Types of solar hot water systems/it

Gli impianti solari per la produzione di acqua calda sanitaria sono progettati per trasferire l' energia solare all'acqua . Trovare l'impianto solare più efficiente ed efficace per una determinata situazione può essere un compito arduo. Numerosi fattori chiave devono essere considerati nella scelta della configurazione più appropriata. Questi fattori includono, in larga misura, l'irraggiamento solare, il clima, la costruzione, l'installazione e i costi dei materiali, la posizione e l'accessibilità dell'impianto, la quantità di acqua da riscaldare, la frequenza di utilizzo dell'acqua calda, la disponibilità di elettricità, la disponibilità dei materiali e il livello di competenza nell'installazione.

Le seguenti classificazioni di sistemi sono suddivise in tre gruppi di due e un gruppo di un unico sistema. Questi quattro gruppi principali sono:

1. Ciclo aperto vs ciclo chiuso .
2. Attivo contro passivo .
3. Utilizza uno scambiatore di calore vs Non utilizza uno scambiatore di calore .
4. Sistema batch .

Ogni sistema utilizza una caratteristica per ciascun gruppo. Ad esempio, un sistema può essere un sistema attivo a circuito aperto che non utilizza uno scambiatore di calore. Oppure, un altro esempio, un sistema passivo a circuito chiuso che utilizza uno scambiatore di calore. Alcuni sistemi sono molto più facili da realizzare di altri e chiunque abbia una conoscenza di base degli strumenti e delle tecniche di costruzione può facilmente costruire un sistema funzionante. Se si desidera costruire un proprio sistema, questa variabilità di complessità influenzerà la scelta del tipo di sistema.

Il costo è un altro fattore da considerare, e ogni configurazione di sistema presenta una varietà di costi e benefici differenti. I costi di un sistema specifico possono variare notevolmente da paese a paese e da regione a regione. Alcune configurazioni, che utilizzano determinati tipi di apparecchiature, risultano più efficienti di altre in situazioni specifiche. Le seguenti informazioni offrono un'analisi approfondita di questi diversi metodi di costruzione di collettori solari per la produzione di acqua calda.

In fondo a questa pagina sono illustrati diversi tipi di collettori , nonché alcuni esempi di comuni sistemi solari per la produzione di acqua calda.

Questa pagina descrive i vari sistemi utilizzati per riscaldare l'acqua con il sole. Per una descrizione più generale del riscaldamento dell'acqua tramite energia solare, visita la paginadedicata al riscaldamento dell'acqua con energia solare .

Il termine "circuito aperto" indica che l'acqua da riscaldare scorre direttamente attraverso il collettore solare termico. Non è presente alcun fluido intermedio. Si veda la sezione "Circuito chiuso" di seguito per l'unica eccezione a questa definizione, in cui l'acqua scorre direttamente attraverso il collettore solare. I sistemi a circuito aperto non utilizzano scambiatori di calore.

I sistemi a circuito aperto sono i più semplici da progettare e costruire. In genere richiedono una costruzione minima e, grazie al numero limitato di parti in movimento, hanno il potenziale per durare più a lungo senza bisogno di interventi di manutenzione complessi.

I sistemi a circuito aperto non sono ideali nelle zone in cui le temperature possono scendere sotto lo zero. I tubi possono congelarsi, causando l'espansione dell'acqua liquida in ghiaccio che può provocare la rottura delle tubature. Prima che le temperature scendano sotto lo zero, è necessario svuotare il sistema per preservare le tubature. Nelle zone in cui le temperature scendono sotto lo zero, si consiglia di utilizzare un sistema a circuito chiuso con uno scambiatore di calore o di implementare una o più tecniche per prevenire il congelamento delle tubature. Le misure preventive possono consistere in scarichi del sistema, manuali o termostatati, oppure in una pompa che spinge acqua riscaldata convenzionalmente attraverso il sistema durante la stagione fredda. Il sistema può anche essere progettato in modo che l'acqua defluisca dal collettore per gravità quando la pompa di circolazione non è in funzione.

