Modulo 2. Impianti per la produzione di energia termica ... · Impianto frigorifero ad assorbimento...

Corso di Impianti Meccanici Laurea Magistrale

Modulo 2. Impianti per la produzione di energia

termica, elettrica e frigorifera da energia solare

Sezione 2.1 Impianto frigorifero ad assorbimento a bromuro di litio

Prof. Ing. Cesare Saccani

Prof. Ing. Augusto Bianchini

Dott. Ing. Marco Pellegrini

Department of Industrial Engineering (DIN) - University of Bologna

Viale Risorgimento 2, 40136, Bologna Italy1/129

Gruppo frigorifero ad assorbimento a bromuro di litio

Generalit sul solar cooling

Dimensionamento elementi di impianto

Agenda

P&I impianto solar cooling

Alternativa al solar cooling tradizionale

Integrazione frigo ad assorbimento e caldaia a biomassa

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Si consideri una soluzione liquida sottoraffreddata rappresentata

dal punto (1). Introducendo calore si raggiunge il punto (2) di

liquido saturo, pronto per vaporizzare. Alla fine della

vaporizzazione si ha un vapore saturo secco (3) dal quale,

introducendo ancora calore, si passa a vapore surriscaldato (4).

Il punto (M) rappresenta una miscela eterogenea la cui fase

liquida si trova allo stato fisico rappresentato dal punto (L), e la

cui fase vapore si trova allo stato fisico dato dal punto (V).

La concentrazione C del componente B nella miscela eterogenea

(M) :

cM = cV + 1 cL

Il titolo x del vapore presente nella miscela eterogenea (M)

quindi dato da:

=cM cLcV cL

=LM

LV

Soluzioni binarie ed operazioni elementari

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Anche sul diagramma H-c per un determinato valore della pressione p, si hanno 4 curve

fondamentali che dividono le fasi del solido, del liquido e del vapore dalle miscele eterogenee

liquido-solido e liquido-vapore che si appoggiano ai valori di entalpie del vapore saturo HV, del

liquido saturo HL, di inizio e fine solidificazione, dei due componenti A e B. Tra queste

interessano fondamentalmente le curve del vapore e del liquido.

Il punto (1) rappresenta lo stato fisico di una soluzione liquida

sottoraffreddata; introducendo calore si pu passare a (2) che

rappresenta una soluzione liquida satura. Il punto (3) vapore

saturo secco e (4) vapore surriscaldato. (M) rappresenta le

caratteristiche di una miscela eterogenea liquido (L) e vapore

(V). Per quanto visto sul diagramma T-c, i punti (V) e (L)

devono trovarsi sulla stessa isoterma passante per (M).

Landamento di una isoterma sul diagramma H-c

rappresentato nella figura a lato.

Soluzioni binarie ed operazioni elementari

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Impianto frigorifero ad assorbimento in soluzione di H20 - LiBr

Consideriamo sul diagramma T-c una soluzione binaria con una

curva del vapore che corre molto vicino allasse A. Partendo da una

soluzione liquida (1) con concentrazione rispetto a B anche

abbastanza elevata, introducendo calore e separando le fasi si pu

ottenere vapore (V) piuttosto concentrato nei confronti di A.

Nel caso della soluzione H20-LiBr, il soluto B un sale (LiBr) con

tensione di vapore del tutto trascurabile fino a 140C. Nel campo di

applicazione della refrigerazione, la curva del vapore coincide

praticamente con lasse delle ordinate A e si pu ottenere un vapore

di acqua praticamente puro e surriscaldato da una soluzione liquida

con una certa concentrazione C di LiBr. Si realizzano pertanto

impianti frigoriferi ad assorbimento nei quali il fluido frigorifero

lacqua e il vapore ottenuto dal generatore passa direttamente al

condensatore senza bisogno della colonna di rettifica.

da tenere presente che:

negli impianti frigoriferi ad assorbimento ad ammoniaca i termini concentrazione povera e

concentrazione ricca sono riferiti al tenore di fluido frigorifero (NH3) in soluzione;

negli impianti a bromuro di litio, ci si riferisce al LiBr e non al fluido frigorifero (acqua).

p = cost

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Lo schema di processo riportato in figura fa riferimento ad

una realizzazione particolarmente compatta di un impianto

a bromuro di litio per refrigerazione dacqua.

Nel generatore di vapore G e nel condensatore C la

pressione assoluta pc dellordine di un decimo di

atmosfera. Nel vaporizzatore V e nellassorbitore A la

pressione assoluta pv e dellordine del centesimo di

atmosfera. Riunire i componenti operanti alla stessa

pressione in un unico contenitore risulta vantaggioso dal

punto di vista della tenuta, dei collegamenti e della

compattezza. Nel generatore la soluzione povera (di LiBr)

viene riscaldata a circa T1=7090C (grazie ad acqua a

8095C) e si concentra liberando vapore dacqua

praticamente puro.


Questo vapore passa poi nel condensatore (a circa TC=45C) cedendo calore allacqua di

raffreddamento che lascia lo scambiatore ad una temperatura di circa Tu=40C. Lacqua di

raffreddamento pu venire, a sua volta, raffreddata in circuito chiuso, tramite una torre di

raffreddamento.

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La condensa viene laminata e scende al vaporizzatore. La vaporizzazione

avviene alla temperatura TV=45C, mentre il fluido da raffreddare (di solito

acqua) viene portata dalla temperatura Ta=1213C a quella Tb=78C.

Poich sono necessari piccoli T tra acqua frigorifera e acqua da

refrigerare, necessario favorire lo scambio termico utilizzando

atomizzatori e facendo ricircolare la condensa del fluido frigorifero con una

pompa Pv.

Il vapore che si produce al vaporizzatore passa allassorbitore dove giunge

anche la soluzione ricca (in LiBr) proveniente dal generatore. Il vapore

dacqua viene assorbito dalla soluzione, con sottrazione di calore, e la

diluisce.

Per rendere possibile lassorbimento occorre sottrarre calore allassorbitore

con acqua di raffreddamento; questa entra alla temperatura Te=30C, esce

a Ti=3536C e viene poi mandata generalmente a raffreddare il

condensatore. Per migliorare le condizioni alle quali avviene

lassorbimento, una pompa Pa mette la soluzione che sta assorbendo il

vapore in ricircolo.

La soluzione povera, con temperatura di T5=3540C e concentrazione

cp=0,550,60 abbandona lassorbitore per essere mandata con una pompa

P al generatore dopo aver attraversato lo scambiatore di recupero S.

La soluzione ricca (cr=0,630,67) che scende dal generatore, cede calore

alla soluzione povera nello scambiatore di recupero, subisce una riduzione

di pressione e arriva allassorbitore.


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Per le nostre valutazioni si far riferimento a:

diagramma H-c della soluzione H20-LiBr, con curva del vapore coincidente con lordinata c=0;

diagramma H-s dellacqua; da questo possibile ricavare il valore dellentalpia del vapore

surriscaldato di acqua in equilibrio con una data soluzione satura, in funzione della pressione

e della temperatura della soluzione stessa.


