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RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER)

RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER). prof. Marco Fiala Dip . Ingegneria Agraria - Università Milano. prof. Massimo Lazzari Dip . VSA- Veterinaria e Sicurezza alimentare - Università Milano. DI CHE COSA CI OCCUPEREMO. PROGRAMMA ARGOMENTO Radiazione solare

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RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER)

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Presentation Transcript

  1. RISPARMIO ENERGETICO ED ENERGIE RINNOVABILI IN ZOOTECNIA (CORSO REER) prof. Marco Fiala Dip. Ingegneria Agraria - Università Milano prof. Massimo Lazzari Dip. VSA- Veterinaria e Sicurezza alimentare - Università Milano

  2. DI CHE COSA CI OCCUPEREMO PROGRAMMA ARGOMENTO Radiazione solare Consumi energetici e possibilità di impiego Collettore piano Scaldacqua; esempi applicativi Collettore ad acqua; piastre captanti, perdite energetiche Rendimento istantaneo Collettori ad aria. Portata del ventilatore Diagramma di Mollier Gli incentivi Analisi economica

  3. RADIAZIONE SOLARE RADIAZIONE SOLARE Radiazione diretta Radiazione diffusa Radiazione Solare Diretta Pireliometro 800-850 W/m2 Radiazione Solare Diffusa Solarimetro 0-300 W/m2 Radiazione Solare Globale Piranometro GHI = 900-1100 W/m2

  4. VARIAZIONI della RADIAZIONE QUANTO VALE? RADIAZIONE SOLARE (1,35 kW/m2 fuori dall’atmosfera) poco legata alla latitudine molto influenzata da: clima di area; stagioni; orografia Trapani Milano

  5. QUANTO VALE? RADIAZIONE SOLARE 1 Nm3 di CH4 ≈ 10 kWht

  6. CONSUMI ENERGETICI DOVE USARLO? 85% domestico e terziario, di cui: 90% riscaldamento 10% acqua calda igienico sanitaria

  7. DOVE USARLO? OSSERVAZIONE la fascia degli usi termici a bassa temperatura rappresenta una percentuale notevole dei consumi energetici nazionali CONCLUSIONE vi è largo margine per interventi di riduzione delle situazioni di spreco e per l'introduzione di nuove tecnologie. CONGRUENZA tra SETTORE AGRICOLO ed ENERGIA SOLARE La maggiore disponibilità di energia solare si ha in primavera‑estate, periodo in cui in agricoltura si svolgono molte operazioni per le quali risulta possibile il ricorso all'energia solare con conseguenti vantaggi economici non trascurabili. Ne è un esempio pratico le tecniche di essiccazione artificiale del foraggio.

  8. COLLETTORI SOLARI: COSA SONO? Dispositivi in grado di raccogliere la radiazione solare, convertirla in calore e trasferirla a un fluido termovettore COLLETTORI SOLARI PIANI (ad acqua, ad aria) Radiazione Solare Globale Fissi Investimenti contenuti (tipo semplificato) Fluido a basse temperature COLLETTORI SOLARI PARABOLICI (a fluido) Radiazione Solare Diretta Dispositivi di puntamento del sole Investimenti elevati Fluido a elevate temperature

  9. ENERGIA SOLARE: COSA E’?

  10. EFFETTO SERRA NEL COLLETTORE COLLETTORE PIANO Entrante Uscente LA RADIAZIONE DEVE ENTRARE E NON USCIRE DAL COLLETTORE Trasparente  < 3 m Opaca  > 5 m

  11. COSA DEVE FARE IL COLLETTORE? COLLETTORE PIANO MASSIMIZZARE IL FLUSSO USCENTE DI CALORE H

  12. COSA DEVE FARE IL COLLETTORE? Minimizzare perdite convezione η = 60%

  13. INCLINAZIONE E AZIMUT COLLETTORE PIANO CASO PER INSTALLAZIONE A 50° DI LATITUDINE

  14. COLLETTORI AD ACCUMULO PRESTAZIONI LIMIATE COSTO BASSO FUNZIONAMENTO SENZA ENERGIA ELETTRICA: SOLUZIONE MIGLIORE PER ABITAZIONI USATE SOLO SALTUARIAMENTE (CASE PER VACANZE, ALPEGGI, ETC) O DOVE I CONSUMI DI ACQUA CALDA SANITARIA SONO RIDOTTI.

