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Impianti di climatizzazione e condizionamento a energia solare

I sistemi di condizionamento ad energia solare dovrebbe essere impiegati solo dopo l'attuazione di efficienti sistemi di isolamento.

I sistemi di impianti a energia solare in genere hanno un alto costo iniziale e costi di gestione estremamente bassi. Per ridurre gli alti costi iniziali occorre ridurre le dimensioni del sistema di richiesta di energia che il sistema impiantistico ad energia solare dovra' fornire.

Nello spazio di riscaldamento e raffreddamento, la casa dovrebbe essere isolata con standard elevati.

Nelle installazioni di riscaldamento dell'acqua, le tubazioni di acqua calda devono essere isolate e dovrebbero essere usati sistemi di conservazione della temperatura dell'acqua.

L'obiettivo del sistema solare non dovrebbe essere quello di realizzare il 100% del riscaldamento e/o raffredamento della casa: un sistema alternativo di raffreddamento o riscaldamento dell'acqua e' comunque necessario.

L'impianto termoidraulico ad energia solare dovrebbe essere dimensionato in modo da riflettere le variazioni stagionali della domanda di riscaldamento/raffreddamento in base alle caratteristiche climatiche della zona e della presenza del sole.

Inoltre, grazie alla combinazione di impianti per eseguire le funzioni multiple (ad esempio riscaldamento e riscaldamento acqua), l'investimento di un impianto a energia solare e' in grado di far recuperare l'investimento in un anno.

Ci sono diversi tipi di impianti a energia solare in ciascuna delle categorie di riscaldamento, riscaldamento dell'acqua e raffreddamento.

Delle tre categorie generali, il condizionamento degli ambienti con energia solare è il meno redditizio, tranne nelle applicazioni passive.

Ci sono due categorie di base degli impianti a energia solare per il riscaldamento dell'acqua: impianti ad energia solare a ciclo aperto diretto o indiretto e impianti ad energia solare a circuito chiuso.

Sistema diretto

L'acqua che verrà utilizzata come acqua calda sanitaria è distribuita direttamente nei collettori dal serbatoio di stoccaggio (in genere un riscaldatore di acqua calda).

Ci sono due tipi di sistemi diretti : draindown e ricircolo. In entrambi i sistemi, un controller attiverà una pompa quando la temperatura nei collettori è superiore alla temperatura nel serbatoio di stoccaggio.

Il sistema draindown include una valvola di spurgo dell'acqua nei collettori che si aziona quando la temperatura esterna raggiunge i 38 gradi.
Quando la temperatura è superiore a 38 gradi ed i collettori sono più caldi rispetto al serbatoio di stoccaggio, la valvola consente al sistema di collettori di ricaricare e riprendere il funzionamento in riscaldamento.

Il sistema di ricircolo pompa l'acqua riscaldata dal serbatoio di stoccaggio attraverso i collettori quando la temperatura scende a 38 gradi.

Questi due sistemi hanno gravi inconvenienti.
Le valvole draindown possono rompersi e il risultato può essere la rottura di costosi pezzi dei collettori solari. La valvola draindown in genere rimane inutilizzata per un tempo molto lungo e quindi avrà bisogno di lavorare per la prima volta senza rompersi.

Il sistema di circolo di aria e acqua in un sistema di collettori draindown deve essere svuotato periodicamente verso il basso (svuotando i collettori) e può causare un accumulo di depositi di minerali nei collettori riducendo la loro efficienza.

Il sistema di ricircolo e di accumulo di acqua potabile riscaldata dal serbatoio tramite i collettori in condizioni di congelamento potenziale non raffredda efficacemente l'acqua (spreco di energia).

Sistemi indiretti

I sistemi che utilizzano liquidi antigelo hanno bisogno di ispezioni regolari (almeno ogni 2 anni) della soluzione antigelo per verificarne la tenuta.

Olio o refrigerante fluidi circolanti sono sigillati nel sistema e non richiedono manutenzione. Un sistema refrigerante è generalmente più costoso e deve essere maneggiato con cura per evitare qualsiasi fuoriuscita di refrigerante.

Un sistema indiretto molto efficace ,affidabile e a bassa manutenzione è il sistema drainback .

Il sistema drainback utilizza in genere l'acqua distillata come fluido in circolazione nel collettore.

I collettori in questo sistema avranno solo acqua all'interno quando la pompa è in funzione.
Questo significa che in caso di mancanza di energia elettrica, nonché di notte, non ci sarà nessun liquido nel collettore che potrebbe congelare o raffreddare e ritardare l'avvio del sistema quando il sole splende.

Questo sistema è molto affidabile e ampiamente usato. Esso richiede che i collettori siano montati in alto rispetto al serbatoio drainback / scambiatore di calore.
Cio' può essere impossibile da fare in una situazione in cui i collettori devono essere montati a terra.

