Solare
Termodinamico
LA TERMODINAMICA
Negli ultimi anni, a causa dell'incremento del prezzo dei combustibili fossili, dell'inquinamento e dell'aumento delle temperature, sono state sviluppate nuove tecnologie energetiche per ridurre l'impatto sull'ambiente, come i sistemi termodinamici, con l'obbiettivo di ridurre o eliminare le tradizionali caldaie a gas.
In questo contesto è opportuno prendere in considerazione sistemi alternativi alle caldaie convenzionali, quali i pannelli solari termici, le pompe di calore, i sistemi geotermici, le celle a combustibile e i pannelli solari termodinamici che sono la combinazione tra i tradizionali pannelli solari termici e le ormai note pompe di calore.
In certe condizioni i pannelli solari termodinamici consentono un risparmio pari all'80% dei consumi di un sistema tradizionale alimentato con energia elettrica o con combustibili fossili.
I sistemi solari termodinamici si applicano in situazioni dove si richiede acqua calda a 60°C, come il riscaldamento centralizzato, le abitazioni con riscaldamento a pavimento radiante, la produzione di acqua calda sanitaria, il riscaldamento di piscine, ecc.
CONCETTI BASE
Calore e temperatura:
Come tanti concetti di fisica, la definizione non è chiara; vediamo qualche caratteristica fondamentale:
Il concetto di calore è legato al concetto di temperatura, ma non è la stessa cosa. Il calore è anche una quantità che ha una relazione con la massa degli elementi e le loro caratteristiche fisiche.
Vediamo un esempio:
Se si prende un 1 chilo di ferro e 1 chilo di piombo, entrambi a 100°C, e li si pone in due recipienti isolati con 2 litri d'acqua a 20°C e si attende fino a ottenere una temperatura in equilibrio tra il ferro e l'acqua, si può notare che il recipiente che contiene il pezzo di ferro ha una temperatura finale maggiore rispetto a quello contenente il pezzo di piombo.
Bisogna inoltre distinguere tra il concetto di temperatura e la quantità di calore. E' logico supporre che il corpo che ha prodotto maggiore temperatura è quello che "aveva" maggiore quantità di calore.
L'unità di misura base per il calore è la caloria (cal), ma poiché non è un'unità molto grande si usa generalmente la kilocaloria (kcal), come per il watt (W) si usa il kilowatt (kW).
La caloria viene definita come: la quantità di calore necessaria ad elevare da 14,5 a 15,5°C la temperatura della massa di un grammo di acqua distillata a livello del mare (pressione di 1 atm).
Il concetto di calore è legato al concetto di temperatura, ma non è la stessa cosa. Il calore è anche una quantità che ha una relazione con la massa degli elementi e le loro caratteristiche fisiche.
Vediamo un esempio:
Se si prende un 1 chilo di ferro e 1 chilo di piombo, entrambi a 100°C, e li si pone in due recipienti isolati con 2 litri d'acqua a 20°C e si attende fino a ottenere una temperatura in equilibrio tra il ferro e l'acqua, si può notare che il recipiente che contiene il pezzo di ferro ha una temperatura finale maggiore rispetto a quello contenente il pezzo di piombo.
Bisogna inoltre distinguere tra il concetto di temperatura e la quantità di calore. E' logico supporre che il corpo che ha prodotto maggiore temperatura è quello che "aveva" maggiore quantità di calore.
L'unità di misura base per il calore è la caloria (cal), ma poiché non è un'unità molto grande si usa generalmente la kilocaloria (kcal), come per il watt (W) si usa il kilowatt (kW).
La caloria viene definita come: la quantità di calore necessaria ad elevare da 14,5 a 15,5°C la temperatura della massa di un grammo di acqua distillata a livello del mare (pressione di 1 atm).
Funzionamento
Il principio di funzionamento dei sistemi solari termodinamici è basato sulla legge della termodinamica poiché sfrutta le qualità del gas che cambiando stato (liquido-gas, gas- liquido) cede calore. Tale calore viene ceduto dai pannelli all'acqua che deve essere riscaldata.
Il sistema funziona come un frigorifero convenzionale, vi è quindi una "zona fredda", "una zona calda" e un compressore. Nella "zona fredda" vi sono i pannelli mentre nella "zona calda" è presente lo scambiatore di calore.
I breve il sistema funziona così:
Il gas refrigerante sottoposto ad alta pressione-22 bar- si liquefà e viene depositato in un recipiente detto "recipiente di liquido", da qui passa a una valvola di espansione che regola l'uscita del liquido verso i pannelli. Dalla valvola d'espansione, sotto forma di micro gocce che sono in grado di cambiare repentinamente di stato, il liquido passa ai pannelli attraverso una serie di tubature di rame. Il fluido refrigerante che esce dalla valvola di espansione allo stato liquido, circola nei pannelli solari dove si riscalda grazie al calore proveniente dalla radiazione solare, dalla pioggia e dal vento.
All'interno dei pannelli il refrigerante, una volta riscaldato, passa allo stato gassoso, a questo punto il compressore aspira il gas e lo comprime, determinando così un innalzamento della temperatura del fluido fino a 110/120°C
Il gas viene quindi diretto verso il condensatore che si interfaccia con l'acqua da riscaldare attraverso gli scambiatori termici. Qui il gas viene compresso nuovamente e riparte il ciclo, fino a quando l'acqua raggiunge una temperatura di circa 40/60°C.
Il principio di funzionamento dei sistemi solari termodinamici è basato sulla legge della termodinamica poiché sfrutta le qualità del gas che cambiando stato (liquido-gas, gas- liquido) cede calore. Tale calore viene ceduto dai pannelli all'acqua che deve essere riscaldata.
