• Articolo , 30 dicembre 2010
  • La grande scommessa del Solar Cooling italiano

  • Il miglioramento dello stile di vita medio e delle condizioni di benessere richieste negli edifici e l’aumento dei carichi termici interni, dovuto principalmente ad una modifica delle caratteristiche costruttive degli edifici moderni, che prevedono un incremento sempre maggiore del rapporto fra superfici vetrate e superfici opache, risultano essere le cause principali della crescita di richiesta […]

Il miglioramento dello stile di vita medio e delle condizioni di benessere richieste negli edifici e l’aumento dei carichi termici interni, dovuto principalmente ad una modifica delle caratteristiche costruttive degli edifici moderni, che prevedono un incremento sempre maggiore del rapporto fra superfici vetrate e superfici opache, risultano essere le cause principali della crescita di richiesta di energia per la climatizzazione degli edifici registrata in tutti i paesi europei negli ultimi decenni.
In effetti, come accertato dai dati statistici forniti dall’International Energy Agency (IEA), il picco di maggiore richiesta di energia elettrica dalla rete italiana si verifica in Luglio, mese con le temperature medie più alte. Ciò è legato fondamentalmente alla diffusione dei climatizzatori elettrici a compressione di vapore di piccola taglia, impiegati principalmente nel settore commerciale e residenziale. Tale analisi è confermata dagli andamenti dei consumi elettrici registrati in tutti i paesi dell’area mediterranea.
Per evitare che l’ulteriore aumento dell’uso dei condizionatori elettrici comporti l’incremento del picco di richiesta elettrica estiva è necessario fare ricorso a sistemi di climatizzazione che utilizzino vettori energetici diversi dall’elettricità. L’impiego dell’energia solare nella stagione estiva per il condizionamento dell’aria costituisce, a tale scopo, una soluzione tecnica molto interessante dal punto di vista energetico, vista la coincidenza della domanda di climatizzazione con la massima disponibilità di energia solare. Tale innovativa tecnologia è nota come _Solar cooling._
Andamento annuale della produzione elettrica in Italia
Il principio di funzionamento di tali impianti si basa sull’impiego di collettori solari i quali forniscono energia termica a sistemi _“thermally driven”_ capaci di produrre l’effetto frigorifero richiesto. In particolare allo stato attuale esistono due diverse tipologie di impianti solar cooling: a ciclo chiuso ed a ciclo aperto. I primi hanno come componente principale macchine ad adsorbimento solido o ad assorbimento liquido, le quali, alimentate da energia termica, producono acqua refrigerata da inviare ai terminali di distribuzione. I secondi invece operano un trattamento diretto dell’aria ambiente mediante l’impiego di ruote essiccanti o sistemi ad essiccamento liquido, rigenerati mediante l’energia termica proveniente dai collettori solari. Non esiste però, allo stato attuale, ancora una soluzione tecnologica integrata di facile applicazione, con il risultato che gli impianti esistenti sono ancora per lo più di tipo sperimentale e come tali molto costosi e poco competitivi.
Per questo motivo, negli ultimi anni, diverse attività di ricerca ed avanzamento tecnologico sono state dedicate sia allo sviluppo di componenti più efficienti e meno costosi, sia all’integrazione dei diversi componenti nel sistema complessivo. In particolare il Dipartimento Energia e Trasporti del Consiglio Nazionale delle Ricerche, con il supporto finanziario del Ministero dello Sviluppo Economico, ha avviato un programma di ricerca pluriennale finalizzato allo sviluppo di sistemi di climatizzazione utilizzanti prevalentemente energia solare quale sorgente primaria per il loro funzionamento. Il progetto ha l’obiettivo di definire e sviluppare un sistema integrato che sia competitivo e di riferimento per il “sistema Italia”. Affinché ciò sia possibile è infatti necessaria un’ottimizzazione dei componenti principali, come anche la valutazione dell’applicabilità delle diverse soluzioni impiantistiche in funzione delle diverse condizioni climatiche, in quanto è assodato che non tutte le tecnologie di solar cooling possono essere applicate indifferentemente al territorio nazionale. E’ quindi opportuno analizzarne le prestazioni in modo analitico, mediante l’ausilio di modelli di ottimizzazione multi-parametrica. È infine necessario comprendere quale possa essere la migliore politica di supporto capace di garantire una diffusione di massa di tale tecnologia.

L’attività svolta durante il primo anno di questo progetto, presso l’Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia “Nicola Giordano” di Messina, è partita innanzitutto da un’attenta valutazione preliminare dello stato dell’arte sui sistemi di solar cooling, con particolare riferimento ad applicazioni di taglia medio piccola, che comprendono principalmente i settori residenziale e commerciale. Quindi si è operata un’analisi delle diverse configurazioni impiantistiche attualmente disponibili, allo scopo di identificare le più promettenti in riferimento alle condizioni climatiche tipiche delle nostre regioni. In particolare, avendo il progetto, come fine ultimo, quello di costruire un impianto di solar cooling per applicazione residenziale in Sicilia, è stato implementato un modello numerico, mediante l’ausilio di un software commerciale, per la valutazione delle prestazioni ottenibili dal layout d’impianto scelto, costituito da un sistema a ciclo chiuso, con macchina ad adsorbimento solido per la produzione di acqua refrigerata.
Dopo aver identificato e valutato gli indici di prestazione dell’impianto in diverse condizioni operative, si è operato un confronto con un impianto a ciclo aperto con ruota essiccante, operante nelle stesse condizioni. I risultati hanno dimostrato come il clima umido delle estati siciliane penalizzi notevolmente il layout a ciclo aperto a vantaggio dei sistemi a ciclo chiuso. Infine, per completare l’analisi sul sistema nel suo complesso, si è svolta un’analisi exergetica delle prestazioni, in maniera da poter identificare i principali componenti che causano nascita di irreversibilità all’interno dell’impianto.
Parallelamente è stata condotta un’attività orientata maggiormente all’ottimizzazione del componente principale dell’impianto, ovvero la macchina ad adsorbimento. In particolare sono state valutate le proprietà di diversi materiali adsorbenti, in maniera da identificare il migliore per la specifica applicazione. Lo studio ha permesso di identificare un’innovativa zeolite, capace di garantire ottime proprietà sia in termini di capacità adsorbenti che di ridotta temperatura di alimentazione, essendo capace di funzionare anche con temperature prossime agli 80°C.
Infine, a partire dai dati ottenuti dalle analisi condotte sia sul sistema che sulla macchina ad adsorbimento, è stato possibile effettuare un dimensionamento ed un progetto di massima dell’impianto. L’attività del secondo anno prevederà dunque il completamento del progetto e la costruzione del dimostratore, il quale inizialmente verrà fatto funzionare impiegando una macchina commerciale, la quale, in seguito verrà sostituita dal prototipo di macchina basato sul materiale adsorbente selezionato.