Questa quantità di energia - purtroppo - non copre sufficientemente il fabbisogno di calore anche di una casa molto efficiente dal punto di vista energetico, e finora non siamo in grado di accumulare una riserva energetica adeguata per l'inverno in modo economicamente sostenibile in estate.
Tuttavia, possiamo utilizzare con successo l'energia del sole per riscaldare l'acqua, anche se qui non faremo a meno di un accumulatore di calore. Non è sempre incline a brillare quando vogliamo solo un bagno.
Il problema dell'acqua calda in eccesso
A quanto pare, la testa non fa male alla nostra testa, dopotutto vogliamo quanta più acqua calda possibile gratuitamente e non pensiamo al fatto che il suo eccesso possa crearci problemi.
Nel frattempo, l'ottimizzazione di un impianto solare purtroppo non è un compito semplice. Innanzitutto perché i mesi con più sole, cioè dalla fine di giugno all'inizio di settembre, sono festivi. Quindi il numero di abitanti della nostra casa modello scende da quattro a due, o forse addirittura a zero.
A causa della mancanza di consumo di acqua calda, l'abbondanza di luce solare si trasforma in uno svantaggio e richiede che l'installazione sia protetta dal surriscaldamento. Certo, questo problema può essere risolto, anche se purtroppo a volte a un costo considerevole.
Può essere un sistema in cui il glicole viene espulso dal sistema di collettori da vapori di fluido surriscaldato, o l'uso di collettori sottovuoto con tubi di calore, o infine l'investimento più economico: l'uso dell'automazione che versa l'acqua calda in eccesso nel sistema fognario.
Quest'ultimo metodo è purtroppo il più costoso in termini di funzionamento, perché sia l'acqua pulita che lo scarico delle acque reflue costano sempre di più. Ignoriamo l'aspetto etico di una tale soluzione: versare acqua potabile calda nel sistema fognario.
La soluzione al problema del calore in eccesso prodotto dall'impianto solare in estate, spesso proposto dagli installatori, è il riscaldamento dell'acqua della piscina (se, ovviamente, ce l'abbiamo solo, cosa non comune al momento).
A prima vista, questa è una buona soluzione, ma perché riscaldare l'acqua in una piscina dove nessuno fa il bagno.
Come puoi vedere dalle considerazioni precedenti, la corretta selezione dei collezionisti non è cosa facile, e quindi vale la pena prestarci una certa attenzione.
Collettori ottimali
Se usassimo i dati climatici sull'insolazione, ad esempio in Mazovia, risulterebbe che la maggior parte dell'energia solare durante l'anno cade su un piano inclinato a sud con un angolo di 30 °. Tuttavia, la scelta di una tale inclinazione collezionista sarebbe un errore. In questa posizione danno più calore durante i mesi di vacanza, quando ne abbiamo meno bisogno.
L'inclinazione del collettore con un angolo di 60 ° è molto più vantaggiosa. Dà più energia in autunno, inverno e primavera. Se l'area dei collettori inclinati di un angolo di 60 ° fosse selezionata per coprire il 100% della domanda di calore per il riscaldamento dell'acqua ad aprile, copriremmo in media l'85% di questa domanda a marzo e settembre, il 57% a febbraio e ottobre e nei tre mesi più freddi e più bui dell'anno. - fino al 27%.
Certo, rimane il problema, cosa fare con la mancanza di acqua calda durante le vacanze, ma è inferiore rispetto a angoli di inclinazione del collettore più piccoli.
Il collettore con inclinazione di 60 ° copre ben il 70% del fabbisogno annuo di acqua calda. Il raggiungimento di tale risultato è possibile a condizione che vengano utilizzati collettori sottovuoto con tubi di calore. Tuttavia, tali collettori sono molto più costosi dei collettori piatti.
Tuttavia, se si tiene conto che nell'intero impianto solare il costo del collettore è solo il 30% della spesa totale, anche il suo doppio prezzo aumenta i costi di installazione solo del 25%. Tenendo conto dell'aumento del 25-30% dell'efficienza del sistema nel periodo da ottobre a marzo (una media del 15% all'anno) e della durata di 20 anni del collettore, i costi di capitale per il riscaldamento dell'acqua calda saranno simili a quelli dei collettori piani.
Allo stesso tempo, questi collettori risolvono i problemi di surriscaldamento dell'acqua. Quando si scelgono i collettori sottovuoto, tuttavia, si dovrebbe tener conto dell'alto rischio della loro bassa qualità. Senza garanzie affidabili, il loro utilizzo potrebbe esporci a perdite.
