X^2+e*Y^3)*fabbisogno gennaio=(1,029*0,73362+(-0,065)*(13,28610)+(-0,245)*(0,73362^2)+0,0018*(13,28610^2)+0,0215*(0,73362^3))*1659,61=142,14 kWh pari all'8,56% di fabbisogno coperto. Quindi come è possibile che, impostando una radiazione incidente sul pannello pari a 4500 Wh/m2gg*31gg/744 ore=187 W/mq ottengo una producibilità così ridicola?

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Re: Progettare solare termico

Messaggioda Giuseppe85rg » ven apr 04, 2014 2:59 pm

In oltre aggiungo che credo di aver capito male, ma che senso ha calcolare la producibilità in funzione del fabbisogno di ACS? la formula (a*Y+b*X+c*Y^2+d*X^2+e*Y^3) non dovrebbe essere moltiplicato per l'irraggiamento mensile che colpisce il collettore?

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Re: Progettare solare termico

Messaggioda fcattaneo » ven apr 04, 2014 4:15 pm

Il calcolo che hai fatto mi sembra sostanzialmente corretto.. infatti ho rifatto i calcoli utilizzando un metodo più empirico e mi viene che con i 4 pannelli produrresti al massimo 7600 kwh, cioe' circa il 40% di quanto ti serve.

Per controllare se i tuoi calcoli sono congrui basta che moltiplichi la superficie captante per 500 e ottieni il masssimo producibile verosimilmente da un impianto solare termico. ( in kwh )

> ma che senso ha calcolare la producibilità in funzione del fabbisogno di ACS?

ha molto senso...
infatti quando un impianto solare e' in grado di produrre piu' di quanto serve, per il calcolo della sua producibilita si utilizza il fabbisogno. Questo succede sempre nella stagione estiva dove un impianto progettato per produrre il 50% su base annua, in estate si ritrova a produrre piu del 100% di quello che serve.

Di conseguenza e' corretto utilizzare il fabbisogno x il calcolo.

Un impianto sottodimensionato di norma produce al Mq./anno molto di piu' di uno dimensionato correttamente, perche si ritrova ad utilizzare anche in estate tutta l'energia producibile.
Viceversa un impianto sovradimensionato ( si pensi a quelli progettati per integrare il riscaldamento ) si ritrova una producibilità specifica al mq/anno piu' bassa, perche la quota estiva utilizzabile è molto bassa rispetto alla capacita producibile dall'impianto.

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Re: Progettare solare termico

Messaggioda Giuseppe85rg » mar giu 03, 2014 2:27 pm

L'implementazione del mio foglio di calcolo prosegue, e adesso sono ad un punto morto.
Purtroppo non trovo infatti notizie su un metodo di calcolo per verificare la stagnazione dell'impianto. Mi spiego meglio: se voglio ottenere una copertura elevata del fabbisogno di ACS avrò dei mesi in cui verosimilmente la produzione supererà di molto l'utilizzo di ACS. Questo porta a rischiare la stagnazione e solo verificando posso capire se devo ridurre le dimensioni dell'impianto o posso stare tranquillo.
Il mio ragionamento è:
- Calcolo il fabbisogno di ACS ed inserisco anche la possibilità di definire una percentuale di utilizzo.
- Calcolo la produzione di ACS da solare
- Calcolo le perdite termiche giornaliere nel bollitore
- Calcolo le perdite giornaliere nel circuito primario (nella tubazione) compreso le perdite concentrate dovute a gomiti e valvole varie
Adesso ipotizziamo un utilizzo di ACS nel mese di Agosto pari al 40%, quindi posso affermare che su 31 giorni ho un utilizzo per 12 giorni circa. Questo vuol dire che per i restanti giorni il solare termico produce energia termica che non viene smaltita, ad eccezione delle perdite. Questa energia termica porta il fluido ad aumentare la propria temperatura, fino a raggiungere un massimo, che per verificare l'assenza di stagnazione deve risultare inferiore al valore fornito dal costruttore.

Se qualcuno è riuscito a seguire la mia spiegazione contorta, potrebbe suggerirmi un modo di trasformare il mio ragionamento in formule?

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Re: Progettare solare termico

Messaggioda fcattaneo » mar giu 03, 2014 6:44 pm

Giuseppe85rg ha scritto:
Adesso ipotizziamo un utilizzo di ACS nel mese di Agosto pari al 40%, quindi posso affermare che su 31 giorni ho un utilizzo per 12 giorni circa. Questo vuol dire che per i restanti giorni il solare termico produce energia termica che non viene smaltita, ad eccezione delle perdite. Questa energia termica porta il fluido ad aumentare la propria temperatura, fino a raggiungere un massimo, che per verificare l'assenza di stagnazione deve risultare inferiore al valore fornito dal costruttore.



Mi sembra di capire che vorresti utilizzare un calcolo che permetta di dimensionare l'impianto in modo che non vada in stagnazione in una giornata estiva priva di prelievi di ACS ?

Non e' possibile....
GLi impianti on-line nelle giornate di agosto con gli occupanti in ferie producono circa 3 - 5 kwh al giorno per compensare le perdite ( che alle temperature di 80 - 90 gradi in accumulo sono alte ).

Per non andare in stagnazione dovresti predisporre un campo solare in grado di produrre solo 5 kwh al giorno.. cioe' pochissimo in una giornata di normale utilizzo.

Ergo non e' possibile evitare la stagnazione con un dimensionamento corretto.. semplicemente perche non esiste il dimensionamento corretto... a meno di non avere xccumuli termici che perdono molta energia e che danno una mano a disperdere il calore soprattutto oltre certe temperature di lavoro.

F.

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Re: Progettare solare termico

Messaggioda Giuseppe85rg » mar giu 03, 2014 7:48 pm

Quindi non è possibile raggiungere una copertura completa del fabbisogni di acs in tutte le stagioni? Secondo questo ragionamento peró ogni anno sarebbe necessario intervenire sul liquido dei collettori, ogni anno la manutenzione nei pannelli sarebbe impegnativa ed ogni anno si dovrebbe far fronte a tutti i problemi derivanti dalla stagnazione...come si fa nella realtà ad evitare tutti questi problemi?

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Re: Progettare solare termico

Messaggioda fcattaneo » mar giu 03, 2014 8:58 pm

Giuseppe85rg ha scritto:
Secondo questo ragionamento peró ogni anno sarebbe necessario intervenire sul liquido dei collettori, ogni anno la manutenzione nei pannelli sarebbe impegnativa ed ogni anno si dovrebbe far fronte a tutti i problemi derivanti dalla stagnazione...

come si fa nella realtà ad evitare tutti questi problemi?


Non ogni anno.. ma ogni 2-3 anni e' verosimile che si debba intervenire.

La stagnazione si mitiga solamente con una centralina antistagnazione ( http://www.portalsole.it/sezione.php?d=40 ) , oppure con ssitemi di dissipazione che intervengano oltre un certo valore di temperatura nell'accumulo.... o ancora e meglio di qualsiasi soluzione, adottando sistemi solari drain back.

Moltissimi produttori offrono ormai sistemi drain back.. ( noti anche come a svuotamento ).


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