Ipotesi semplificative:

si trascurano le cadute di pressione al passaggio

dal generatore al condensatore e dal

vaporizzatore allassorbitore;

si assume che la soluzione povera alluscita

dallassorbitore, la soluzione ricca alluscita del

generatore e la condensa allo scarico del

condensatore, siano sature;

si assume che il vapore dacqua alluscita del

vaporizzatore sia saturo secco;

si trascurano le variazioni di temperatura e di

entalpia della soluzione povera attraverso la

pompa. 8/129

Schema di processo Diagrammi H-s e H-c


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Diagramma H-s (di Mollier) per lacqua

Formazione di condensa

T [C] 0,01 5 10 15 20 25 30

psat [kPa] 0,6113 0,8721 1,2276 1.7051 2,339 3,169 4,246

T [C] 35 40 45 50 55 60 65

psat [kPa] 5,628 7,384 9,593 12,349 15,758 19,940 25,03

T [C] 70 75 80 85 90 95 100

psat [kPa] 31,19 38,58 47,39 57,83 70,14 84,55 101,3

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Dati di progetto

1) Per ottener acqua refrigerata a 78C, occorre del vapore a 45C. Essendo il fluido

frigorifero acqua, nota anche la pressione di evaporazione pv8mbar.

2) La massima temperatura raggiungibile nel generatore, T1, nota la pc, determina la

concentrazione ricca cr.

3) Con acqua a 35C disponibile al condensatore, si riesce a condensare il vapore frigorifero a

circa 45C. La pressione di condensazione del vapore pc100mbar.

4) La minima temperatura realizzabile nellassorbitore, T5, nota la pv, determina la

concentrazione povera cp.

tminpv

cp

tmaxpc

cr

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Consideriamo la portata unitaria di vapore (1) che lascia il generatore e arriva al vaporizzatore e

a questa riferiamo la portata g di soluzione ricca (8) che dal generatore si porta allassorbitore.

A regime la portata di soluto che entra in uno dei due apparati deve essere uguale a quella che

ne esce.

c1G1 + c8G8 = c7G7 c4G4 + c10G10 = c5G5

oppure

0 1 + crg = cp 1 + g =

+ =

+ =

+

=

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Nel generatore, grazie allapporto di calore dallesterno, viene

superata la temperatura di saturazione corrispondente ai valori

della pressione pc e della concentrazione cp e si ottiene del vapore

surriscaldato alla T1.

Infatti la soluzione salata bolle ad una temperatura superiore

rispetto al componente puro acqua; Il vapore dacqua che si libera

si trova quindi alla temperatura di saturazione della soluzione

salata, maggiore rispetto alla temperatura di saturazione del solo

componente acqua. Il vapore che si libera pertanto surriscaldato.

12) desurriscaldamento e

condensazione del vapor dacqua

allinterno del condensatore;

23) laminazione del vapore dalla

pressione pc alla pressione pv (H3=H2);

34) vaporizzazione dellacqua.

I valori pc e T1 individuano lo stato (1) del vapore (sul diagramma H-s) e lo stato (8) della

soluzione ricca satura corrispondente (sul diagramma H-c).

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Lo stato della miscela povera (concentrazione cp)

alluscita dellassorbitore individuato dai valori di

pressione pv e della temperatura T5 e, per le ipotesi

fatte, il liquido saturo.

La soluzione povera viene portata dalla pompa alla

pressione pc per essere inviata al generatore.

Per ipotesi si trascura lapporto energetico fornito dalla

pompa e pertanto H5 = H6 .

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Prima di raggiungere il generatore, lo scambiatore di

recupero scalda la soluzione povera (6) fino a

raggiungere lo stato (7), solitamente di liquido

sottoraffreddato. Lo stato (7) verr in seguito

determinato.

La soluzione ricca (8), che scende dal generatore con

temperatura T1, viene raffreddata nello scambiatore di

recupero fino a raggiungere la temperatura T9, superiore

di un certo Ts alla temperatura T5 (= T6) di entrata della

soluzione povera. 15/129


La soluzione ricca (9) subisce quindi una riduzione di pressione che la porta dalla pressione pcalla pressione pv.

La soluzione ricca (10) pu risultare sottoraffreddata o satura a seconda che la T9 sia inferiore o

uguale alla temperatura di saturazione corrispondente ai valori assegnati di pv e cp. Sul

diagramma si supposto che la soluzione sia satura.

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Allo stesso risultato si perviene utilizzando il diagramma H-c.

Ipotizzando di rimescolare il vapore

(1) e la soluzione ricca (8) uscenti

dal generatore, si ricaverebbe una

miscela (A) a concentrazione cp.

Mescolando il vapore (4) e la

soluzione ricca (10) entranti

nellassorbitore, si ricaverebbe una

miscela (B) a concentrazione cp.

1

g=

A 8

A 1=

cr cp

cp1

g=

B 10

B 4=

cr cp

cp

g =cp

crcp; 1+g=

cr

crcp17/129


Valutiamo ora le quantit di calore che interessano i vari scambiatori, riferite alla portata unitaria

di vapore frigorifero.

1) Condensatore: qc = H1 H2;

2) Vaporizzatore: qv = H4 H3;

3) Assorbitore: qa = HB H5 1 + g = HB H5cr

crcp= H4 HR ;

avendo indicato (R) lintersezione di 59 con lasse delle ordinate e avendo considerato i triangoli

simili 59B e R94

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4) Scambiatore di recupero:

H7 H6 1 + g = H8 H9 g

Da cui:

H7 H6 = H8 H9g

1 + g= H8 H9

cp

cr

Il che significa che (7) allineato con (8) e

con (R).

Indicando con (T) lintersezione di 79 con lasse delle

ordinate e considerando i triangoli simili 978 e R7T, si

trova:

qs = H8 H9 g = H8 H9cp

cr cp= HT HR

7

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5) Generatore:

qg = HA H7 1 + g = HA H7cr

cr cp= H1 HR

Avendo considerato i triangoli simili 78A e R81

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Avendo trascurato lapporto energetico della pompa, il

bilancio finale di energia vale:

+ = +

Il coefficiente di effetto utile o E.E.R. (Energy Efficiency

Ratio) dellimpianto vale:

=

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90C

Acqua

T [C] psat [kPa]

0,01 0,6113

5 0,8721

10 1,2276

15 1,7051

20 2,339

25 3,169

30 4,246

35 5,628

40 7,384

45 9,593

50 12,349

55 15,758

60 19,940

65 25,03

70 31,19

75 38,58

80 47,39

85 57,83

90 70,14

95 84,55

bene evidenziare la presenza

della curva di solidificazione:

il deposito di cristalli di bromuro di

litio assolutamente da evitare.