Collettori per il riscaldamento della casa
I collettori solari, previa opportuna modifica dell'impianto, possono supportare anche il riscaldamento dell'edificio. Tuttavia, l'uso di collettori solari per tale scopo non è ancora economicamente ragionevole, ma molte persone considerano questa soluzione come una sorta di sicurezza per il futuro. Rendendosi conto che l'energia sarà più costosa, sperano che l'uso di collettori solari ridurrà il suo consumo.
Tuttavia, per il momento nella nostra parte d'Europa, non esistono installazioni efficienti ed economicamente razionali con collettori solari che riscalderebbero la casa per tutta la stagione del riscaldamento. La barriera principale è che quando fuori fa più freddo e abbiamo più bisogno di riscaldamento, la quantità di energia solare che possiamo usare è molto piccola.
Accade spesso che l'installazione non funzioni per 2-3 mesi all'anno, indipendentemente dal tipo di collettori utilizzati. La soluzione a questo problema sarebbe immagazzinare l'energia prodotta in estate e in autunno per utilizzarla durante la stagione di riscaldamento. Ciò richiederebbe l'uso di enormi serbatoi tampone pieni d'acqua, la cui capacità sarebbe leggermente inferiore a quella dell'intera casa. Si tratta quindi di una soluzione costosa, caratterizzata da una bassa efficienza e dall'impossibilità di "costruire" la cisterna all'interno dell'abitazione.
Sono in corso da anni i lavori per la produzione di serbatoi dimensionalmente accettabili riempiti con un materiale diverso dall'acqua, la cui capacità termica sarebbe paragonabile a quella di un enorme serbatoio d'acqua. Per ora non si tratta di utilizzare collettori solari per preparare l'acqua calda o riscaldare la casa, ma solo per supportare questi processi.
Progettare un impianto solare
Per supportare la preparazione dell'acqua calda, l'impianto è selezionato in modo tale da coprire circa il 50-60% del fabbisogno energetico annuale a tale scopo. Con un'installazione mista che supporta la preparazione dell'acqua calda e il riscaldamento domestico, rappresenterebbe circa il 20-25% del fabbisogno annuale. A volte ci sono installazioni in cui l'investitore mira ad aumentare ulteriormente la copertura del fabbisogno energetico annuale da parte dei collettori solari. Tuttavia, l'aumento del numero di collettori provoca solo un leggero aumento della quantità di energia ottenuta nella stagione del riscaldamento e, allo stesso tempo, un grande eccesso di energia nel periodo estivo. Ciò è vantaggioso solo negli impianti in cui il calore estivo in eccesso viene utilizzato per riscaldare la piscina.
Costruzione di collettori per supportare il riscaldamento dell'acqua calda
I collettori solari sfruttano l'effetto serra e le proprietà del vetro. I corpi ad alta temperatura (incluso il sole) irradiano calore utilizzando onde corte. E poiché il vetro trasmette molto bene la radiazione a onde corte (vetro in collettori di alta qualità - 91-96%) e molto poco - la radiazione a onde lunghe, l'energia termica del sole raggiunge facilmente l'interno del collettore, provocando il riscaldamento della lastra assorbente. L'assorbitore trasferisce il calore alla soluzione di acqua glicolata. Il modo in cui il collettore riceve il calore dipende dal suo tipo. Esistono due gruppi di collettori sul mercato: piatto ea tubo a vuoto.
Collettori piani - sono realizzati in lamiera rivestita con un materiale che assorbe bene la radiazione solare, a cui sono fissati tubi riempiti con una soluzione di acqua glicolata. Il foglio assorbitore è posto in una scatola di alluminio o plastica. Nella parte inferiore, tra l'involucro e l'assorbitore, è presente uno strato di isolamento termico, generalmente lana minerale. Nella parte superiore, il collettore è coperto da un vetro protettivo.
I vantaggi del collettore piano sono il prezzo più basso, la facilità di installazione e l'elevata efficienza estiva (questo perché il collettore piano ha uno strato di lastre che trattiene solo una parte della radiazione solare).
Lo svantaggio è una minore efficienza in inverno, quando la temperatura esterna è bassa e le perdite di calore dal collettore sono di grande importanza (un grande involucro in alluminio e vetro trasferisce efficacemente il calore all'ambiente).
