Le ultime innovazioni tecnologiche possono rivoluzionare l'impiego e le strategie di progetto - Intervento di Mauro Braga, Viessmann, al Convegno del 15 marzo 2016

1. Solare Termico
Le ultime innovazioni tecnologiche possono
rivoluzionare l‘impiego e le strategie di progetto
Milano, 15 marzo 2016
Mauro Braga
Accademia Viessmann

2. Dispositivo
2010 2015 2020 2025
Smart grid
2016 2017
Smart city
Performance ottimale, analisi di 1° principio: η - COP
Performance di sistema ottimale: analisi di 2° principio: PES
Generazione combinata, Sistema ibrido, Accumuli, Rinnovabili
FOCUS
Generazione tradizionale ?
Elettrificazione del parco auto
V2G
Interconnettività delle tecnologie
Interconnettività dei sistemi
Monitoraggio e controllo
Internet of Things
Big data
Logiche predictive
TECNOLOGIA
DL 4 Ago
2011
DL 5 Sett
2011
EU 27/2012
DL 28
Dic 2012
DL 28 Dic
2012
DL 102 Dic
2014
DL 28
Marzo 2011
Quote RES al 50%
DL 6 e 7
Luglio 2012
SEU
Quote RES al 35 %
ONERI DI SITEMA…?
INDUSTRIALE
NORMATIVADIGITAL
CRITERIA
Time line
RESIDENZIALE
NUOVO CONTO TERMICO
Detrazioni IRPEF 65%/50% Detrazioni IRPEF…?
DL 28
Marzo
2011
DL 26
Gen
2010
Sistema
Protocollo IPMVP
EVOLUZIONE MECCANISMO TEE
MCE–Convegno2016
24.03.2016

3. Dispositivo
2010 2015 2020 2025
Smart grid
2016 2017
Smart city
Performance ottimale, analisi di 1° principio: η - COP
Performance di sistema ottimale: analisi di 2° principio: PES
Generazione combinata, Sistema ibrido, Accumuli, Rinnovabili
FOCUS
Generazione tradizionale ?
Elettrificazione del parco auto
V2G
Interconnettività delle tecnologie
Interconnettività dei sistemi
Monitoraggio e controllo
Internet of Things
Big data
Logiche predictive
TECNOLOGIA
DL 4 Ago
2011
DL 5 Sett
2011
EU 27/2012
DL 28
Dic 2012
DL 28 Dic
2012
DL 102 Dic
2014
DL 28
Marzo 2011
Quote RES al 50%
DL 6 e 7
Luglio 2012
SEU
Quote RES al 35 %
ONERI DI SITEMA…?
INDUSTRIALE
NORMATIVADIGITAL
CRITERIA
Time line
RESIDENZIALE
NUOVO CONTO TERMICO
Detrazioni IRPEF 65%/50% Detrazioni IRPEF…?
DL 28
Marzo
2011
DL 26
Gen
2010
Sistema
Protocollo IPMVP
EVOLUZIONE MECCANISMO TEE
MCE–Convegno2016
24.03.2016

4. Solare termico attuale
Vantaggi Criticità
Tecnologia disponibile
- Acqua di impianto come vettore
- Evita formazione vapore
- Acqua di impianto come vettore
- Idronica semplificata e unico
scambiatore
- Evita formazione vapore
- Fluido vettore con funzione
anticorrosiva e antigelo
- Nessun dispositivo meccanico
- Attenta posa tubazioni
- Continuo apporto ossigeno
- Evaporazione fluido vettore
- Consumo elettrico maggiore
- Superfici captanti limitate
- Ostruzione passaggi collettori
- Riscaldamento nel periodo freddo
- Nessuna garanzia contro il gelo
in caso di anomalia
- Nessuna protezione anticorrosiva
- Costo elevato
- Necessaria inclinazione minima
Drain-back
Sistema Aqua
Heat-pipe Thermostop
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5. Solare termico attuale
Attuale tecnologia
Basso indice di copertura fabbisogno
Materiali con notevoli stress termici
Fluido termovettore anticorrosivo e antigelo
Limiti nelle superfici solari esposte
Soprattutto…… cosa cambiare?
Materiali di costruzione
(Guarnizioni-Tubazioni-Assorbitori-Isolamenti?)
Profilo di carico
Abitudini dell’utenza
Accontentarsi o…innovare?
Obiettivo innovazione
Evitare temperature proibitive
Nessun limite allo sfruttamento
degli spazi disponibili
Nessun dispositivo meccanico
o elettronico
Possibilità di soddisfare
copertura energetica RES
Riduzione ingombri accumuli
Massimizzazione incentivo
economico
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6. Innovazione
Proprietà del diossido di Vanadio
Modifica della struttura cristallina del diossido di Vanadio
struttura molecolare a freddo
l‘irraggiamento solare viene captato
dall‘assorbitore e ceduto all‘impianto
attraverso il glicole
aumentando la temperatura si modifica la struttura
molecolare e il calore assorbito viene ceduto
all‘ambiente
ad una temperatura di ca.145°C l‘energia assorbita è
pari all‘energia ceduta
La superficie captante rivestita di diossido di vanadio (VO2) blocca la radiazione infrarossa
(ma non la luce visibile) ad elevate temperature.
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7. Innovazione
La nuova superficie selettiva Thermochrome modifica le proprie
caratteristiche ottiche in funzione della temperatura(modifica la
propria struttura cristallina)
Il rendimento ottico (Assorbimento α) rimane inalterato (> 94%)
La riflessione (Emissione ε) si adatta automaticamente
all‘impianto.
Assorbimento e Riflessione: nuova superficie Thermochrome
T (°C)
ε (%)
5
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24.03.2016
Al
CrN/CrON
SiO2
VO2/V4O9/Al2O3 (Patent)
Diossido di Vanadio come elemento principale
blocca la radiazione infrarossa ad elevate
temperature)
SiO2
Superficie captante standard Superficie Thermochrome