Diagramma H-c

Condensatore + generatore:

Tc = 37C pc = 67 mbar

con Tmax generatore = 90C cr = 0,63

Tc = 45C pc = 96 mbar (75 mm Hg)con Tmax generatore = 90C cr = 0,59





Evaporatore + assorbitore:

Tv = 4C pv = 8 mbar

Tmin assorbitore = 30C cp = 0,53

Tv = 4C pv = 8 mbar

con Tmin assorbitore = 40C cp = 0,58


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Modello commerciale

22.000

(fornitura)[dato aggiornato al 2013]

E.E.R. = 17,6/25,1 = 0,70


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No Componente Descrizione

1 GeneratorePorta allebollizione la soluzione diluita di BrLi

producendo vapore refrigerante

2 CondensatoreCondensa il vapore refrigerante producendo liquido

refrigerante

3

Recipiente di raccolta

del liquido refrigerante

(RST)

Accumula il liquido refrigerante per garantire la migliore

concentrazione della soluzione di BrLi

4

Valvola di scarico

liquido refrigerante

(RBV)

Scarica il refrigerante accumulato nel recipiente di raccolta:

a) alla disattivazione della macchina; b) allorch la

temperatura rilevata da LT a 3 C o inferiore; c) allorch

la temperatura dellacqua di raffreddamento in ingresso a

20 C o inferiore

5 Evaporatore (EVA)

Il calore di evaporazione del refrigerante estratto

dallacqua da refrigerare che fluisce nella serpentina

dellEVA

6 Assorbitore (ABS)

Il vapore refrigerante sviluppatosi nel EVA assorbito

dalla soluzione concentrata di LiBr. Il calore prodotto nel

processo di assorbimento trasferito dallacqua di

raffreddamento che circola allinterno della serpentina

dellABS

7Valvola di by-pass della

soluzione (SV9)

Qualora le temperature dellEVA o dellacqua di

raffreddamento scendano sotto determinati valori la valvola

SV9 si apre per ridurre la portata do soluzione allABS

8

Valvola solenoide di

protezione antigelo

(SV1)

Se lazione della valvola SV9 non dovesse arrestare

labbassamento della temperature nellEVA, la valvola SV1

apre ad 1 C per permettere che prte della soluzione diluita

e preriscaldata entri nellEVA

9 Scambiatore (HE)Permette lo scambio termico dalla soluzione

concentrata calda alla soluzione diluita fredda

10Pompa di soluzione

diluita (SP)

Spinge la soluzione diluita dallassorbitore (ABS) al

generatore (GE)

11 Assorbitore ausiliario Interviene in aiuto ad ABS

12Separatore gas

incondensabili

I gas raccolti nellassorbitore ausiliario vengono separati

dalla soluzione diluita e trasferiti nel recipiente di raccolta

gas (GT)

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No Componente Descrizione

12Separatore gas

incondensabili

I gas raccolti nellassorbitore ausiliario vengono separati

dalla soluzione diluita e trasferiti nel recipiente di raccolta

gas (GT)

13Recipiente gas

incondensabili (GT)Trattiene i gas incondensabili

14Valvola di servizio gas

incondensabili (A)

Valvola per la rimozione dei gas incondensabili dal

recipiente GT

15Valvola di servizio per

gas incondensabili (B)

Valvola per la rimozione dei gas incondensabili nellarea

ABS/EVA

16Valvola di prelievo

soluzione diluitaValvola di accesso al circuito della soluzione diluita

17Valvola di prelievo

soluzione concentrataValvola di accesso al circuito della soluzione concentrata

18 FiltroLa soluzione proveniente dallassorbitore viene filtrata prima

di entrare nella pompa

19Centralina si controllo

(CB)

Gestisce tutte le operazioni di comando ed interfaccia

con i controlli esterni

20 Flussostato (FFSL)

Arresta loperativit dellunit se la portata dellacqua

refrigerata scende al di sotto dell80% di quella

nominale

21Sonda di rilevazione

temperatura (WTO)

Controlla la temperatura di uscita dellacqua di

raffreddamento


temperatura (CTI)

Monitorizza la temperatura dellacqua di

raffreddamento


temperatura (LT)

Agisce sulloperativit dellunit controllando la

temperatura dellevaporatore


temperatura (HWT)

Monitorizza la temperatura di ingresso dellacqua calda

di alimentazione


temperatura (TIT)Controlla la temperatura in ingresso allassorbitore

26 Pompa di ricircolo Pompa di ricircolo allevaporatore

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Gruppo frigorifero ad assorbimento

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Gruppo frigorifero ad assorbimento qualit dellacqua

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P&I gruppo frigorifero ad assorbimento fonte di calore

TT: trasduttore temperatura

VD: valvola deviatrice on-off

VM: valvola manuale

VNR: valvola di non ritorno

Sul ramo di alimentazione dellacqua calda del gruppo frigorifero ad

assorbimento presente una valvola deviatrice a tre vie VD. Questa

valvola comandata direttamente dalla centralina del gruppo frigo che,

qualora la temperatura in ingresso superi un valore di soglia (95C),

viene azionata in maniera tale da chiudere il ramo di ingresso e ricircola

verso la fonte calda (bypass gruppo frigo).

Lazionamento della valvola deviatrice a protezione del gruppo

frigorifero ad assorbimento.

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P&I gruppo frigorifero ad assorbimento acqua refrigerata


VM: valvola manuale


FL: flussostato

Nel caso in cui la temperatura di uscita

dellacqua refrigerata risultasse troppo

bassa (inferiore a 4C), la centralina del

gruppo frigorifero ad assorbimento

aziona la valvola deviatrice VD

(impedendo lingresso di ulteriore acqua

calda) e, contemporaneamente, spegne

la pompa di circolazione dellacqua

refrigerata.

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P&I gruppo frigorifero ad assorbimento acqua di raffreddamento

TT: trasduttore

temperatura

VM: valvola manuale

VNR: valvola di non

ritorno

FL: flussostato

I rami in ingresso ed in uscita dellacqua di raffreddamento sono due

perch il calore viene asportato da due diverse sezioni del gruppo

frigorifero ad assorbimento: condensatore e assorbitore.

I rami devono risultare perfettamente bilanciati dal punto di vista

idraulico. 32/129


Gruppo frigorifero ad assorbimento prestazioni (portata design)

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Gruppo frigorifero ad assorbimento prestazioni (portata design)

GENERATORE

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Valore della portata acqua calda rispetto al valore nominale (%)


Gruppo frigorifero ad assorbimento prestazioni (variazione di portata)

50%

85%

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Gruppo frigorifero ad assorbimento prestazioni (caso limite)

35% del valore nominale!

EER=7/9,7=0,72 rimane costante!

N.B.

I valori riportati sono indicativi.

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Solitamente il gruppo frigorifero ad

assorbimento viene abbinato ad una

torre di raffreddamento che ha il

compito di smaltire il calore sottratto

allassorbitore ed al condensatore

(Riferimento: Capitolo IX de Impianti Meccanici,

di S. Fabbri, Edizioni Patron) 37/129


Solitamente il gruppo frigorifero ad assorbimento viene abbinato ad una torre di

raffreddamento che ha il compito di smaltire il calore sottratto al gruppo

frigorifero.

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Solitamente il gruppo frigorifero ad assorbimento viene abbinato ad una torre di

raffreddamento che ha il compito di smaltire il calore sottratto al gruppo

frigorifero.