I sistemi a circuito chiuso sono più complessi da realizzare e implementare rispetto ai sistemi a circuito aperto, poiché possono essere utilizzati in una più ampia varietà di climi. Un sistema a circuito chiuso utilizza un liquido con un punto di congelamento molto più basso dell'acqua, ma che assorbe e rilascia calore con facilità. Un buon esempio è l'antigelo utilizzato nei radiatori delle automobili. Questo fluido attraversa il collettore solare, si riscalda e passa in uno scambiatore di calore. Vedi Sistemi con scambiatore di calore di seguito. Data la natura dei sistemi a circuito chiuso, gli scambiatori di calore sono necessari per trasferire il calore dal collettore all'acqua. I sistemi a circuito chiuso possono essere utilizzati anche in applicazioni di riscaldamento a pavimento o con radiatori a parete per riscaldare un ambiente anziché l'acqua.

A differenza della maggior parte dei sistemi a circuito aperto, i sistemi a circuito chiuso possono essere utilizzati in regioni con temperature sotto zero. A causa delle particolari proprietà dell'acqua, i tubi possono rompersi quando l'acqua congela. Questo problema viene evitato utilizzando un fluido con un punto di congelamento molto più basso dell'acqua.

I sistemi a circuito chiuso richiedono l'utilizzo di uno scambiatore di calore. Ciò introduce delle inefficienze nel sistema, che devono essere prese in considerazione durante la fase di progettazione e dimensionamento. Anche i materiali aggiuntivi necessari per lo scambiatore di calore possono far lievitare il costo del sistema.

I sistemi attivi sono quelli che richiedono energia esterna per funzionare. Generalmente, questa energia proviene da una pompa elettrica che spinge il fluido attraverso il collettore. Non è raro trovare pompe ad energia solare come fonte di energia esterna. Il pompaggio solare è appropriato in molte circostanze, poiché l'acqua viene riscaldata, e quindi deve essere pompata, solo quando splende il sole.

A causa delle caratteristiche dell'idrologia e della termodinamica, il pompaggio dell'acqua attraverso i collettori sostituisce la necessità di immagazzinare l'acqua riscaldata al di sopra dei collettori, operazione che può risultare complessa e limitante in fase di progettazione (vedere Sistemipassivi per ulteriori spiegazioni).

L'utilizzo di una pompa richiede sia l'acquisto della pompa stessa, sia la necessità di una fonte di energia, molto probabilmente elettrica , per alimentarla.

Conosciuti anche come sistemi a termosifone, i sistemi solari passivi sono quelli che non utilizzano una fonte di energia esterna. Il termine "solare passivo" si applica a molto più che al semplice riscaldamento dell'acqua. Ad esempio, dipingere di nero una piscina per assorbire più energia, o installare finestre sul lato sud di una casa (nell'emisfero settentrionale) per far entrare più energia solare, sono entrambi esempi di sistemi solari passivi.

Un sistema di riscaldamento dell'acqua solare passivo deve tenere conto dei principi fisici dell'idrologia e della termodinamica. Questo tipo di sistema utilizza un termosifone. Un termosifone sfrutta l'energia solare per far muovere l'acqua o altri fluidi in direzione verticale. Ciò avviene quando un liquido presenta variazioni di temperatura e, di conseguenza, di densità. Poiché l'acqua più calda tenderà sempre a salire, spingendo verso il basso quella più fredda, il serbatoio di accumulo dell'acqua calda o lo scambiatore di calore devono essere posizionati sopra il collettore solare.

Non è necessaria energia esterna per far circolare il liquido attraverso il sistema. Meno parti in movimento significano meno componenti che possono rompersi.

Se si utilizza un serbatoio di acqua calda o uno scambiatore di calore, questi devono essere posizionati sopra il collettore solare affinché si verifichi il flusso termosifone. Ciò può causare problemi, poiché la maggior parte degli impianti solari si trova sui tetti delle case. Oggi sono disponibili numerose soluzioni progettuali che consentono di accumulare acqua calda al di sopra dell'impianto.