  15. COLLETTORI CIRCOLAZIONE NATURALE Circolazione naturale nell’intercapedine diaframma-piastra Circolazione naturale nelle tubazioni che collegano il collettore al serbatoio

  16. COLLETTORI A PIASTRE CAPTANTI INTERNE PIASTRA CAPTANTE basso costo elevata conducibilità termica resistenza alla corrosione facilità di lavorazione Distanza Spessore METALLICA Rame, Alluminio, Acciaio Inox p = 5,0‑6,0 bar Buon contatto

  17. LE PIASTRE CAPTANTI: PRESTAZIONI COSTI COSTI

  18. LE PIASTRE IN ALLUMINIO E RAME Rame Alluminio ALLUMINIO Relativamente economico Lavorazioni particolari Buona conducibilità; si corrode Difficile da saldare (praticamente impossibile ad altri metalli) RAME Costo elevato Ottima conducibilità; non si corrode Facile da saldare

  19. LE PIASTRE ROLL-BOND E INOX coperture inox telaio (Al) poliuretano INOX Spessore < 0,6 mm p = 1,5‑2,0 bar Elevata superficie di scambio

  20. LE PIASTRE CAPTANTI NON METALLICHE NON METALLICA Polipropilene, Gomma p = 1,5‑2,0 bar Basse temperature Fuido termovettore (acqua + anticongelanti) Radiazione diretta Radiazione diffusa

  21. TUBI DI VETRO SOTTOVUOTO Usati dove si ha poca radiazione solare o dove si richiedono temperature elevate Il fluido termovettore evapora nei tubi di rame e si condensa nello scambiatore tubi di vetro speciale sottovuoto NON HA PERDITE PER CONDUZIONE E CONVEZIONE

  22. PERDITE di ENERGIA Convezione Irraggiamento Conduzione ASSORBANZA (A) frazione di luce visibile assorbita dalla piastra EMITTANZA (E) frazione di energia ri-emessa nella gamma dell'infrarosso SUPERFICIE SELETTIVA IDEALE A = 1 e E = O ELEVATE PRESTAZIONI MIGLIORARE ASSORBIMENTO DELLA RADIAZIONE RIDUCENDO LE PERDITE TERMICHE VERSO L'ALTO Riduzione perdite per convezione = più lastre di copertura Riduzione perdite per irraggiamento = superficie selettiva (assorbe ma non riemette nell’infrarosso)

  23. PRESTAZIONI CONDIZIONI di ESERCIZIO temperature del fluido all'ingresso (Tin; °C) e all'uscita (Tout ; °C) del collettore velocità di circolazione del fluido radiazione incidente (I; W/m2) temperatura ambiente (Ta; °C) velocità dei vento < 3 m/s temperatura ambiente < 30 °C insolazione > 600 W/m2 L’efficienza si valuta per differenti temperature di ingresso (Tin) del fluido termovettore, valutando la differenza tra Tin la temperatura ambiente (Ta), tenuto conto del valore dell'insolazione incidente (I) [°C·m2/W]  = f (kr)

  24. PRESTAZIONI Modesto T Elevata I Collettore con superficie selettiva Collettore convezionale, 2 lastre copertura Collettore convezionale, 1 lastra copertura  Alto T Bassa I Tin = 50°C Ta = 20 °C I = 600 W/m2 (kr = 0,05)

  25. SCHEMA IMPIANTISTICO SOLO ACQUA CALDA SANITARIA CON CIRCOLAZIONE NATURALE TETTO SALA MUNGITURA ACQUA SANITARIA E PER LAVAGGIO IMPIANTO MUNGITURA

  26. SCHEMA IMPIANTISTICO SOLO ACQUA CALDA SANITARIA CON CIRCOLAZIONE NATURALE ACQUA PER PISCINA IN AGRITURISMO ACQUA SANITARIA E PER LAVAGGIO IMPIANTO MUNGITURA

  27. SCHEMA IMPIANTISTICO SOLO ACQUA CALDA SANITARIA CON CIRCOLAZIONE FORZATA E SERBATOIO DI ACCUMULO (PUFFER)

  28. SCHEMA IMPIANTISTICO SOLO ACQUA CALDA SANITARIA CON CIRCOLAZIONE FORZATA E SERBATOIO DI ACCUMULO (PUFFER) ACQUA SANITARIA E PER LAVAGGIO IMPIANTO MUNGITURA ACQUA SANITARIA AGRITURISMO

  29. SCHEMA IMPIANTISTICO SCHEMA IMPIANTISTICO INTEGRAZIONE CON IMPIANTO CONVENZIONALE CON CIRCOLAZIONE FORZATA E SERBATOIO DI ACCUMULO (PUFFER) INTEGRAZIONE IN ABITAZIONI O AGRITURISMI