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La torre di raffreddamento

3.100

(fornitura)

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P&I gruppo frigorifero ad assorbimento torre di raffreddamento

PI: manometro

RE: resistenza elettrica

TS: termostato



VM: valvola manuale


V3V: valvola 3 vie

FL: flussostato

Il funzionamento della ventola di

raffreddamento pu essere gestito in

maniera pi o meno efficiente (e

costosa). La soluzione pi semplice

quella di installare un termostato

TS sulla tubazione di mandata della

torre di raffreddamento, che aziona il

ventilatore qualora venga superato

un valore di soglia.

Una soluzione pi sofisticata

prevede limpianto di un termostato a

due livelli, abbinato ad un ventilatore

dotato di un motore elettrico a due

velocit: il superamento della prima

soglia di temperatura aziona il

ventilatore al numero di giri inferiore,

il superamento della seconda e pi

elevata soglia porta il motore

elettrico del ventilatore alla massima

velocit di rotazione.

Esiste poi la soluzione

energeticamente ottimale (ma pi

costosa) che prevede linstallazione

di un trasduttore di temperatura che

regola con logica proporzionale il

numero di giri del motore del

ventilatore tramite inverter.

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P&I gruppo frigorifero ad assorbimento torre di raffreddamento

PI: manometro

RE: resistenza elettrica

TS: termostato



VM: valvola manuale


V3V: valvola 3 vie

Nel caso in cui la torre di

raffreddamento venga ad essere

impiegata nel periodo invernale,

occorre riporre particolare attenzione

a pericolo di ghiacciamento

dellacqua che staziona nella camera

di accumulo della torre di

raffreddamento che, ricordiamo, a

contatto con laria ambiente.

A tale scopo sono possibili due

soluzioni, integrabili tra loro.

Lelemento che identifica la

condizione di pericolo il termostato

ambiente TS. Quando la temperatura

ambiente scende al di sotto di un

certo livello, il sistema interviene nel

seguente modo:

- Azionamento della valvola a tre vie

V3V a due posizioni, che devia

lacqua calda (circa 26-28C)

verso il serbatoio.

- Azionamento della resistenza

elettrica RE installata nel serbatoio

di accumulo;

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P&I gruppo frigorifero ad assorbimento PI: manometroRE: resistenza elettrica

TS: termostato



VM: valvola manuale


V3V: valvola 3 vie

FL: flussostato

La pompa di ritorno dalla torre di raffreddamento deve essere opportunamente adescata.

Per evitare fenomeni di cavitazione, la pompa va installata sotto battente rispetto al

serbatoio di accumulo della torre di raffreddamento. In alcuni casi, quindi, necessario

sopraelevare la torre di raffreddamento rispetto al terreno per garantire un battente minimo

H (solitamente 0,5-1 m) tra uscita dellaccumulo e aspirazione della pompa. Inoltre, la

quota H consente anche di scongiurare lo svuotamento dellimpianto a pompa ferma.

H

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P&I gruppo frigorifero ad assorbimento

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Gruppo frigorifero ad adsorbimento: cenni

Ladsorbimento un fenomeno chimico-fisico per cui molecole di due specie

chimiche in fasi differenti instaurano una interazione di tipo superficiale sulla

superficie di interfase, che la superficie di separazione tra le due fasi.

Tale processo si differenzia dallassorbimento che , invece, quel processo

chimico-fisico in cui si ha il trasferimento di una specie chimica attraverso

linterfaccia di separazione tra due fasi.

ASSORBIMENTO ADSORBIMENTO45/129

Gruppo frigorifero ad adsorbimento: cenni

Nei gruppi frigoriferi ad adsorbimento sono

presenti due scambiatori di calore

perfettamente identici in cui, ad intervalli

alterni, si realizzano i processi di

adsorbimento e di desorbimento.

Nellevaporatore (evaporator) lacqua

proveniente dal condensatore (condenser)

viene fatta vaporizzare sottraendo la

potenza termica QF al fluido (chilled water)

da inviare allambiente da refrigerare. Il

vapore cos prodotto entra nellassorbitore

A (adsorber A): il processo di adsorbimento

genera il calore Q1, sottratto dallacqua di

raffreddamento (cooling water).

Nellassorbitore B (adsorber B), in

contemporanea, vi lapporto di calore QCche determina la vaporizzazione dellacqua

precedentemente adsorbita. Il vapore cos

prodotto arriva al condensatore, dove il

vapore viene ricondensato tramite la

sottrazione della potenza termica Q2.

QF

Q1 QC

Q2

= QF / QC

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Agenda




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Process Flow Diagram (PFD) dellintegrazione

Come visto, la caldaia a

biomassa dimensionata

sul 70% del carico nominale

al fine di garantire il

funzionamento di base.

Per i picchi interviene la

caldaia a metano di

integrazione e soccorso.

Lintegrazione di una caldaia a biomassa con un impianto frigo ad assorbimento garantisce la contemporanea produzione di

calore e di freddo. Questa soluzione impiantistica pu essere utilizzata sia in ambito residenziale (riscaldamento,

produzione ACS e condizionamento) che industriale dove la potenza fredda pu essere utilizzata nel processo (es.

raffreddamento stampi).

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P&I integrazione

Il P&ID dellintegrazione riporta tutti i dispositivi necessari per il funzionamento dellimpianto e dunque presenta una

maggior dettaglio rispetto al PFD.

Occorre collegare una

sorgente di potenza

termica: nel caso

analizzato sar la

caldaia a biomassa con

integrazione a metano


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FL: misuratore di portata

PI: manometro

TI: termometro

TS: termostato



VEC: vaso di espansione

VM: valvola manuale


PSV: valvola di sicurezza

P: pompa

P&I integrazione accumulo caldo

Funge da accumulo in grado di alimentare il

gruppo frigorifero ad assorbimento anche

quando la fonte diretta di calore non

presente.

Inoltre, laccumulo consente di incrementare

linerzia del sistema. In questo modo vengono

attenuati gli effetti negativi sulla regolazione

dellimpianto frigorifero derivanti dalle

diverse condizioni di funzionamento

(avviamento, spegnimento, transitorio,

steady-state) dellimpianto che fornisce il

calore al gruppo frigorifero ad assorbimento.


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P&I integrazione accumulo caldo

Un termostato attiva il funzionamento della

pompa di circolazione, che a sua volta alimenta

con acqua calda il gruppo frigorifero ad

assorbimento.

Vengono settati due livelli di temperatura:

quando la temperatura dellaccumulo supera

una certa soglia (ad esempio, 80C), la pompa

si mette in funzione. Alimentando cos il

gruppo frigorifero ad assorbimento. Quando la

temperatura scende al di sotto di una seconda

soglia (ad esempio, 70C), la pompa di

circolazione va in stand-by, e quindi il gruppo

frigorifero ad assorbimento risulta non pi

alimentato.


PI: manometro

TI: termometro

TS: termostato




VM: valvola manuale



P: pompa


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P&I integrazione circuito secondario

PI: manometro

P: pompa

ME: motore elettrico

TI: termometro



VM: valvola manuale



Laccumulo non direttamente collegato allimpianto che produce energia termica, ma scambia calore

tramite uno scambiatore di calore ed un circuito secondario.