I collettori piani sono generalmente meno efficienti durante l'anno rispetto a quelli a tubo. Tuttavia, questo è vero per il confronto di due collettori con la stessa superficie. Poiché i collettori piani disponibili sul mercato hanno solitamente almeno il doppio della superficie di un tipico collettore a tubi e il prezzo di un tale set è inferiore, l'acquisto di un collettore piano è generalmente più redditizio di un collettore a tubi. Vale la pena considerare l'uso di collettori di tubi quando c'è poco spazio sul tetto.
Collettori a tubi sottovuoto - attualmente ci sono due tipi di questi collettori sul mercato: con flusso diretto e con un tubo di calore.
- Con flusso diretto. Tale collettore è costituito da diversi o una dozzina di tubi di piccolo diametro (8-10 mm), sagomati con la lettera U. Ogni "tubo a U" è posto in una sezione di alluminio, su cui viene fatto scivolare un tubo di vetro costituito da due strati strettamente collegati, tra c'è un vuoto. C'è uno specchio sotto i tubi.
Il vantaggio di questo tipo di collettori è la bassa dispersione termica in inverno e il funzionamento efficace anche con orientamento sfavorevole del tetto. Svantaggi: prezzo elevato, minore efficienza in estate e sensibilità alla mancanza di ricezione del calore a lungo termine.
- Conduttura di riscaldamento. In questo tipo di collettori, all'interno dei tubi di vetro è presente un unico tubo con all'interno un liquido che bolle a bassa temperatura. La radiazione solare riscalda il liquido che evapora dal fondo del tubo e condensa nella parte superiore restituendo il calore al fattore circolante nell'impianto.
I vantaggi e gli svantaggi dei collettori a tubi di calore sono gli stessi di quelli a flusso diretto. Inoltre, possono essere assemblati in più fasi: prima i telai e poi l'installazione dei tubi del collettore. Hanno anche una protezione parziale del glicole contro la temperatura troppo alta. Un ulteriore svantaggio è la bassa qualità di alcuni collezionisti sul mercato.
Vantaggi dell'utilizzo dei collettori
Partiamo dal presupposto che la nostra casa modello sia abitata da 4 persone che utilizzano 35 l di acqua calda al giorno a 55 ° C. Ciò significa il consumo giornaliero di acqua di 140 l, per il quale selezioneremo i collettori e la capacità del serbatoio.
Ipotizzando 1,5 m2 di assorbitore per ogni 50 litri di acqua consumati al giorno, si ottengono 140: 50 × 1,5 = 4,2 m2. Abbiamo adottato due collettori piani con una superficie di 2,33 m2 ciascuno. Per ottenere la giusta efficienza dell'impianto, abbiamo scelto un serbatoio con una capacità di circa 300 lt (due volte più grande del consumo giornaliero di acqua).
Possiamo considerare corretta la selezione, perché sulla base della simulazione abbiamo verificato che coprirà circa il 52,1% del fabbisogno energetico annuo per il riscaldamento dell'acqua.
- Costi di investimento. La maggior parte dei produttori offre set di base con collettori solari, destinati alle case unifamiliari, come pacchetti completi. Il costo del pacchetto è di circa: 8.000-12.000 (differenze significative nel prezzo derivano da un'ampia varietà di tipi e qualità dei componenti).
Considerando l'utilizzo di collettori solari come estensione di un impianto convenzionale con caldaia a condensazione, bisogna detrarre dal costo del pacchetto il costo di un bollitore standard da 150 lt, che verrebbe utilizzato in un impianto con caldaia a condensazione. A seconda del produttore e della tecnologia, dovremmo sottrarre circa 2000-2500, quindi il costo di un pacchetto con collettori solari è 6000-10000 più manodopera (1500-2000). In totale, passerà da 7.500 a 12.000.
Teoricamente, si potrebbe dire che l'uso di un impianto di collettori solari consente di risparmiare circa il 52% dell'energia necessaria per riscaldare l'acqua, cioè nella nostra casa modello - circa 143 m3 di gas. Se moltiplicato per il prezzo del gas (2,3 / m3), potremmo determinare il risparmio annuo di gas. Tuttavia, questo metodo è molto soggetto a errori.
Sulla base dei risultati delle parti precedenti del ciclo, possiamo fare calcoli più accurati analizzando il costo totale del riscaldamento della casa e preparando l'acqua calda per ogni variante della casa. Nella tabella è presentato un confronto tra i costi di esercizio della caldaia a condensazione stessa e della caldaia che collabora con i collettori.
