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Guido Barone » 4.Fonti energetiche alternative ai combustibili


Presentazione

Questa lezione offre una visione complessiva delle diverse fonti energetiche da solare diretto e indiretto.
Come esempio di risparmio energetico vengono trattati i pannelli solari (solare termico) per il riscaldamento domestico.

Obiettivi
Formare un quadro complessivo di tutte le tipologie energetiche da fonti alternative ai combustibili, iniziando a discutere in particolare i pannelli solari per la produzione di acqua calda.

Introduzione alle Energie alternative

Nelle lezioni precedenti sono stati presentati i problemi relativi non solo all’inquinamento e all’impatto sul riscaldamento globale, ma anche gli scenari che il possibile esaurimento dei giacimenti petroliferi potrà comportare nei prossimi 5÷20 ani. D’altra parte l’enorme aumento dei prezzi del petrolio (in gran parte dovuto a cause geopolitiche e speculative combinate) sta promuovendo politiche economiche e ricerche scientifiche e tecnologiche su di un percorso di ecosotenibilità che prescinda dal consumo delle risorse fossili. Stiamo infatti esaurendo in pochi decenni ciò che la Natura ha accumulato in milioni di anni.

Introduzione alle Energie alternative

D’altra parte, in questa e nelle prossime lezioni si è preferito trattare tutte le risorse rinnovabili che non comportano l’utilizzo di biocombustibili (biodiesel, etanolo): queste ultime sono in principio rinnovabili (con tempi differiti), ma comportano sempre inquinamento e possibili problemi per l’utilizzo di suoli e acque sottrarre alle politiche alimentari.

Energie alternative dal SOLE:

  • Raggi IR, Visibile, U.V. (solare termico) → Pannelli o collettori solari (acqua a 65°C).
  • Idem (solare “termodinamico”) → Fornaci o torri solari (produzione di vapor d’acqua supercritica) → Turbine → corrente elettrica alternata.
  • Visibile, U.V. → Pannelli fotovoltaici → corrente elettrica continua.
Energie alternative da ALTRE FONTI:
  • Idroelettrico → Turbine idrauliche → corrente elettrica alternata.
  • Eolico (pale eoliche) → corrente elettrica alternata.
  • Geotermico → corrente elettrica alternata.
  • Gradienti termici marini e terrestri.
  • Movimenti delle maree (mareale) e delle onde (tidalico).

Introduzione alle Energie alternative

Risparmio energetico

Con l’aumento dei costi dei carburanti diventa indispensabile una accorta gestione delle fonti energetiche, sia da parte pubblica che da parte delle aziende private e dei singoli cittadini.

Le raccomandazioni riguardano l’uso sempre più limitato dei trasporti privati a vantaggio dei mezzi pubblici; la sostituzione, ove possibile dei trasporti su ferro o di quelli su navi o battelli, rispetto ai trasporti su gomma, in attesa di auto e mezzi elettrici o a batteria elettrochimiche a combustibile. L’altro grande settore di risparmio riguarda l’utilizzo della corrente elettrica di rete pet il riscaldamento domestico e l’illuminazione. In quest’ultimo caso, la graduale sostituzione delle lampadine ad incandescenza di filamento (che disperdono moltissima energia sotto forma di calore) con le lampade fluorescenti compatte o tubolari, che hanno un indice di efficienza da 5 a 10 volte maggiore delle precedenti, abbasserà i consumi. Maggior costo sarà compensato dalla durata della vita media (da 10 a 12 volte maggiore). Un risparmio non indifferente può essere ottenuto nelle aziende e nelle istituzioni pubbliche e nelle case private, posizionando il meno possibile i computer, le altre apparecchiature elettroniche e tutti gli elettrodomestici in stand by.

Un’interessante prospettiva è la sostituzione delle lampade per l’illuminazione stradale e semaforiche con complessi a led, come sis ta sperimentando, sia in piccoli comuni (Torraca – Sa) che in alcune grandi città.

Introduzione alle Energie alternative


Introduzione alle Energie alternative


Il solare termico. I pannelli solari per il riscaldamento civile

L’energia solare può essere convertita in calore attraverso i pannelli solari, che riscaldano a temperatura relativamente bassa (inferiore a 100°C) l’acqua usata per usi igienici e per il riscaldamento. Questo impiego dell’energia solare può avvenire solo su piccola scala, ma la sua diffusione, specie in comunità e in ambienti idonei, può consentire notevoli risparmi energetici. Un sensibile risparmio si ottiene anche per il riscaldamento passivo, una tecnica costruttiva architettonica che permette di massimizzare il riscaldamento di un edificio nei momenti di minima insolazione (così come di ridurre il riscaldamento degli ambienti nei momenti di massima insolazione).