Linstallazione di uno scambiatore di calore consente di disaccoppiare il circuito secondario, connesso

allaccumulo caldo, dal circuito primario, collegato allimpianto produttore di energia. Il

disaccoppiamento fa si che le condizioni di lavoro dei due circuiti (primario e secondario) possano

essere differenti: in particolare, si possono regolare differentemente le portate.

Daltro canto, linserimento dello scambiatore di calore diminuisce, a parit di energia prodotta, la

temperatura massima raggiungibile nellaccumulo caldo.


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Circuito

secondario

Circuito

primario

P&I integrazione circuito primario


ME: motore

PI: manometro

TI: termometro


Poich possono essere presenti pi dispositivi per la

produzione di potenza termica (in figura, per semplicit,

sono rappresentate soltanto le due caldaie, ma

potrebbero esserci altri dispositivi come pannelli solari,

per esempio), andata e ritorno dei sistemi di

raffreddamento convergono, rispettivamente, in un

collettore ciascuno.

Nel collettore collegata inoltre la caldaia a metano di

integrazione e soccorso

P: pompa

VEC: vaso di espansione chiuso

VM: valvola manuale


PSV valvola di sicurezza


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P&I integrazione accumulo freddo



VESP: vaso di espansione

VM: valvola manuale


VS: valvola di sicurezza

Laccumulo freddo ha la stessa funzione

vista in precedenza per laccumulo caldo.


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P&I integrazione integrazione e soccorso con condizionatore



TS: termostato


VM: valvola manuale



Il condizionatore integra in parallelo il

gruppo frigorifero ad assorbimento:

quando la temperatura nellaccumulo

freddo sale al di sopra di una certa

temperatura (termostato), entra in

funzione in parallelo il condizionatore, il

cui funzionamento cessa quando la

temperatura nellaccumulo torna al di

sotto di un valore di soglia (termostato).

Inoltre, quando il gruppo frigorifero ad

assorbimento non in funzione, il

condizionatore ne sostituisce

completamente il funzionamento.

Pertanto, il condizionatore funge da unit

di integrazione e soccorso.


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Condizionatore/Pompa di calore 152H Q

13.000

(fornitura, posa in opera

e allacci)

Versione : standard

Versione P: con pompa

Versione N: con pompa maggiorata

Versione A: con accumulo e pompa

Versione Q: con accumulo e pompa maggiorata

Modello : solo freddo

Modello H: pompa di calore + condizionatore


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P&I integrazione Generazione caldo e freddo


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P&I integrazione Generazione caldo e freddo + utenze

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Agenda




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Lutilizzo del calore proveniente dal Sole (pannelli solari termici o raffreddamento di

pannelli fotovoltaici) in tecnologie di raffreddamento detto solar cooling ed ha visto,

negli ultimi anni, un notevole sviluppo, ma limitatamente a potenze medio-alte, cio

superiori ai 100 kW.

La vera sfida del solar cooling si ha per alle basse potenze (cio inferiori a 50 kW), dove

il mercato potenziale enorme: basti pensare, infatti, al semplice condizionamento

domestico e al potenziale risparmio generato dalla produzione di energia elettrica e di

caldo/freddo da una fonte rinnovabile come quella solare.

Come dato di riferimento, la JRAIA, associazione giapponese delle industrie del campo

del condizionamento dellaria, pronosticava per il 2006, nel campo delledilizia

commerciale e residenziale, 68,65 milioni di apparecchi a livello mondiale, di cui 6,12

milioni in Europa; nonostante la potenzialit del mercato ed una tecnologia ormai

consolidata, sono per ancora pochi i solar cooling per basse potenze disponibili sul

mercato.


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Un impianto a concentrazione solare (sia esso solo termico, fotovoltaico oppure

integrato termico-fotovoltaico) composto da:

- Un elemento ottico in grado di concentrare la radiazione solare diretta: esso

usualmente in grado di inseguire la radiazione solare;

- Un elemento ricevitore in grado di assorbire la radiazione solare concentrata;

- Un elemento in grado di recuperare/dissipare la potenza termica generata dalla

concentrazione solare sul ricevitore.

Radiazione solare

diretta

Elemento ottico

(+ inseguitore)

Elemento

ricevitore

Elemento

recupero/dissipazione

termica


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Lelemento ottico utilizzato per concentrare la radiazione solare risulta

determinante ai fini della determinazione delle caratteristiche dellimpianto. Si

possono individuare due gruppi principali:

- Ottiche di tipo difrattivo, in cui la luce solare viene deviata e indirizzata sul

ricevitore attraversando un mezzo diverso dallaria e pu essere scomposta

anche nelle sue componenti spettrali;

Lente di Fresnel


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- Ottiche di tipo riflessivo, in cui la luce solare viene deviata dalla sua direzione

di incidenza e riflessa verso il ricevitore senza essere scomposta nelle sue

componenti spettrali.

Solar Dish Parabolic Trough

Solar Tower


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Per valutare le propriet di un elemento ottico a concentrazione ci si riferisce

alle seguenti grandezze:

- Rendimento ottico O: rapporto tra la potenza luminosa al ricevitore e la

potenza luminosa in ingresso allelemento ottico concentratore;

- Fattore di concentrazione geometrico C: rapporto tra la superficie ACdellelemento ottico concentratore e la superficie AR dellelemento ricevitore.

C

C

Inseguitore di tilt Inseguitore di rollio

Inseguitore di azimut Inseguitore ad asse polare


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C

Nondimeno, le caratteristiche del ricevitore sono determinanti ai fini della

valutazione dellefficienza globale del sistema. Possiamo individuare diverse

architetture relativamente alla modalit di ricezione della potenza radiante

solare concentrata:

- bollitore: elemento attraversato da un fluido che viene portato in ebollizione a

seguito dellincremento di temperatura derivante dalla potenza termica ricevuta

dal Sole;

- scambiatore di calore: elemento attraversato da un fluido che subisce un

incremento di temperatura derivante dalla potenza termica ricevuta dal Sole;

- pannello fotovoltaico: in questo caso, la radiazione solare concentrata viene

inviata ad un dispositivo fotovoltaico che converte la radiazione solare in

energia elettrica in corrente continua; il pannello fotovoltaico pu essere

provvisto di un sistema di raffreddamento attivo (con circolazione di liquido)

oppure passivo; nel primo caso, si parla di impianto di cogenerazione solare.


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Bollitore

Scambiatore di calore

Pannello fotovoltaico

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Nel caso in cui il ricevitore funga da elemento di scambio termico, occorre

tenere in debita considerazione le perdite a cui esso soggetto in termini di

potenza termica non ceduta al fluido termovettore. Esiste pertanto un

rendimento di scambio del ricevitore R che dipende dal materiale e dalla

geometria del ricevitore stesso.