Il sistema funziona come un frigorifero convenzionale, vi è quindi una "zona fredda", "una zona calda" e un compressore. Nella "zona fredda" vi sono i pannelli mentre nella "zona calda" è presente lo scambiatore di calore.
I breve il sistema funziona così:
Il gas refrigerante sottoposto ad alta pressione-22 bar- si liquefà e viene depositato in un recipiente detto "recipiente di liquido", da qui passa a una valvola di espansione che regola l'uscita del liquido verso i pannelli. Dalla valvola d'espansione, sotto forma di micro gocce che sono in grado di cambiare repentinamente di stato, il liquido passa ai pannelli attraverso una serie di tubature di rame. Il fluido refrigerante che esce dalla valvola di espansione allo stato liquido, circola nei pannelli solari dove si riscalda grazie al calore proveniente dalla radiazione solare, dalla pioggia e dal vento.
All'interno dei pannelli il refrigerante, una volta riscaldato, passa allo stato gassoso, a questo punto il compressore aspira il gas e lo comprime, determinando così un innalzamento della temperatura del fluido fino a 110/120°C
Il gas viene quindi diretto verso il condensatore che si interfaccia con l'acqua da riscaldare attraverso gli scambiatori termici. Qui il gas viene compresso nuovamente e riparte il ciclo, fino a quando l'acqua raggiunge una temperatura di circa 40/60°C.
Gas refrigerante
Un refrigerante è una sostanza con un basso punto di ebollizione capace di assorbire una grande quantità di calore e produrre un cambio di stato: da liquido a gassoso e viceversa.
Esistono molti liquidi e gas refrigeranti, il più comune è l'acqua, ma può ma può essere utilizzata solo per refrigerare sistemi dove le temperature oscillano tra 0°C e 100°C.
Un altro gas piuttosto conosciuto nella refrigerazione industriale è l'ammoniaca, molto efficiente come refrigerante, ma tossica e corrosiva.
I gas refrigeranti 134A e 407C hanno un'ebollizione vicina ai -30°C che li rendono particolarmente adatti per condurre calore anche con temperature esterne vicine a -5 °C, se l'impianto è ben dimensionato.
Ecco alcune importanti caratteristiche dei gas refrigeranti utilizzati:
-non vanno in combustione
-non sono corrosivi
-non sono tossici
-sono chimicamente stabili anche ad elevate temperature e pressioni
-hanno un ridotto impatto ambientale
-sono compatibili con gli oli del compressore
-hanno un elevato calore di evaporazione
-sono privi di cloro e non rappresentano un pericolo per lo strato di ozono
-sono rilevati dai rivelatori di fughe di gas presenti sul mercato
-sono facili da maneggiare da parte dei tecnici frigoristi.
Descrizione del sistema
I sistemi sono formati dai seguenti componenti:
-Per l'acqua calda sanitaria è presente un accumulatore termico, uno scambiatore di calore tipo "serpentina", un blocco termodinamico e i pannelli.
-Per il riscaldamento l'impianto è dotato di uno scambiatore di calore a placche saldate ad alto rendimento, un blocco termodinamico e i pannelli.
Impianto
I pannelli solari termodinamici sono di facile installazione perché leggeri e di ridotte dimensioni.
I pannelli sono in grado di catturare l'energia solare da entrambi i lati, per questo hanno una superficie di cattura di 3,20 mq.
Prodotti in alluminio, all'interno sono dotati di un circuito in cui circola il gas refrigerante, inoltre sono protetti da materiale anodizzato da 30 micron di colore nero,
Un refrigerante è una sostanza con un basso punto di ebollizione capace di assorbire una grande quantità di calore e produrre un cambio di stato: da liquido a gassoso e viceversa.
Esistono molti liquidi e gas refrigeranti, il più comune è l'acqua, ma può ma può essere utilizzata solo per refrigerare sistemi dove le temperature oscillano tra 0°C e 100°C.
Un altro gas piuttosto conosciuto nella refrigerazione industriale è l'ammoniaca, molto efficiente come refrigerante, ma tossica e corrosiva.
I gas refrigeranti 134A e 407C hanno un'ebollizione vicina ai -30°C che li rendono particolarmente adatti per condurre calore anche con temperature esterne vicine a -5 °C, se l'impianto è ben dimensionato.
Ecco alcune importanti caratteristiche dei gas refrigeranti utilizzati:
-non vanno in combustione
-non sono corrosivi
-non sono tossici
-sono chimicamente stabili anche ad elevate temperature e pressioni
-hanno un ridotto impatto ambientale
-sono compatibili con gli oli del compressore
-hanno un elevato calore di evaporazione
-sono privi di cloro e non rappresentano un pericolo per lo strato di ozono
-sono rilevati dai rivelatori di fughe di gas presenti sul mercato
-sono facili da maneggiare da parte dei tecnici frigoristi.
Descrizione del sistema
I sistemi sono formati dai seguenti componenti:
-Per l'acqua calda sanitaria è presente un accumulatore termico, uno scambiatore di calore tipo "serpentina", un blocco termodinamico e i pannelli.
-Per il riscaldamento l'impianto è dotato di uno scambiatore di calore a placche saldate ad alto rendimento, un blocco termodinamico e i pannelli.
Impianto
I pannelli solari termodinamici sono di facile installazione perché leggeri e di ridotte dimensioni.
I pannelli sono in grado di catturare l'energia solare da entrambi i lati, per questo hanno una superficie di cattura di 3,20 mq.
Prodotti in alluminio, all'interno sono dotati di un circuito in cui circola il gas refrigerante, inoltre sono protetti da materiale anodizzato da 30 micron di colore nero,
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