L'utilizzo di collettori solari è sicuramente vantaggioso. Con i prezzi attuali e la politica tariffaria, tuttavia, non è sempre una soluzione redditizia.
Costo dell'acqua calda dai collettori
Ipotizzando il consumo di acqua calda pro capite di 35 l / giorno, nella nostra casa abbiamo bisogno di circa 2665 kWh di energia per riscaldarla ogni anno. Supponendo di utilizzare la fonte più costosa, cioè l'elettricità (0,52 per 1 kWh), è:
2665 kWh / anno × 0,52 (PLN / kWh) = 1386 (PLN / anno).
Da questo importo possiamo risparmiare il 52% nelle installazioni con collettori piani, ovvero 1386 × 0,52 = 721.
Sottraendo a questo importo i costi dell'energia elettrica per azionare le pompe di circolazione dell'impianto solare (circa 50 / anno) e le spese di manutenzione annuale dell'impianto di 80 / anno, abbiamo 591 risparmi annuali. Infatti questi benefici saranno ancora minori, perché la dispersione termica sul serbatoio stesso, a seconda della qualità dell'isolamento, va dai 30 ai 60 kWh al mese, il che farà aumentare il costo del riscaldamento dell'acqua nei mesi invernali (in estate abbiamo comunque un surplus di energia solare gratuita).
Il costo di un impianto solare è in media 10.000, incluso un sussidio netto del 20% dal Fondo nazionale per la protezione ambientale (il sussidio lordo è del 45% delle spese, su cui paghiamo l'imposta sul reddito e le spese bancarie). Questo importo, depositato in un deposito bancario del 5,5%, ci dà 546 interessi, che è quasi uguale al risparmio, senza alcun rischio tecnico (possibili costi di fallimento).
Otteniamo un risultato altrettanto sfavorevole analizzando il tempo di recupero dell'investimento di 10.000: 546 / anno = 18,3 anni. Puoi vedere che i costi si ripagano in un periodo vicino alla durata dell'installazione.
Anche il costo di 1 kWh di calore dal collettore è paragonabile al costo dell'elettricità: (10.000 + 20 anni × (50 / anno + 80 / anno)) :: (20 anni x 2.500 kWh / anno × 0,52 / kWh) = 0,48 / kWh.
Se prendiamo in considerazione il rischio di guasto nel periodo di 20 anni di funzionamento, questo costo sarà probabilmente ancora più alto.
Risparmio idrico Esistono
altri modi per ridurre il consumo di energia per il riscaldamento dell'acqua. È la riduzione del consumo di acqua grazie all'investimento in raccordi a risparmio energetico. Qui un investimento di 2.000 (per rubinetteria lavabo touchless, doccia a risparmio idrico e aeratori ad alta efficienza) consente di ridurre il consumo di acqua calda almeno del 60%. Risparmiamo così ogni anno sull'energia: 2655 kWh × 0,6 × 0,52 / kWh = 828, ma anche sui costi di acqua e scarichi fognari (circa 700). Questo dà un tempo di recupero sensazionale di 2000: 1528 = 1,3 anni.
A proposito, anche qui osserviamo l'interferenza statale, impedendo la diffusione di soluzioni che razionalizzano il consumo di energia. Il regolamento sulla certificazione energetica degli edifici è stato redatto in modo tale che l'installazione di raccordi a risparmio idrico, contrariamente ai fatti, non migliora gli indicatori energetici.
Tutto ciò porta alla conclusione che finora la decisione di installare i collettori solari in casa è più dovuta ad attività di marketing che a ragioni economiche.
Costo dell'installazione solare e sussidi
Gli alti costi dei collettori solari sul mercato polacco sono in gran parte generati dalla politica di sostegno a questi investimenti da parte del Fondo nazionale. I primissimi sistemi che supportano il finanziamento di impianti solari per destinatari collettivi hanno determinato un radicale aumento dei prezzi dei collettori.