Fattore di concentrazione C e rendimento di scambio del ricevitore Rinfluiscono in maniera decisiva sulla massima temperatura raggiungibile sul

ricevitore. Tale parametro spesso fondamentale per la scelta della tipologia di

solare a concentazione da abbinare a diversi processi industriali (ad esempio,

steam reforming del metano).


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Agenda




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HENERGIA Laboratorio Fossil Fuel Free


Inaugurazione: Settembre 2013 Impianti fotovoltaici

Solar cooling

Idrogeno: elettrolisi, compressione e PEM fuel cell

Caldaia a biomassa72/129

Il raffrescamento del laboratorio viene assicurato da un impianto di solar

cooling: il calore prodotto da dispositivi solari termici a concentrazione viene

utilizzato da un gruppo frigorifero ad assorbimento per la produzione di potenza

frigorifera.

Limpianto integrato con una pompa di calore reversibile che sostituisce il

gruppo frigorifero ad assorbimento quando non vi disponibilit di una fonte

termica adeguata (temperatura, portata) per lalimentazione del generatore.

- Gruppo frigorifero ad assorbimento: 17 kWfr (25 kWth richiesti)

- Pompa di calore reversibile: 32,65 kWfr + 34,34 kWth (10,72 kWel richiesti) (*)

- Fonte termica (solare) a disposizione: 11,5 kWth (di picco)

- Torre evaporativa: 42,7 kWth resi

(*) Raffreddamento estivo: Testerna = 35C;

Riscaldamento invernale: Tbulbo secco = 7C, Tbulbo umido = 6C.


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PI: manometro

TI: termometro

TS: termostato




VM: valvola manuale



P: pompa

P&I impianto solar cooling accumulo caldo


Funge da accumulo in grado di alimentare il

gruppo frigorifero ad assorbimento anche

quando la fonte diretta di calore non

presente.

Inoltre, laccumulo consente di incrementare

linerzia del sistema. In questo modo vengono

attenuati gli effetti negativi sulla regolazione

dellimpianto frigorifero derivanti dalle

diverse condizioni di funzionamento

(avviamento, spegnimento, transitorio,

steady-state) dellimpianto che fornisce il

calore al gruppo frigorifero ad assorbimento.

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P&I impianto solar cooling accumulo caldo


Un termostato attiva il funzionamento della

pompa di circolazione, che a sua volta alimenta

con acqua calda il gruppo frigorifero ad

assorbimento.

Vengono settati due livelli di temperatura:

quando la temperatura dellaccumulo supera

una certa soglia (ad esempio, 80C), la pompa

si mette in funzione. Alimentando cos il

gruppo frigorifero ad assorbimento. Quando la

temperatura scende al di sotto di una seconda

soglia (ad esempio, 70C), la pompa di

circolazione va in stand-by, e quindi il gruppo

frigorifero ad assorbimento risulta non pi

alimentato.


PI: manometro

TI: termometro

TS: termostato




VM: valvola manuale



P: pompa

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P&I solar cooling circuito secondario solare PI: manometroP: pompa

ME: motore elettrico

TI: termometro



VM: valvola manuale




Laccumulo non direttamente collegato allimpianto che produce energia termica, ma scambia calore tramite uno

scambiatore di calore ed un circuito secondario.

Linstallazione di uno scambiatore di calore consente di disaccoppiare il circuito secondario, connesso allaccumulo

caldo, dal circuito primario, collegato allimpianto produttore di energia. Il disaccoppiamento fa si che le condizioni di

lavoro dei due circuiti (primario e secondario) possano essere differenti: in particolare, si possono regolare

differentemente le portate. Inoltre, possibile impiegare fluidi differenti (ad esempio, miscela acqua-glicole per evitare

problemi di formazione di ghiaccio nel periodo invernale).

Daltro canto, linserimento dello scambiatore di calore diminuisce, a parit di energia prodotta, la temperatura massima

raggiungibile nellaccumulo caldo.

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P&I solar cooling circuito primario solare


ME: motore

PI: manometro

TI: termometro



Circuito

secondarioCircuito

primario

P: pompa

VEC: vaso di espansione chiuso

VM: valvola manuale


PSV valvola di sicurezza

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Poich possono presenti pi dispositivi solari (in

figura, per semplicit, ne rappresentato soltanto

uno), andata e ritorno dei sistemi di raffreddamento

convergono, rispettivamente, in un collettore

ciascuno.

Al collettore collegata inoltre la caldaia a metano di

integrazione e supporto (non presente nellimpianto

reale ma indispensabile in certe condizioni in

applicazioni standard).

P&I solar cooling circuito acqua calda completo


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P&I solar cooling accumulo freddo




VM: valvola manuale




Laccumulo freddo ha la stessa funzione

vista in precedenza per laccumulo caldo.

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P&I solar cooling integrazione con condizionatore



TS: termostato


VM: valvola manuale




Il condizionatore integra in parallelo il

gruppo frigorifero ad assorbimento:

quando la temperatura nellaccumulo

freddo sale al di sopra di una certa

temperatura (termostato), entra in

funzione in parallelo il condizionatore, il

cui funzionamento cessa quando la

temperatura nellaccumulo torna al di

sotto di un valore di soglia (termostato).

Inoltre, quando il gruppo frigorifero ad

assorbimento non in funzione, il

condizionatore ne sostituisce

completamente il funzionamento.

Pertanto, il condizionatore funge da unit

di integrazione e soccorso.

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Condizionatore/Pompa di calore 152H Q

13.000


e allacci)


Versione : standard

Versione P: con pompa

Versione N: con pompa maggiorata

Versione A: con accumulo e pompa

Versione Q: con accumulo e pompa maggiorata

Modello : solo freddo

Modello H: pompa di calore + condizionatore

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P&I impianto solar cooling completo


83/129


84/129




Agenda




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Impianto solar cooling accumulo caldo


86/129


Capacit: 800 litri

Superficie scambio: 2,7 m2

Resistenza elettrica: 6 kW

2.200

(fornitura, posa in opera e allacci)[dato aggiornato al 2013]


87/129



Portata nominale acqua calda in ingresso al gruppo frigo (generatore): 1,2 lt/s

Volume accumulo caldo: 800 lt

Tempo di funzionamento con accumulo? Ipotizzo inizio funzionamento a 80C e

spegnimento a 70C

E=800*4,186*10=33,5 MJ=

=9,30 kWh

La macchina lavora tra:

10-16 kWfr (media 13 kW fr)

COP = 0,7

Potenza termica assorbita:

circa 18 kWth

88/129



Energia accumulata: 9,30 kWh (800 litri da 80C a 70C)

Potenza media assorbita: 18 kWth

Durata funzionamento con solo accumulo: circa mezzora

Laccumulo caldo non in realt un vero e proprio accumulo ma, piuttosto, un

polmone di compensazione del circuito caldo.

Nei normali impianti solari termici un parametro di riferimento impiegato per il

dimensionamento dellaccumulo termico 100 lt di accumulo per ogni m2 di

superficie di collettore solare. Nel nostro caso, come vedremo, la superficie del

dispositivo solare ammonta a circa 16 m2, da cui un accumulo da 1.600 lt (il

doppio di quello dimensionato per HENERGIA).

