Edificio Ecosostenibile tesina

LE TECNOLOGIE ATTIVE

A seguito della realizzazione dell’involucro esterno opportunamente isolato, adesso la trattazione

analizzerà quali sono le tecnologie attive per la produzione di energia elettrica e termica. La

possibilità di disporre di tecnologie attive non deve sostituirsi alla progettazione di un edificio che

richieda un basso fabbisogno energetico: sia le tecnologie attive sia quelle passive devono

compenetrarsi, in modo tale che le tecnologie attive non siano semplicemente sovrapposte alla

struttura, ma risultino parte di essa e dell’ambiente circostante.

2.1 Gli impianti solari termici

Con il termine impianto solare termico si intende quel tipo di tecnologia che sfrutta i raggi del sole

per produrre calore a bassa, media o alta temperatura. La tecnologia a bassa temperatura riguarda

fondamentalmente i sistemi di produzione di acqua calda sanitaria o per il riscaldamento di

abitazioni private, mentre le tecnologie ad alta temperatura coinvolgono principalmente sistemi

industriali. L’elemento fondamentale di un impianto solare termico è il collettore (fig. 2.1) o anche

detto pannello solare che capta il calore che proviene dalla radiazione solare. Nel momento in cui la

radiazione incide sul pannello per circa il 4% viene riflessa mentre la restante penetra all’interno,

dove si trova una piastra captante scura. Questa lastra riscaldandosi, emette radiazioni infrarosse

che non riescono ad oltrepassare il vetro. La radiazione rimane all’interno del collettore il quale

cede il calore assorbito ad un fluido vettore il quale a sua volta trasporta l’energia ad un serbatoio di

accumulo. Questo tipo di pannelli assorbe non solo le radiazioni dirette, ma anche quelle diffuse in

modo tale da poter funzionare anche in caso di cielo coperto.

Oltre il collettore all’interno di un sistema solare termico si può distinguere il circuito solare, il

serbatoio di accumulo ed il sistema di controllo e regolazione dell’intero sistema.

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Fig. 2.1 - Esempio di collettore in un impianto solare termico .

2.1.1 Il collettore solare

Soffermandoci sui collettori solari ad uso domestico, le tipologie disponibili sul mercato sono

sostanzialmente quattro:

Collettori piani: (fig. 2.2) sono i più diffusi in commercio e sono formati da una superficie

- trasparente di vetro o di materiale polimerico sotto la quale è disposto un fascio di tubi

fissato ad una piastra di colore scuro di solito realizzata in rame o in alluminio che può

assumere varie forme e che assorbe le radiazioni solari. Questi elementi sono tenuti insieme

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Image credits : http://www.equiwatt.it/it/tecnologie/solare-termico.html 9  

  da una struttura portante in acciaio o in alluminio e da un fondo piano in lamiera zincata o

vetroresina sul quale è posto uno strato isolante in lana di roccia o in poliuretano. La

struttura portante oltre a tener insieme i vari componenti è importante soprattutto perché

svolge una funzione di isolante termico e di protezione dalle correnti d’aria che

comporterebbero perdite dovute al fenomeno della convezione. All’interno di essa si trovano

i tubi in cui scorre un fluido termo vettore, composto da acqua e da un fluido antigelo che

abbassa il punto di solidificazione ed alza quello di evaporazione in modo da mantenere

l’acqua allo stato liquido. All’interno del collettore, di solito di forma rettangolare, vi è

generalmente aria ma esso può essere riempito anche con gas nobili per migliorarne la

capacità di assorbimento. Un parametro molto importante da tenere in considerazione per

contenere le dispersioni del collettore è il coefficiente di emissione (ε):

ε = Calore emesso / Energia assorbita. Affinché ε sia ridotto al minimo, in ambito

progettuale si può applicare un rivestimento superficiale trattato in modo da respingere le

radiazioni infrarosse al collettore così da massimizzare la conversione in calore dei raggi

solari e la trattenuta del calore convertito. 4

Fig. 2.2 - Struttura e funzionamento di un collettore piano .

Collettori a tubi sottovuoto: sono composti in media da 6÷9 tubi per unità all’interno dei

- quali scorre il fluido vettore composto da una miscela di pentano ed acqua. I tubi sono

isolati singolarmente attraverso un rivestimento in vetro all’interno del quale viene praticato

il vuoto che diminuisce tantissimo le dispersioni di calore verso l’esterno. Tra il tubo e la

superficie trasparente è posta la copertura assorbente selettiva scura (fig. 2.3). Il calore viene

accumulato dai tubi nel fluido tramite un cambiamento di fase e a seguito il calore viene

ceduto ad uno scambiatore posto in cima alla struttura dell’unità ai fini delle varie funzioni a

cui il collettore dovrà adempiere. Questo sistema è sicuramente più efficace del collettore

solare piano, ha una producibilità più elevata, tuttavia ha un costo maggiore e ne è

consigliato l’utilizzo in zone a temperatura medio-bassa.