Deriva direttamente dal metodo di finanziamento dell'investimento. Il Fondo nazionale finanzia una certa percentuale della spesa. Il risultato è che se vogliamo ottenere la sovvenzione più grande, dobbiamo aumentare i costi. Un tentativo inefficace di ridurre tale effetto è l'introduzione da parte del Fondo Nazionale di Protezione Ambientale del limite di costo dell'impianto a quota 2500 / m2 del collettore. Ciò ha portato a prezzi a un livello che in Europa sono raggiunti dai collettori ibridi PV-T che producono elettricità e calore. Teoricamente, è possibile una politica alternativa per supportare l'installazione di collettori solari. Basterebbe impostare un livello di appoggio costante, ad esempio a livello di 1000 / m2 di collettore, ovviamente con requisiti di alta qualità ed efficienza.
Quindi, l'ottimizzazione del sussidio, dal punto di vista del cliente, consisterebbe nel trovare l'offerta più economica che soddisfi i requisiti di qualità, ovvero minimizzare il proprio contributo.
Dal momento che oggi, a parte il sistema di supporto NFEP, è possibile trovare sul mercato un'installazione dignitosa per una famiglia di 4 persone per 6.000 (4m2), con un sussidio di 4.000, che è inferiore a quello attuale, il costo per l'investitore sarebbe solo 2.000. Quindi, il prezzo di 1kWh il calore per riscaldare l'acqua scenderebbe a 0,18 / kWh e tutti i tetti sarebbero coperti da collettori solari. Forse la paura di un simile scenario è la ragione per cui la politica di sussidi è diversa. Ciò comporterebbe una significativa riduzione della richiesta di calore.
Se si ha paura del surriscaldamento dei collettori?
Molte persone hanno paura di lasciare l'impianto incustodito in estate, quando i membri della famiglia vanno in vacanza. In pratica, un'installazione eseguita a regola d'arte non rappresenta una minaccia per l'utente e ancor meno per l'edificio. E 'dotato di valvola di sicurezza, dalla quale è possibile risolvere il problema della possibile fuoriuscita di glicole sostituendo un ulteriore contenitore. Inoltre, nel sistema è presente un vaso di espansione che compensa le fluttuazioni di pressione legate al riscaldamento e raffreddamento ciclico del sistema. In un'installazione correttamente realizzata e manutenuta, il vaso di espansione impedisce praticamente l'apertura della valvola di sicurezza.
Un pericolo maggiore nell'installazione è il rischio di distruzione del mezzo di riscaldamento, cioè una soluzione acquosa di glicole propilenico, nel caso di una mancanza di ricezione del calore a lungo termine nell'installazione e la temperatura rimane al di sopra di 140-150oC. Quasi tutti i collettori a lastra piana possono raggiungere questa temperatura. I collettori tubolari sono in grado di raggiungere anche i 220-270oC. In tali condizioni il mezzo si stratifica e compaiono i depositi difficilmente rimovibili dall'impianto. A volte capita che l'impianto con i collettori solari riempiti durante la fase di costruzione di una casa non possa essere messo in funzione dopo diversi mesi di non utilizzo. I fanghi generati nell'impianto vanno ai filtri,separatore d'aria o pompa di circolazione e blocca efficacemente il flusso. Per questo motivo è importante coprire i collettori in fase di installazione e non riempirli fino al momento dell'utilizzo. Le regole di installazione del collettore devono essere sempre consultate con il produttore.
Durante il funzionamento dell'installazione, vengono utilizzati vari metodi per proteggere il supporto dal surriscaldamento. Ad esempio, alcuni controller hanno una funzione di raffreddamento notturno per l'installazione. Un'altra soluzione è quella di utilizzare valvole termostatiche che, dopo aver superato un certo livello di temperatura, scaricano parte dell'acqua calda dal serbatoio alla rete fognaria, alimentandola con acqua fredda. Entrambi questi metodi non sono ideali a causa del consumo aggiuntivo di energia e acqua non necessario. Per questo motivo, sono stati cercati altri metodi per garantire il fattore.
Con i collettori a tubi è possibile utilizzare un serbatoio di grande capacità (oltre 80 l per 1 m2 di assorbitore del collettore), che raggiunge un'elevata temperatura solo dopo diversi giorni di intenso riscaldamento. Un altro metodo è l'uso di collettori a tubi di calore, in cui, in assenza di ricezione di calore nell'impianto, la salamoia evapora, che non cede calore alla soluzione di acqua glicolata.
Nei collettori piani, l'efficace protezione del mezzo risulta essere l'uso di un assorbitore tortuoso.
Una soluzione vantaggiosa sono anche i sistemi di drenaggio o sistemi con ritorno per gravità del fluido, in cui i collettori rimangono vuoti durante la mancanza di ricezione del calore.