Nelle medesime condizioni sopra descritte, laccumulo da 1.600 lt garantirebbe

un funzionamento di unora circa con il solo accumulo come fonte di

alimentazione del gruppo frigorifero ad assorbimento.

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Daltro canto, nel caso di impianto solar cooling, la produzione di calore

contestuale alla presenza di una radiazione solare diretta rilevante.

Pertanto, ragionevole supporre che in corrispondenza dei picchi di produzione

di acqua calda vi siano anche i picchi di richiesta da parte dellutenza fredda.

Per questo motivo, pi che la presenza di un accumulo caldo (o freddo)

voluminoso, importante integrare o la fonte di calore solare (caldaia metano,

caldaia biomassa, ) o la produzione di potenza frigorifera (pompa di calore,

gruppi frigoriferi a compressione).

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Impianto solar cooling valvola sicurezza

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Impianto solar cooling valvola sicurezza


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Impianto solar cooling valvola sicurezza 273 (fornitura e

posa in opera)[dato aggiornato al 2013]


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Impianto solar cooling valvola deviatrice

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95/129



96/129


Impianto solar cooling valvola deviatrice 325 (fornitura e


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Impianto solar cooling solare termico e raffreddamento fotovoltaico

La pompa di circolazione sul circuito primario del solare

si attiva quando la radiazione solare luminosa supera i

120 W/m2. Una volta attivata, la pompa si spegne se dopo

un certo lasso di tempo la tempratura in uscita dal

dispositivo solare non supera di un certo T quella in

ingresso. In questo caso, la pompa si ferma e, dopo che

trascorso altro tempo, riparte.98/129


Impianto solar cooling Parabola a concentrazione solare

Caratteristica Grandezza

Potenza di picco [kW] 11,5

Potenza media [kW] 10,5

Efficienza globale 73%

Efficienza sistema ottico 86%

Superficie collettore [m2] 15,9

Fattore di concentrazione solare 254

Diametro collettore [m] 4,5

Altezza palo [m] 2,4

Dimensioni assorbitore [cm x cm] 25,4x25,4

Volume fluido nel ricevitore [lt] 0,550

Massima pressione di esercizio [bar] 1,72

Peso totale [kg] 463

Inseguitore Biassiale

Potenza motori inseguitori [W] 36 99/129



100/129



Fluido: soluzione acqua/glicole 60%/40% (fino a -18C)

Portata fluido: 15-18,9 lt/min

Potenza asportata: 11,5 kW

Q=m*cL*T

m: portata in massa di fluido = 17/60 = 0,28 kg/s

Q = 11,5 kW

CL: calore specifico fluido = 4,186 kJ/kgK

T=11,5/(0,28*4,1869)=9,8C

Temperatura massima ammessa per il fludo: 93C

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Il solare termico tradizionale: pannelli piani vetrati

I pannelli piani vetrati sono costituiti da una piastra metallica posta allinterno di

un involucro isolato termicamente, ricoperto anteriormente da una superficie

vetrata. La radiazione solare attraversa la superficie vetrata ed assorbita dalla

piastra metallica che si riscalda. Il vetro utilizzato perch impedisce alla

radiazione riflessa dalla piastra di essere dispersa nellambiente, realizzando

quello che viene definito effetto serra. Sul retro della piastra metallica sono

saldati i tubi in cui circola il liquido che trasferisce il calore dal pannello al

serbatoio di accumulo.

Questi pannelli hanno un buon rapporto

costi/benefici e un buon rendimento

termico in applicazioni in cui le temperature

richieste non sono molto elevate, ad

esempio per la produzione di acqua calda

sanitaria, per il riscaldamento degli

ambienti con elementi radianti a pavimento

o per il riscaldamento delle piscine.

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Il solare termico tradizionale: pannelli sottovuoto

I pannelli sottovuoto sono caratterizzati da condotti di vetro posti sottovuoto, al

cui interno sono posizionate le tubazioni che, assorbendo la radiazione solare,

riscaldano il liquido in circolazione. I pannelli sottovuoto sono di pi complessa

e costosa realizzazione rispetto ai pannelli piani. Allo stesso tempo per hanno

un elevato rendimento grazie alle basse dispersioni di energia ottenute con

limpiego dei condotti sottovuoto. Il loro impiego si presta particolarmente per

localit a bassa insolazione oppure per applicazioni in cui si richiedono elevate

temperature (come, per esempio, il riscaldamento attraverso radiatori o la

produzione di vapore).

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Limpianto solare termico tradizionale: confronto tra tecnologie

Pannello Efficienza ottica 0 Perdita termica a1 Perdita termica a2Ferroli VMF2.0 76,8% 3,570 W/m2K 0,016 W/m2K2

Sonnenkraft GK5-HP 81,0% 2,860 W/m2K 0,020 W/m2K2

Kloben-Sky Pro CPC 58 71,9% 1,063 W/m2K 0,005 W/m2K2

- lefficienza ottica (0) rappresenta il massimo

rendimento di un collettore (nella situazione

ideale, cio, di perdite termiche pari a zero);

- i due parametri di perdita termica (a1 e a2)

misurano quanto lefficienza del collettore sia

sensibile alle condizioni operative (ad esempio,

pi questi coefficienti sono bassi e meno

diminuisce l'efficienza quando aumenta la

differenza di temperatura tra il fluido caldo nel

collettore e l'ambiente esterno);

- k: fattore che tiene conto dellangolo di

incidenza reale della radiazione solare.

Tm*=(Tm-Ta)/G

Tm: temperatura media fluido (ingresso-uscita)

Ta: temperatura ambiente

G: radiazione solare

Tipologia Costo [/m2]

Ferroli VMF2.0 370

Sonnenkraft GK5-HP 407

Kloben-Sky Pro CPC 58 675

= 0 1 2 (

)2

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Viessmann Vitisol 300-T

(tubi sottovuoto)

Heliodyne GOBI 406

(pannelli piano)

La curva di prestazione esprime lefficienza istantanea del dispositivo

solare termico in funzione della differenza di temperatura media del

dispositivo e temperatura ambiente. Il SolarBeam, cos come i pannelli a

tubi sottovuoto, conserva elevate efficienze allinterno dellintero range di

temperature, mentre i pannelli piani danno basse efficienze quando sono

richieste alte temperature rispetto alla T ambiente. Daltro canto, a parit di

delta T, il SolarBeam presenta comunque efficienze maggiori. 105/129



32.500

(fornitura, posa in

opera e allacci)[dato aggiornato al 2013]

Tipologia Costo [/m2]

Ferroli VMF2.0 370

Sonnenkraft GK5-HP 407

Kloben-Sky Pro CPC 58 675

Solar Beam 2,044

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Sviluppo futuro: integrazione con tecnologia fotovoltaica

Cella a tripla giunzione con efficienza di conversione elettrica del 31%; la

produzione di energia elettrica riduce di circa il 30% la produzione di energia

termica.