8. ThermProtect
Principio Thermochrome
Nuovo rivestimento
termocromatico
Riduce la temperatura di stagnazione
Evita la formazione di vapore
Innovazione
ThermProtect: Nuovo collettore solare con rivestimento selettivo brevettato
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24.03.2016

9. Superficie Thermocrome T<Tc
α>94% et ε<6%
Superficie Thermocrome T>Tc
α>94% et ε > 40%
Lunghezza d‘onda (nm)
Assorbimentosolare
Superficie standard
α>94% et ε<5%
Tstag. < 145-150°C
T < 75°C
ultravioletto Luce visibile Infrarosso
Innovazione: ThermProtect
Assorbimento e Riflessione
MCE–Convegno2016
24.03.2016

10. α
ε
Fino a 75°C
α
ε
>75°C
Temperatura
collettore
Fino a 75°C
Stato
impianto
> a 75°C
Riflessione
ε
Carico Utenza
Utenza servita
6%
da 6% a 40%
Innovazione: ThermProtect
Assorbimento e Riflessione
MCE–Convegno2016
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11. Innovazione: ThermProtect
Superfici selettive (Standard e ThermProtect) applicate allo stesso meandro.
Analisi termografica (telecamera a infrarossi)
ε∼6%
ε∼6%
ε∼40-45%
ε∼6%
Temp. <75°C
Temp. >75°C
Standard
Thermochrome
MCE–Convegno2016
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12. Innovazione: ThermProtect
Rendimento termico in kWht : 2collettori + Bollitore 300 litri
MCE–Convegno2016
24.03.2016

13. Test di laboratorio Collettore solare con ThermProtect
Innovazione: ThermProtect
Assorbimento solare
Standard α = 95,5% ε = 5,5%
Thermprotect α = 95% e ε = 6,5% T < Tc
Prestazioni a temperature elevate
Temp. 240°C per oltre 600 ore
< 0,05
PC at 240°C after 18h 36h 75h 150h 300h 600h
Sample#1 -0.005 -0.004 -0.007 -0.007 -0.009 -0,01
Sample#2 -0.001 -0.002 -0.005 -0.005 -0.006 -0.005
Sample#3 -0.009 -0.011 -0.011 -0.012 -0.013 -0.014
Presenza di elevata umidità dell’aria
Temp. 40°C – 95% RH per 600 h
< 0,05PC at 240°C after 18h 36h 75h 150h 300h 600h
Sample#1 -0.001 0.001 0.001 0.017 0.022 0.034
Sample#2 -0.002 0.001 0.004 0.012 0.015 0.029
Sample#3 -0.004 0 0.003 0.018 0.023 0.04
MCE–Convegno2016
24.03.2016

14. Innovazione: ThermProtect
Cicli con Temp. comprese tra 40 e 140°C
Svolti oltre 7000 cicli
Test ciclici Collettore solare con ThermProtect
α, ε and PC values Before cycling After 7100 cycles
α 0.945 0.94
ε at low T° 0.065 0.059
ε at high T° 0.42 0.407
PC at low T° 0.002
PC at high T° -0.0015
< 0,05
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15. Condizioni di prova: 1000 W/m² – 35°C
Temperatura di stagnazione Collettore solare con ThermProtect
Tstag. Standard ∼ 190°C
Tstag. Thermochrome ∼ 145°C
Attivazione Thermocrhome
(sec.)
ThermProtect
Standard
MCE–Convegno2016
24.03.2016
Innovazione: ThermProtect

