Solar cooling. Il freddo dal sole

Recenti studi hanno messo in evidenza la necessità di ottimizzare le caratteristiche termiche degli ambienti al fine di migliorare la vita quotidiana e quella lavorativa, in questo ultimo caso il rendimento dei lavoratori risente delle migliorie apportate al micro clima dei luoghi di lavoro.

La variazione dei carichi termici interni, dovuto principalmente ad una modifica delle caratteristiche costruttive degli edifici moderni, i quali prevedono un incremento sempre maggiore del rapporto fra superfici vetrate e superfici opache, insieme alla necessità di monitorare e mantenere la temperatura e l’umidità relativa dell’aria interna ad un livello gradevole, sono tra le principali cause 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”.

Con una semplice e banale descrizione si può considerare costituito dai collettori solari, dal serbatoio di accumulo, dagli scambiatori, dagli automatismi necessari alla gestione dell’ impianto  ed il sistema di distribuzione che è diverso a seconda del tipo di impianto.

Il collettore solare,simile ad un pannello fotovoltaico, utilizza la radiazione solare per la produzione di acqua calda che viene accumulata nei serbatoi.Essi trasformano la radiazione solare in calore e trasferiscono quest’ultimo ad un fluido termovettore che può essere acqua o aria. 
Il calore solare può quindi essere utilizzato per portare ad alta temperatura l’acqua da utilizzarsi in impianti di riscaldamento o di condizionamento o per riscaldare l’acqua delle piscine.

Negli impianti di condizionamento ad energia solare, a differenza degli impianti solari tradizionali utilizzati per l’acqua calda sanitaria e il riscaldamento, si richiedono temperature più elevate (90-150°C), indispensabili per alimentare le macchine frigorifere.

Il chiller, serbatoio in azzurro nel disegno, è il cuore di ogni impianto solar cooling, esso è in grado di produrre il freddo utilizzando come input energetico proprio l’energia termica immagazzinata nell’acqua grazie ai collettori solari (non produce l’energia elettrica per alimentare i condizionatori
tradizionali).

Più precisamente un chiller rimuove il calore da un liquido per mezzo di un ciclo refrigerante a compressione di vapore o ad assorbimento. Molto spesso viene refrigerata acqua che può anche essere miscelata al 20% con glicole e contenere additivi anti-corrosione.

Esistono diverse tipologie di chiller: quelli ad assorbimento o ad adsorbimento si utilizzano ormai da decenni ma sono solitamente alimentati da motori elettrici, turbine a gas o a vapore.

I chiller di nuova generazione producono l’effetto refrigerante tramite ciclo di Rankine inverso noto anche come ciclo a compressione di vapore.Attraverso la combinazione di una soluzione liquido refrigerante/assorbente e di una fonte di calore è però possibile sostituire il compressore elettromeccanico e risparmiare energia elettrica.

Nel corso di una giornata estiva, il serbatoio di accumulo funziona da sistema di stoccaggio e riesce ad ottimizzare la produzione di aria raffrescata la cui richiesta può essere ovviamente random o differita rispetto alle ore durante le quali si ha effettiva disponibilità di radiazione solare. 
I serbatoi di accumulo sono dunque componenti impiantistiche indispensabili.

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, utilizzano l’acqua in raffreddamento a diretto contatto con l’aria da trattare 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.