Collettori scoperti: Sono strutturati come i collettori piani ma sprovvisti di una copertura

- trasparente (fig. 2.4). Per funzionare adeguatamente hanno bisogno di temperature non

inferiori ai 20° e non consentono di raggiungere temperature del fluido elevate dato che non

sono isolati termicamente. Sono utilizzati generalmente per impianti ad uso estivo, ad

esempio per il riscaldamento delle piscine o per quello delle case ad uso stagionale.

Collettori ad aria: Vengono utilizzati principalmente per il riscaldamento degli edifici. In

- questo tipo di collettori non vi sono più tubi all’interno dei quali socrre il fluido vettore, ma

sono composti da pannelli piani all’interno dei quali circola aria tra il vetro e la piastra

4 Image credits: www.mostramida.it 10  

  assorbente oppure tra quest ultimo ed il fondo del collettore. La lastra assorbente è alettata in

modo tale da far permeare l’aria all’interno del pannello per più tempo ed assorbire la

maggiore quantità di calore possibile (fig. 2.5).  

Fig. 2.3 - Struttura di un collettore a tubi sottovuoto e sezione di un tubo.

  Fig.  2.4  -­‐  Struttura  di  un  collettore  scoperto,  con   Fig.  2.5  -­‐  Struttura  di  un  collettore  ad  aria.  

piastra  captante  e  sola  serpentina.    

2.1.2 Il circuito solare

Il circuito solare è un circuito idraulico costituito da tubazioni in rame coibentate, una eventuale

pompa di circolazione, valvole di regolazione e un vaso d’espansione al fine di contenere la

dilatazione del fluido quando la temperatura è troppo alta. I circuiti solari possono essere di due tipi:

Open Loop (a circuito aperto) cioè un circuito il cui fluido che passa per il collettore è

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  costituito dalla stessa acqua (priva di miscela antigelo) che poi l’utente, una volta riscaldata,

utilizzerà;

Closed Loop (a circuito chiuso) nel quale vi sono due circuiti separati collegati per mezzo

- di uno scambiatore di calore. Il circuito primario è quello proprio del pannello in cui circola

una miscela di acqua e liquido antigelo che ha lo scopo di accumulare il calore solare; il

circuito secondario invece è collegato all’impianto idraulico della casa e consente di

utilizzare l’acqua calda prodotta per i servizi domestici. Normalmente in ambito residenziale

si utilizzano i circuiti chiusi che nonostante siano più costosi di quelli aperti, sono d’altra

parte molto più efficienti e duraturi.

2.1.3 Il serbatoio di accumulo

Il sistema solare termico prevede la presenza di un serbatoio di accumulo termicamente isolato che

svolge la funzione di accumulare a lungo termine l’acqua calda prodotta. Se il sistema solare

termico è destinato esclusivamente alla produzione di acqua calda domestica, la capacità del

serbatoio deve essere in media 1,5÷2 volte il consumo giornaliero d’acqua totale, tenendo conto che

ogni persona in media consuma 50-60 litri di acqua il giorno. La superficie interna del serbatoio è

realizzata con acciaio smaltato o inossidabile e lo strato isolante esterno con materiale plastico, di

circa 10 cm di spessore. Nel caso di un circuito Closed Loop lo scambiatore di calore viene posto

all’interno del serbatoio: vengono collocate due serpentine in rame una nella parte bassa dove

circola il fluido termo vettore (acqua e miscela antigelo) proveniente dal collettore e l’altra nella

parte alta, collegata ad un sistema ausiliario di riscaldamento che interviene in caso di scarso

irraggiamento solare o di avarie del sistema. I serbatoi più moderni sono strutturati verticalmente in

modo tale che si realizzi all’interno di esso la stratificazione termica cosicché l’acqua più calda si

trovi sempre nella parte più alta del serbatoio da dove avviene il prelievo dell’acqua (fig. 2.6).

Fig. 2.6 – Sezione di serbatoio di accumulo per impianto solare termico con dettaglio della stratificazione

della temperatura al suo interno.

2.1.4 La centralina di controllo

La centralina elettronica ha la funzione di comandare l’avvio e lo spegnimento della pompa di

circolazione (se prevista) e in ogni caso tutto il sistema di circolazione del fluido termo vettore in

relazione ai segnali che riceve dai sensori posti sul serbatoio e nei collettori. La centralina confronta

grazie ad un termostato differenziale la temperatura dell’acqua nel serbatoio di accumulo e 12  

quella del fluido nei pannelli solari termici ed innesca la circolazione del fluido se la differenza è