16. Obiettivi
Autarchia energetica degli edifici
Edifici a basso consumo
Copertura fabbisogno energetico importante con fonti
rinnovabili (RES) per i nuovi edifici (50% dal 01 gennaio 2017)
Criticità
Shift-time tra offerta e richiesta di energia termica
Accumuli termici importanti e sovratemperature
Formazione di vapore e picchi di pressione
Limitazione delle superfici solari captanti
Obiettivi e criticità
Solare termico attuale
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17. Innovazione: ThermProtectpressionevaporeinbar
temperatura in °C
L‘impianto non avrà più problemi di
formazione di vapore?
Con l‘innalzamento della pressione
dell‘impianto viene evitata la formazione
di vapore nel fluido termovettore
Pressione di vapore con Collettore solare ThermProtect
MCE–Convegno2016
24.03.2016
* Riferito al fluido termovettore Tyfocor LS

18. -1
0
1
2
3
4
5
0 5000 10000 15000 20000
Volume di espansione
P-TCr 4,4b P-TCr 3,4b P-Std 3,4b
thermochrome 3,4bar
standard 3,4bar
Pressione esercizio Collettore solare ThermProtect
Thermochrome 4,4bar
Innovazione: ThermProtect
MCE–Convegno2016
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Assenza formazione di vapore in condizioni di inattività con una pressione corretta dell‘impianto
In caso di pressione inadeguata nell‘impianto la quantità di vapore è comunque limitata e rimane confinata nel
collettore senza coinvolgere l‘impianto
* Riferito al fluido termovettore Tyfocor LS

19. Adeguamento parametri impianto con Collettore solare ThermProtect
Esempio con altezza statica 10 m
1 Pressione impianto solare 3,0 bar
2 calcolo con altezza statica + 0,1 bar / m 1,0 bar
3 Pressione impianto (manometro) 4,0 bar
Riserva di pressione per sfiato + 0,1 bar
Pressione piena 4,1 bar
Pressione impianto dopo lo sfiato 4,0 bar
Prova di tenuta idraulica - 0,3 bar
4 Calcolo per m di altezza extra tra
manometro e vaso ad espansione
5 Pressione di precarica vaso ad 3,8 bar
espansione
Avvertenza: annotare questo valore
sul vaso ad espansiona alla voce
"precarica"
Vitosol 200-FM
0,1 bar x 1 m = 0,1 bar
Pressione di precarica, pressione impianto
MCE–Convegno2016
24.03.2016
Innovazione: ThermProtect

20. Innovazione: ThermProtect
Nuovi criteri di progettazione con Solare Termico TherProtect
L’innovativo ThermProtect comporta:
diverso approccio di dimensionamento superfici e accumuli
diversi parametri di pressione e temperature
nuove potenzialità e campi di impiego
Possibilità di soddisfare quota di copertura per la Direttiva RES (fino al 50% dal 2017)
con produzione acqua calda sanitaria e significativa integrazione riscaldamento
MCE–Convegno2016
24.03.2016

21. Ampia copertura del fabbisogno con collettore solare ThermProtect
Non esistono problemi di sovradimensionamento
Superfici esposte in funzione di area disponibile
Accumuli comunque contenuti
Copertura RES e del fabbisogno significativa
Innovazione: ThermProtect
MCE–Convegno2016
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22. Innovazione: ThermProtect
Capacità di accumulo svincolata dalla possibile
formazione di vapore e persistere di elevate temperature
Rapporto accumulo/superficie captante in funzione del solo
fabbisogno dell’utenza
Riduzione della necessità di accumulo importanti quindi
riduzione degli spazi necessari e delle dispersioni per
mantenimento
Conseguente riduzione dei costi di installazione ed
esercizio.
Rapporto accumulo/superficie captante con collettore solare ThermProtect
MCE–Convegno2016
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23. Innovazione: ThermProtect
Confronto Collettori solari termici Standard - ThermProtect
Collettore Standard Collettore ThermProtect
Rendimento ottico α > 94% α > 94%
ε < 6% per basse T° ε < 6% per basseT°
ε < 6% per alte T° ε > 40% per elevate T°
T° stagnazione ∼ 190°C T° stagnazione < 145-155°C
Picchi di pressione: Elevata (>1 bar) Picchi di pressione : Nessuno
Potenza termica generata : Elevata Potenza termica generata : Elevata
Problemi di stagnazione: SI Problemi di stagnazione: NO
Affidabilità : Variabile Affidabilità : Garantita
Sovradimensionamento: da evitare Sovradimensionamento: SI
MCE–Convegno2016
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24. Innovazione: ThermProtect
Possibilità di sfruttare superfici captanti ben maggiori con notevole
aumento del grado di copertura solare del fabbisogno
Contributo significativo all’innalzamento della classe energetica
Possibilità di soddisfare la copertura da RES richiesta dal Dlgs. 28/11
senza le tradizionali criticità legate a sovratemperatura o presenza di
vapore
Possibilità di sfruttare completamente detrazioni fiscali e il nuovo conto
termico sia per l’elevato grado di rendimento certificato Keymark, come
richiesto da quest’ultimo, sia per una maggiore superficie captante
installata e incentivabile
Conclusioni
… grazie per l’attenzione
MCE–Convegno2016
24.03.2016