Il concetto generale che sta alla base del funzionamento dei sistemi Solar Cooling è rappresentato dalla possibilità di produrre freddo da una sorgente di calore “calda”. La tecnologia del solar cooling è una soluzione particolarmente promettente si propone di utilizzare il calore raccolto dai pannelli solari termici per la produzione di acqua refrigerata o per il trattamento dell’aria destinata al condizionamento degli ambienti o ai processi di refrigerazione.
Il consumo di energia elettrica per il funzionamento delle apparecchiature di condizionamento e refrigerazione, è allora limitato al solo azionamento delle pompe e delle centraline di controllo.
I principali vantaggi di tale tecnologia sono: la contemporaneità della massima capacità di produzione con la domanda massima di raffrescamento (le ore diurne di massima insolazione), le basse temperature di esercizio (da 40° a 90°) e il fatto che il fluido refrigerante usato (acqua) è innocuo per l’ambiente.
La messa in efficienza energetica del sistema edificio-impianti rappresenta una grande opportunità per la riduzione dei consumi; infatti, il Piano d’Azione Nazionale per l’Efficienza Energetica identifica il settore civile come il settore che può contribuire maggiormente al raggiungimento degli obiettivi di riduzione dei consumi imposti al 2020. In tale contesto questa tecnologia si candida a diventare un modello energetico efficiente di riferimento per la climatizzazione nell’Italia centro-meridionale e nel bacino mediterraneo.
Le principali categorie di sistemi basati sulla tecnologia solar cooling, sono sistemi con macchine ad assorbimento e sistemi DEC per il trattamento aria.
Sistemi con macchine ad assorbimento
Si realizzano con macchine frigorifere “ad assorbimento” e in misura minore con macchine frigorifere “ad adsorbimento”. Queste macchine possono produrre acqua refrigerata alla temperatura di circa 7°C, partendo da acqua calda (proveniente dai pannelli solari e da eventuale caldaie di integrazione o fumi esausti derivanti da motori a combustione interna) alla temperatura di 80-100 °C. L’acqua refrigerata, attraverso un sistema di tubazioni, viene distribuita ai terminali di raffrescamento (ad esempio ventilconvettori) dislocati nei locali da climatizzare. Il vantaggio dei sistemi a ciclo chiuso consiste nella possibilità di realizzare l’impianto con qualsiasi tipo di rete di distribuzione, sia ad aria che ad acqua.
Sistemi DEC per il trattamento dell’aria
Si realizzano con sistemi DEC (Desiccant & Evaporative Cooling Systems), che combinano deumidificazione e raffreddamento evaporativo. Si tratta di innovativi sistemi di trattamento diretto dell’aria, alternativi ai tradizionali sistemi a compressione. La tecnologia più comune prevede l’utilizzo di deumidificatori rotanti con sostanze assorbenti solide.L’aria prelevata dall’esterno viene prima deumidificata e successivamente raffreddata, attraverso l’utilizzo di acqua come refrigerante. Il calore prodotto dai pannelli solari serve invece a rigenerare il deumidificatore. Possono venire impiegati anche pannelli solari ad aria. Si tratta di una tecnologia applicabile su edifici di una certa dimensione provvisti di sistema di ventilazione, in cui alla necessità di raffrescare si aggiunge anche la necessità di controllare il tasso di umidità dell’aria.
Grado di sviluppo
Il solar cooling è una tecnologia che non ha ancora raggiunto la piena maturità commerciale, infatti sono pochi gli impianti effettivamente realizzati a fronte di un numero molto più elevato di impianti pilota e di applicazioni sperimentali. Da una indagine condotta dalla Task 38 della IEA aggiornata a Novembre del 2009 si evince una diffusione ancora limitata della tecnologia solar cooling sia in ambito nazionale che internazionale;
In campo nazionale il numero di installazioni di impianti di solar cooling sono passati da una sola unità del 2005 a 21 unità nel 2009, con una superficie solare installata pari a 6000 mq a servizio di macchine ad assorbimento per un totale di circa 2700 kW frigo. Di particolre interesse per potenza installata e per superficie soalre è l’impianto di solar cooling installato a Roma sopra i magazzani della METRO Cash & Carry (2700 m² superficie campo solare, 700 kW chiller ad assorbimento). Il mercato del solar cooling potrà svilupparsi pienamente solo puntando alle applicazioni residenziali a livello di singolo edificio. Questo obiettivo è raggiungibile sviluppando macchine frigorifere, a costi competitivi, di taglia inferiore ai 20 kW. E’ inoltre importante che le macchine frigorifere possano raggiungere rendimenti sempre più elevati, per ridurre al minimo la richiesta di energia termica con la conseguente riduzione del campo solare installato e quindi degli extra costi rispetto ai sistemi convenzionali. La tecnologia dell’assorbimento può produrre un’immediata riduzione di consumi energetici ed emissioni di CO2 ed avere considerevoli ricadute industriali in Italia in vari settori di primaria rilevanza economica (climatizzazione invernale ed estiva degli edifici e climatizzazione veicolare). Tale tecnologia rappresenta pertanto per l’Italia un settore strategico da perseguire prioritariamente, ove peraltro esistono già in essere competenze a livello di eccellenza sia in campo scientifico-universitario che in quello industriale, e può diventare un modello energetico efficiente di riferimento per la climatizzazione nell’Italia centro-meridionale e nel bacino mediterraneo.
I costi d’investimento per attuare l’ammodernamento richiesto dalla trasformazione in corso sono fortemente dipendenti dal grado di autonomia dalla fonte fossile e quindi dall’estensione del campo solare a servizio della nacchina ad assorbimento.
Nel grafico seguente è riportato l’andamento medio medio nazionale della frazione solare (contributo del campio solare alla potenza termica entrante nella macchina ad assorbimento) al variare della superficie specifica dei collettori solari.
di Ilaria Bertini, ENEA – Unità Tecnica Efficienza Energetica