  30. SCHEMA IMPIANTISTICO INTEGRAZIONE CON IMPIANTO CONVENZIONALE CON CIRCOLAZIONE FORZATA, SERBATOIO DI ACCUMULO E RECUPERATORE CALORE MUNGITURA (PUFFER)

  31. SCHEMA IMPIANTISTICO INTEGRAZIONE CON IMPIANTO CONVENZIONALE CON CIRCOLAZIONE FORZATA, SERBATOIO DI ACCUMULO E RECUPERATORE CALORE MUNGITURA (PUFFER)

  32. SOLARE TERMICO AD ALTA TERMPERATURAPER PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA Oggi costa 0,20 Euro/kWh elettrico – previsto scendere a 0,06 Euro/kWh

  33. COLLETTORI AD ARIA Aria (Tout) Aria Aria (Ta) Aria (Tout) Aria Aria (Ta)

  34. COLLETTORE ad ARIA (assorbitore poroso) COLLETTORE AD ARIA AD ASSORBIMENTO POROSO

  35. ESSICCATOIO A PLATEA PER FORAGGI T = AMBIENTE U% = ALTA ΔT = 1-2 °C U% = ALTA ΔT = 6-12 °C U% = BASSA

  36. PORTATA ARIA, POTENZA VENTILATORE PORTATA MASSICA Qm (kg/s) PORTATA VOLUMICA Qv (m3/s) Qm =  · Qv P = p · Qv (W) P = g  H · Qm (W) 0,80 < mp < 0,94 e 0,60 < mv < 0,80

  37. ESEMPIO di CALCOLO POTENZA MOTORE con p misurata in (Pa) W = 31,1 kW con p in (mH2O) W = 31,1 kW con p in (maria) W = 31,1 kW Calcolare la potenza del motore elettrico azionante un ventilatore centrifugo caratterizzato da portata Qv = 80000 m3/h e in grado di garantire una prevalenza H = 100 mmH2O. Si consideri un rendimento complessivo mv = 0,7 Qv = 80000 m3/h = 22,2 m3/s H = 100 mmH2O = 100 · 9,81 Pa  1000 Pa = 0,1 mH2O· (1000/1,24) = 80,6 maria

  38. DIAGRAMMA di MOLLIER per L’ARIA UMIDA

  39. DIAGRAMMA di MOLLIER per L’ARIA UMIDA: ESEMPIO C A B 10,2 10,2 1,0 11,2 4,5 14,7 6,3 16,5

  40. LA MIA TESI DI LAUREA: 1981 VA ANCORA!!! TETTO SOLARE TORRE DA FIENO CONDOTTO ARIA CALDA

  41. FIENILI SOLARI: SCHEMI FIENILI SOLARI: SCHEMI

  42. ESSICCAZIONE in DUE TEMPI (1) FIENILI SOLARI: SCHEMI

  43. FIENILI SOLARI: ESSICCAZIONE ROTOBALLE CONDOTTI ARIA COLLETTORI SOLARI AD ARIA ESSICCATOIO ROTOBALLE

  44. FIENILI SOLARI: ESSICCAZIONE RISO

  45. DIMENSIONAMENTO SOLARE TERMICO LOCALITA’ LODI INCLINAZIONE AZIMUT 1434 kWh/anno

  46. SOLARE AD ACQUA ACS FAMIGLIA T ACQUA RETE T UTILIZZO BOLLITORE CONS GIORN. PANNELLI 5 m2 CALDAIA PRESENTE DIMINUZIONE CONSUMI 78% RISPARMIO 250 EURO/ANNO

  47. SOLARE AD ACQUA ACS FAMIGLIA • INVESTIMENTO MOLTO VARIABILE DA 4-8000 EURO • TEMPO RITORNO CON 55% DETRAZIONE IRPEF = 4-8 ANNI (SENZA 8-16 ANNI) • CONVIENE SICURAMENTE AGLI IDRAULICI E AI TERMOTECNICI : 2 ANNI DI SOLE SOLO PER IL FISSAGGIO DEI PANNELLI SUL TETTO + 1 ANNO DI SOLE PER LA RELAZIONE TECNICA • CONVIENE SPECIE SE SI RIESCE A INSTALLARE IN PROPRIO

  48. SOLARE AD ACQUA 100 VACCHE IN LATTAZIONE BOLLITORI TOT 1200 LITRI 40 m2 PANNELLI 63% COPERTURA RISPARMIO 3500 EURO/ANNO

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