Un sistema indiretto o diretto può essere utilizzato per il riscaldamento di piscine e centri termali.

I fluidi che si diramano nei collettori sono separati dall' acqua riscaldata che sarà utilizzata in casa da uno scambiatore di calore a doppia parete.

Uno scambiatore di calore viene usato per trasferire il calore dal fluido che circola attraverso i collettori per l'acqua usata in casa. I fluidi che vengono utilizzati nei collettori possono essere acqua, olio, una soluzione antigelo, o refrigerante.

Gli scambiatori di calore dovrebbe essere a doppia parete per evitare la contaminazione delle acque di uso domestico.

Il controller in questi sistemi attiverà le pompe per i collettori e lo scambiatore di calore, quando le differenze di temperatura sono raggiunte.

Lo scambiatore di calore può essere separato dal serbatoio di deposito o incorporato in esso.

Linee guida per impianti solari per riscaldamento domestico:
Un sistema ben progettato fornira' il 50-80% del fabbisogno di acqua calda di una casa (meno in inverno, più in estate).

Ci dovrebbero essere 10-15 metri quadrati di superficie del collettore solare per ogni persona nella famiglia.

Il serbatoio di stoccaggio dovrebbe contenere 20-30 litri per persona.

Non ci dovrebbero essere ombra sui collettori durante le ore 9:00-15:00.

I raccoglitori devono essere rivolti a sud e inclinati con un angolo di 30 gradi (lievi variazioni possono danneggiare significativamente le prestazioni).

I collettori e il serbatoio di stoccaggio dovrebbe essere in prossimità del sistema di backup e l'impianto di distribuzione della casa per evitare perdite eccessive nelle tubature.
I tubi devono essere ben isolati.

Le valvole di miscelazione e i di dispositivi di arresto termico dovrebbero essere impiegati per proteggere da temperature eccessivamente alte.


Riscaldamento Active Space Solar
Il sistema Active Space di riscaldamento solare può utilizzare gli stessi componenti operativi dei sistemi di riscaldamento domestico dell'acqua, ma i legami in un sistema di distribuzione del calore in grado di utilizzare fluidi riscaldati come fonte di calor.
L'impianto di distribuzione comprende radiatore e sistemi idronici a bobina a pavimento, e sistemi ad aria forzata.

Riscaldamento dell'acqua da collettore
L'inclinazione dei collettori per il riscaldamento è in genere la latitudine più 15 gradi .

Lo scopo è quello di allineare i collettori perpendicolare ai raggi del sole nella stagione di riscaldamento, quando la prestazione ottimale è necessaria.

Il numero di collettori utilizzati in una installazione per riscaldamento è in funzione del carico termico della casa.

carico termico medio / potenza termica nominale collettore = numero di collettori necessari.

Basando le dimensioni dei collettori del carico termico medio della casa durante la stagione fredda, il sistema non fornisce abbastanza calore durante le giornate più fredde del periodo di riscaldamento.

Il sistema di riscaldamento degli ambienti, come il sistema di riscaldamento domestico dell'acqua, deve essere sostenuto da un sistema di riscaldamento ausiliario.

Il sistema di stoccaggio deve essere dimensionato per circa 1,5 litri di stoccaggio per ogni metro quadrato di collettore.


Impianto per il riscaldamento simile ad un collettore di acqua invisibile.

Di solito un assorbitore di metallo nero in un box isolato con una copertura vetrata (vetro o plastica).
L'aria riscaldata entra in casa, direttamente o entra in un supporto di stoccaggio (come le rocce), in modo che il calore sarà disponibile durante la notte.

Un semplice controller viene utilizzato per accendere il ventilatore in questo tipo di impianto. Il controller utilizza i sensori nel collettore per attivare l'impianto quando è più caldo nel collettore che nell'interno della casa o nel supporto di stoccaggio.

Collettori ad aria possono essere montati verticalmente sulla parete sud di un edificio se utilizzato per il solo riscaldamento .
In quella posizione, se adeguatamente progettati lo sbalzo impedirà loro di riscaldare in estate.

Per una applicazione per tutto l'anno di collettori di riscaldamento dell'aria, è necessario utilizzare uno scambiatore di calore aria-acqua .
Questo non è un sistema molto efficiente per il riscaldamento dell'acqua rispetto al fluido circolante nei collettori, perché il calore (e quindi l'efficienza) si perde ad ogni punto di trasferimento.

Collettori ad aria sono più pratici in climi con inverni più lunghi e più freddi .
L'investimento in sistemi di stoccaggio per colettori d'aria è notevole in tempo, denaro e materiali.

L'uso dei collettori ad aria per riscaldare la casa direttamente può essere facilmente raggiunto con le finestre orientate correttamente .
Le temperature diurne in inverno possono essere relativamente alte, l'aria calda supplementare da un collettore d'aria può surriscaldare una casa che non ha più la massa termica per assorbire il calore.