Il solare termico. I pannelli solari per il riscaldamento civile

I pannelli (o collettori) solari usati nel sistema termico (o solare termico), per captare l’energia solare (si veda la figura riportata di seguito) sono il “cuore” del sistema e sono costruiti in modo tale che la radiazione solare “entri” nel pannello con grande facilità e ne “esca” con grande difficoltà; in pratica, essi costruiscono un effetto serra particolarmente efficiente su scala ridotta. Per far ciò si ricopre la faccia del pannello rivolta al Sole con doppi o tripli vetri isolati (fra i quali viene fatto il vuoto), il più esterno dei quali è infrangibile, in funzione antigrandine, e verniciando di nero (colore che assorbe quasi tutta l’energia luminosa, riscaldandosi notevolmente) il pannello vero e proprio. Inoltre, si rivesto le superfici laterali, il dorso del pannello e le tubazioni con materiali isolanti, cosi da limitare al minimo la dispersione del calore. All’interno dei pannelli, in tubature costruite in genere con leghe metalliche, scorre un fluido: non-nalmente acqua addizionata di una sostanza anticorrosiva e anticongelante.

Il solare termico. I pannelli solari per il riscaldamento civile

E’ la stessa formula del radiatore di un’automobile, con la sola differenza che i flussi di calore sono invertiti: mentre il radiatore serve a disperdere quello che il motore produce durante la combustione dei carburanti, il pannello lo “raccoglie” trasformando la radiazione solare in energia termica. Il fluido riscaldato dal Sole fluisce verso un recipiente di raccolta (accumulatore o boiler) e ritorna al pannello per essere nuovamente riscaldato: è un circuito chiuso (circuito primario). All’interno dell’accumulatore c’è un scambiatore di calore (serpentina) dove scorre l’acqua che sarà effettivamente utilizzata: essa entra nello scambiatore, si riscalda ed esce per essere usata, mentre il fluido del circuito primario – che ha ceduto energia – torna al pannello per scaldarsi di nuovo.

Il solare termico. I pannelli solari per il riscaldamento civile

Gli impianti sono destinati soprattutto al riscaldamento d’acqua per usi civili e industriali, per piscine e allevamenti: si tratta prevalentemente di piccoli e medi impianti per la produzione e il consumo sul posto giacché, per gli alti costi di impianto e le forti perdite, non è remunerativo trasportare a distanza l’energia sotto forma di calore. D’altra parte il fabbisogno giornaliero pro capite d’acqua calda, in Italia, è di circa 60 L, e per scaldare questa quantità d’acqua servono circa 2.5 kW. Se consideriamo i valori di insolazione per la latitudine di 45°, vediamo che basterebbe solo 1 m2 di superficie captante per soddisfare le nostre esigenze in gran parte dell’anno. Poiché l’efficienza dei pannelli non supera il 60%, con una dotazione di 2m2 di pannelli a persona il problema potrebbe essere risolto nella quasi totalità delle situazioni: 2m2 a persona significano, per una famiglia di 4 persone in una casa monofamiliare, 8 – 10m2 di superficie captante sul tetto: una superficie davvero irrisoria.

Il solare termico. I pannelli solari per il riscaldamento civile

Schema della struttura di un pannello solare per la produzione di acqua calda

Schema della struttura di un pannello solare per la produzione di acqua calda


Il solare termico. I pannelli solari per il riscaldamento civile

Schema della disposizione di più pannelli solari in parallelo (da Bertani)

Schema della disposizione di più pannelli solari in parallelo (da Bertani)


Il solare termico. I pannelli solari per il riscaldamento civile

Schema della disposizione di più pannelli solari in serie (da Bertani)

Schema della disposizione di più pannelli solari in serie (da Bertani)


I materiali di supporto della lezione

N. Armaroli, V. Balzani. "Energia oggi e domani". Bononia University Press 2002.

AA. VV. Le Scienze n.459, Nov. 2006

C. Bertani. "Energia natura e civiltà. Un futuro possibile?". Giunti 2003.

U. Colombo. "Energia, storia e scenari." Donzelli, 1996.

Commissione delle Comunità Europee "Libro Verde sulla efficienza energetica". n. 265, 2005.

P. Espinosa (a cura di) " Italia 2020. Energia e Ambiente dopo Kyoto". Istituto Sviluppo Sostenibile Italiano. Edizione Ambiente 2006.

International Energy Agency. "World Energy Outlook". 2004.

A.B. Lovins. Le Scienze n.447, pag 86, Nov. 2005.

A.B. Lovins, E.K. Datta, O. Bustines, J.G. Koomey, N.J. Glasgow. "Winning the Oil

Endgame". Rocky Mountain Institute Ed.. 2004.

P. Menna. "L'energia pulita". Il Mulino 2003.

E.C. Odum. "A prosperous way down".Biologi Italiani n. XXXV.1. Gen. 2005.

Q. Protopapa. Le Scienze n.368, pag 14, Apr. 1999.

Rapporto Enea 2005. "Le Fonti Rinnovabili" G. Silvestrini. Le Scienze n.447, pag 80, Nov. 2005.

U. Spezia. Le Scienze n.442, pag 42, Giu. 2005.

Unione Petrolifera Italiani "Previsione di domanda energetica e petrolifera italiana 2005-2020", 2005.

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