Gli scambiatori di calore vengono utilizzati nelle regioni in cui le temperature scendono sotto lo zero. Gli scambiatori di calore sono integrati in un sistema a circuito chiuso e trasferiscono il calore raccolto nel collettore all'acqua calda sanitaria della casa. Esistono diversi modelli di scambiatori di calore.

Una soluzione progettuale comune consiste nell'integrare un tradizionale scaldabagno trasferendo il calore dal fluido del collettore solare al serbatoio dell'acqua calda. I tubi di rame sono un materiale ideale per trasferire facilmente l'energia termica di un liquido.

Un altro tipo comune di scambiatore di calore utilizza un cilindro con due tubi di rame paralleli. Un tubo proviene dal collettore solare, entra nel cilindro dall'alto, si avvolge a spirale attorno al bordo del cilindro, esce dal cilindro dal basso e completa il circuito chiuso tornando al collettore solare. L'altro tubo, parallelo al primo, trasporta l'acqua calda sanitaria. Entra nel cilindro dal basso, corre parallelamente ai tubi del collettore fino alla parte superiore del cilindro ed esce dal cilindro dall'alto, trasportando acqua calda. Il calore viene trasferito dal fluido caldo proveniente dal collettore, attraverso i tubi di rame, all'acqua sanitaria. Il cilindro può essere isolato esternamente per aumentare l'efficienza dello scambio termico.

Esistono diversi fluidi che possono essere utilizzati nel sistema a circuito chiuso. I liquidi più diffusi e facilmente reperibili sono: miscele di glicole/acqua, oli idrocarburici, refrigeranti/antigelo per autoveicoli e siliconi. Ognuno di questi presenta vantaggi e svantaggi. Per saperne di più, consultare il seguente link di riferimento EERE . ^{[ 1 ]}

Gli scambiatori di calore vengono utilizzati principalmente per due motivi: per proteggere il sistema dal congelamento e come opzione per integrare un'altra fonte di riscaldamento dell'acqua.

Gli scambiatori di calore aggiungono complessità a un sistema di acqua calda sanitaria. L'utilizzo di uno scambiatore di calore comporta la necessità di progettare e pianificare un maggior numero di aspetti del sistema. Inoltre, aumenta la probabilità di guasti o malfunzionamenti dovuti ai componenti aggiuntivi. È fondamentale assicurarsi che il fluido di scambio termico sia atossico o che, in caso di rotture nel circuito chiuso, il rischio di contaminazione dell'acqua potabile sia minimo.

Si tratta di sistemi in cui l'acqua potabile da riscaldare scorre direttamente attraverso il collettore solare. Questo tipo di sistema è un sistema a circuito aperto.

Vedi Sistemaad anello aperto

Vedi Sistemaad anello aperto

Conosciuti anche come sistemi a collettore-stoccaggio integrato (ICS), questi sistemi sono costituiti da uno o più serbatoi o tubi neri all'interno di una scatola isolata e vetrata. Potrebbe anche trattarsi di un sistema semplice come dipingere un serbatoio di nero, inserirlo in una cassa, isolarlo su tutti i lati tranne quello esposto al sole e coprire quest'ultimo con vetro o plastica. Quando il sole riscalda l'acqua, questa si espande e diventa meno densa, favorendo il flusso dell'acqua calda verso la parte superiore del collettore. Da lì, l'acqua calda viene prelevata e immessa in casa secondo necessità o convogliata in un serbatoio ausiliario per l'accumulo. Questi sistemi funzionano al meglio nelle zone in cui le temperature sotto zero sono rare. Nonostante le limitazioni climatiche, funzionano relativamente bene; nei climi più freddi possono essere utilizzati stagionalmente e svuotati prima dei rigidi mesi invernali.

vedi http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BatchSolarHeater.JPG

http://www.builditsolar.com/Projects/WaterHeating/ISPWH/IPSWH.pdf Scarica "The Integral Passive Solar Water Heater Book" di David Bainbridge