Potenza elettrica (stimata): 3,5 kWelPotenza termica (stimata): 7 kWth

107/129


Impianto solar cooling accumulo freddo

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109/129


Capacit: 500 litri

1.385


e allacci)[dato aggiornato al 2013]


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Impianto solar cooling condizionatore/pompa di calore

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Impianto solar cooling condizionatore

Potenza resa totale kW 32,00

Potenza assorbita kW 10,20

E.E.R. W/W 3,14

E.S.E.E.R. W/W 4,11

Potenza assorbita dalla pompa kW 1,30

Potenza assorbita totale kW 11,50

Temperatura dell'aria in ingresso a bulbo secco C 35,00

Temperatura dell'acqua in ingresso C 12,00

Salto termico dell'acqua C 5,00

Temperatura dell'acqua in uscita C 7,00

Glicole etilenico % 0

Portata acqua l/s 1,5289

Prevalenza utile kPa 187,56

Raffrescamento

EER (Energy Efficiency Ratio)

ESEER (European Seasonal EER)

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Impianto solar cooling pompa di calore

Riscaldamento

Potenza termica resa kW 22,35

Potenza assorbita kW 11,26

C.O.P. W/W 1,98

Potenza assorbita dalla pompa kW 1,30

Potenza assorbita totale kW 12,56

Temperatura dell'aria esterna a bulbo secco C -5,00

Temperatura dell'acqua in ingresso C 45,00

Salto termico dell'acqua C 5,00

Temperatura dell'acqua in uscita C 50,00

Glicole etilenico % 0

Portata acqua l/s 1,0678

Prevalenza utile kPa 215,01

La pompa di calore risulta

sovradimensionata per la fase

di raffrescamento, mentre

ben dimensionata per la fase

di riscaldamento (verificata in

condizioni critiche, ovvero T

ambiente pari a -5C!).

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Impianto solar cooling valvola a tre vie

114/129



115/129



116/129



380

(fornitura e


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Impianto solar cooling termostato ambiente

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Impianto solar cooling termostato ambiente

Termostato ambiente con contatto in commutazione

10 (2,5) A - 230 V - 50 Hz.

20


119/129


Impianto solar cooling termostato

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Impianto solar cooling termostato

Termostato ad immersione, regolabile.

Campo di lavoro: 090C.

Con guaina attacco 1/2".

Omologato INAIL (D.M. 1. 12. 1975).

Grado di protezione: IP 40.

35


121/129




Agenda




122/129


Il fotovoltaico ibrido

Il concetto di fotovoltaico ibrido (o cogenerativo) entrato sul mercato a

partire dal 2007, anche se diversi prototipi erano stati testati in precedenza ma

non erano mai arrivato sul mercato a causa dellalto costo dei pannelli

fotovoltaici.

Lidea alla base del pannello fotovoltaico ibrido piuttosto semplice: quando

la radiazione solare pi intensa (e quindi maggiore la possibilit di

convertire energia solare in energia elettrica) solitamente la temperatura del

pannello fotovoltaico cresce, allontanandosi dalla condizione standard (STC,

ovvero 1000 W/m2 di irraggiamento e temperatura delle celle fotovoltaiche a

25C). Nelle condizioni pi critiche, ovvero quando lelevato irraggiamento si

accompagna ad una elevata temperatura ambiente, la capacit del pannello

fotovoltaico di disperdere il calore verso laria ambiente diminuisce, e le celle si

ritrovano cos a lavorare a temperature prossime ai 70C.

123/129



Panel size aperture (mm) 1570x920

Wp per module @STC (W) 250

PV module efficiency (%) 15.35

NOCT (C) 44

Power loss coefficient (%/C) -0.44

Ipotesi: temperatura del pannello = 70C

Differenza T tra condizione standard e reale = 70 25 = 45C

Perdita di potenza: - 0.44 x 45 = -19.8% (il pannello produce 200 W!)

Nomenclatura:

STC (Standard Test Condition)

NOCT (Nominal Operating Cell Temperature)

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NOCT (Nominal Operating Cell Temperature). Rappresenta la temperatura

di funzionamento a cui si porta la cella nel caso di:

Temperatura dellaria: 20 C;

Irraggiamento: 800 W/m2;

Velocit del vento: 1 m/s;

Assenza di convezione termica sulla superficie inferiore



Raffreddando il pannello posso quindi incrementare lefficienza di conversione

elettrica dello stesso. Ma quale utilizzo pensabile per lenergia termica

recuperata?

Posso pensare a due approcci: massimizzare la resa termica (quindi alta

temperatura) senza incrementare troppo il rendimento elettrico del pannello,

oppure massimizzare la resa elettrica, producendo acqua calda attorno a 20-

30C. In questo secondo caso, quale impiego possibile?

125/129



Panel size aperture (mm) 1570x920

Wp per module @STC (W) 250

PV module efficiency (%) 15.35

NOCT (C) 44

Power loss coefficient (%/C) -0.44

Stagnation temperature (C) 83

Max cooling fluid flowrate (l/min) 2

Thermal efficiency - aperture area (%) 53.8

a1 coefficient (W/m2K) 15.529

a2 coefficient (W/m2K2) 0.010

Time constant C (s) 147

Thermal capacity K (kJ/K) 31.4

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Stagnation temperature: la temperatura a cui si porta il pannello solare in caso di assenza di circolazione di fluido termovettore nel

caso di irraggiamento pari a 1000 W/m2 e temperatura esterna pari a 30 C (UNI EN 12975:2006)

La costante di tempo C, il tempo necessario affinch il fluido raggiunga un valore pari al 63,2% di quello che raggiungerebbe a

seguito di una variazione della radiazione incidente (ISO 9806:2018).


Il fotovoltaico ibrido integrato con pompa di calore geotermica reversibile

01. Pompa di calore reversibile.

02. Scambiatore di calore.

04. Accumulo caldo/freddo per climatizzazione.

05. Bollitore acqua calda sanitaria.

10. Valvola miscelatrice tre vie.

11. Valvola manuale.

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Manual valves: close

in summertime, open

in wintertime.

3-ways

mixing valve.

Tin = min -10C max 20C (winter)

Tin = min 20C max 45C (summer)



Modular plate heat exchanger anodised

aluminium with procteive coating in PVC.

Installed at 5 meters depth.

Plate size (mm): 1.500x750.

Plate weight (kg): 6.5.

Max fluid waterflow per plate (l/h): 300.

E-Cube Pressure drop

128/129



PVT modules, pipeline, support 16.4%

Ground heat exchangers 21.8%

Inverter 5.1%

Others (heat pump, tanks, pumps, instrumentation, electric panel, ) 56.7%

Total cost 100%

Building: New private house (energy A+ class)

# of PVT modules: 16

PV technology: Polycrystalline

Installed collectors area: 26.08 m2 (gross)

Power output @STC: 4.0 kWp

Working fluid: Water-glycol mixture (30%)

Application: Integration with ground source heat pump

Heat pump data: R410A (refrigerant)

4.1 kW (electric nominal power input)

Reversible and inverter driven

Heating/cooling system: Underfloor heating/cooling

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Modulo 2. Impianti per la produzione di energia termica ... · Impianto frigorifero ad assorbimento...

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