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Come funziona il solar cooling o raffrescamento solare

Il solar cooling e' un metodo di raffrescamento che utilizza il calore del sole attraverso opportune pompe di calore

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Il solar cooling (o raffrescamento solare) rende possibile l’utilizzo dei dispositivi di climatizzazione per ridurre al minimo il fabbisogno di energia elettrica, soddisfatto comunque dalla produzione in situ con pannelli fotovoltaici, e di valorizzare l’aspetto tecnologico della produzione di acqua calda sanitaria e di raffrescamento.

 

 

La tecnologia solar cooling

Le pompe di calore utilizzate per il solar cooling sono dette “ad assorbimento” e sfruttano la naturale igroscopicità di alcuni sali quali bromuro di litio, ottenuto dal sale marino, oppure ammoniaca e acqua, per generare un ciclo frigorifero continuamente rigenerato dal calore solare.

La bellezza di questa tecnologia è legata al fatto che la sorgente primaria di energia necessaria per il raffrescamento è calore a temperature che possono essere raggiunte dai collettori solari termici (70-90 °C), specialmente i collettori sotto vuoto. L’energia elettrica necessaria al funzionamento del sistema è quasi trascurabile in quanto è necessaria soltanto per alimentare circuiti ausiliari della pompa di calore ad assorbimento. Il calore refluo di processo che deve essere smaltito può essere utilizzato per produrre acqua calda sanitaria.

Il grande vantaggio del raffrescamento solare risiede nella contemporaneità di irraggiamento solare e fabbisogno di refrigerazione. L’energia prodotta viene direttamente sfruttata perché questa contemporaneità è sia stagionale che giornaliera (soprattutto nelle strutture con ampie vetrate). Le alte temperature estive registrate in Italia e in tutto il Sud Europa contribuiscono al raggiungimento di picchi elevati a livello di domanda energetica a causa degli assorbimenti elettrici per il funzionamento dei condizionatori e sono causa di black-out sempre più frequenti.

Se qualsiasi sistema di condizionamento estivo fosse di tipo solar cooling, non esisterebbe nemmeno il problema del picco estivo dei consumi, in quanto l’energia per raffrescare gli ambienti verrebbe direttamente dai collettori solari di ogni impianto, singolo o centralizzato che sia. La tecnologia solar cooling purtroppo registra ancora livelli di penetrazione sul mercato piuttosto scarsi ed è poco, o nulla, noto agli utenti finali, ai progettisti e agli installatori. La causa di questa scarsa diffusione sono alcune barriere non tecnologiche, legate soprattutto alla scarsa conoscenza della tecnologia e al basso numero di applicazioni e di conseguente esperienza impiantistica.

 

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Per ogni kW frigorifero sono necessari, indicativamente, circa 3 metri quadri di pannelli solari ad alta efficienza, quindi con tecnologia sottovuoto. Di conseguenza, nell’ipotesi di voler raffrescare un casa da 180 metri quadri, con isolamento medio, ipotizzando bastino 10 kW frigoriferi, sono necessari circa 30 metri quadri di collettori. Alcuni produttori riescono a realizzare pompe di calore ad assorbimento anche di taglie di potenza piccole, circa 12-15-18 kW.

Le macchine ad assorbimento sono macchine frigorifere che sfruttano la solubilità e l’elevata affinità di due sostanze, di cui una funge da refrigerante e l’altra da assorbente, per realizzare un ciclo in cui l’introduzione di energia avviene prevalentemente sotto forma di calore. Le combinazioni refrigerante/assorbente affermatesi commercialmente sono due:

  • bromuro di litio (LiBr) e acqua (H2O), dove l’acqua opera da refrigerante;
  • ammoniaca (NH3) e acqua (H2O), dove il refrigerante è l’ammoniaca.

 

Dal punto di vista termodinamico il ciclo frigorifero lavora con tre sorgenti termiche:

  • la sorgente fredda si trova alla temperatura più bassa ed è costituita dall’ambiente da raffreddare;
  • il pozzo caldo, nel quale viene scaricato il calore, è l’ambiente esterno e si trova a temperatura intermedia;
  • attraverso la sorgente a più alta temperatura viene introdotto il calore in ingresso al ciclo (fiamma da caldaia, fluido termovettore caldo da solare termico).

La parte a bassa pressione della macchina è costituita dall’evaporatore e dall’assorbitore, separati termicamente ma posti in comunicazione tra loro. Nell’evaporatore si trova una soluzione ricca di refrigerante, che evapora asportando calore alla sorgente fredda (l’effetto utile se si tratta di un impianto frigorifero); il refrigerante evaporato viene assorbito dalla soluzione ricca di sostanza assorbente presente nell’assorbitore, in quanto il refrigerante in soluzione ha una tensione superficiale minore della pressione nell’evaporatore: è resa così possibile l’evaporazione di un’ulteriore quantità di refrigerante, senza che aumenti la pressione nell’evaporatore, che inibirebbe l’assorbimento di ulteriore refrigerante gassoso. Occorre contrastare la progressiva diluizione della soluzione da parte del refrigerante, asportando con una pompa la miscela ottenuta nell’assorbitore e trattandola in maniera opportuna. Il compito della pompa, oltre a vincere le perdite di carico nel circuito, è quello di innalzare la pressione del fluido fino al valore massimo del ciclo, inviandolo a un componente denominato generatore (o desorbitore). Nel generatore viene fornito calore al livello termico opportuno in modo da far evaporare il refrigerante presente nella soluzione.

 

Circuito solar cooling integrato da caldaia tradizionale
 

 

 

Principio di funzionamento di macchina ad assorbimento

 
 

 

 

 

 

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