Le fonti rinnovabili alternative: usi possibili e caratteristiche

Nell’uso comune si conoscono bene gli impianti fotovoltaici, gli impianti a pannelli solari e le pompe di calore, ma sono ancora poco diffuse alcune tecnologie sfruttabili anche in ambito civile e nel settore del terziario, come ad esempio:

• Microcogenerazione;
• Sistemi ad accumulo di ghiaccio;
• Sistemi di riscaldamento a idrogeno;
• Impianti a biogas;
• Concentratori solari.

Dopo una rassegna puntuale dei sistemi sopra elencati, accenneremo al ruolo di alcuni componenti degli impianti per la climatizzazione, estiva o invernale, che hanno il compito di mantenere e garantire le condizioni termo-igrometriche interne impostate e desiderate, riducendo al minimo lo scostamento tra i parametri impostati e quelli rilevati e rilevabili. Un buon impianto di climatizzazione, infatti, non può ottimizzare i consumi e aumentare il comfort interno se non è accoppiato ad un buon sistema di regolazione, controllo e supervisione degli elementi in campo.

Microcogenerazione

I sistemi di microcogenerazione sono figli dei conosciuti sistemi di cogenerazione, e sono prodotti per poter essere impiegati in utenze più piccole, come ad esempio abitazioni singole o plurifamiliari, condomini e piccole/medie imprese.

La differenza principale tra i sistemi a microcogenerazione e i loro parenti più gradi, utilizzati in ambito ospedaliero o in edifici di grandi dimensioni, dove la richiesta elettrica è elevata, sono i parametri che ne guidano l'operatività.

Nel caso degli impianti di cogenerazione di grandi dimensioni, gli stessi vengono realizzati per coprire il carico elettrico, mentre il cascame termico diventa un sottoprodotto che viene utilizzato per il riscaldamento degli ambienti, oppure, associati a dei gruppi frigoriferi ad assorbimento, assolvono alla produzione del vettore termico refrigerato da utilizzare per la climatizzazione estiva, o nel caso di Data Center, da inviare alle unità di condizionamento delle sale server.

In caso di impianti più piccoli, invece, l’utilizzo principale dei sistemi di microcogenerazione riguarda la produzione di acqua calda da utilizzare per il riscaldamento degli ambienti o per la produzione di acqua calda sanitaria, mentre la conseguente produzione di energia elettrica diventa un elemento “secondario”, che comunque risulta essere molto utile incidendo positivamente sui bilanci energetici finali dell’immobile.

Purtroppo, la selezione dell’unità eseguita sulla base delle potenza termica richiesta dall’edificio, comporta, molto spesso, una sovra produzione di energia elettrica rispetto al consumo dell’immobile stesso.

Gli impianti di microcogenerazione, pertanto, richiedono un’attenta analisi preliminare per non incorrere nella sovrapproduzione elettrica. Nel caso in cui si verifichi questa ipotesi, sarà necessario predisporre un sistema di scambio di energia elettrica verso l’ente erogatore del servizio, secondo un modello di "generazione e rivendita" o "scambio sul posto".

Impianti ad accumulo di ghiaccio

Una soluzione particolarmente interessante per la climatizzazione degli edifici riguarda l’accumulo di energia termica sotto forma di ghiaccio, particolarmente adatta nel settore terziario.

I sistemi di climatizzazione tradizionali raramente utilizzano l’intera potenza installata, e il prelievo maggiore avviene durante le ore diurne, rimanendo inattivi durante la notte. I gruppi frigoriferi installati sono previsti per soddisfare la punta massima di fabbisogno, che si verifica solo in pochi giorni dell’anno.

Non va dimenticato che un gruppo frigorifero tradizionale deve operare durante le ore diurne, momento in cui la temperatura esterna è massima; pertanto, il rendimento della macchina risulterà ridursi in modo proporzionale, con conseguente aumento dell’assorbimento elettrico.

Da tali presupposti nasce l’ipotesi far funzionare il gruppo frigorifero in orario notturno, momento in cui la temperatura dell’aria è più bassa rispetto alle ore diurne. In questo modo è possibile aumentare la produzione frigorifera riducendo l’assorbimento elettrico e ottenendo, pertanto, rendimenti di macchina maggiori. La soluzione interessante riguarda la possibilità di far funzionare il gruppo frigorifero in orario notturno per accumulare energia termica sotto forma di ghiaccio, all’interno di un serbatoio.

L’energia accumulata sotto forma di ghiaccio diventerà, quindi, la principale fonte di scambio nelle ore diurne, permettendo al refrigeratore di rimanere spento se non per l’intera giornata, per gran parte della stessa. Grazie, infatti, allo scambio di calore tra l’acqua del circuito e il serbatoio del ghiaccio, sarà possibile produrre il vettore termico refrigerato da utilizzare nell’impianto, con un prelievo preciso e proporzionale dell’energia frigorifera, in base ai reali carichi.

Questo sistema consente una significativa riduzione delle potenze dei gruppi frigoriferi installati che possono, in alcuni contesti, arrivare anche fino al 70%, proprio perché è possibile sfruttare un tempo di accumulo più lungo nelle ore notturne, momento in cui a livello impiantistico vi è un prelievo ridotto, se non addirittura nullo.
Non ultimo, va ricordato che nelle ore notturne sarà possibile sfruttare tariffe elettriche più basse.

Sistema di riscaldamento a idrogeno

Come avviene nel settore automobilistico, anche il settore degli impianti di climatizzazione vede alcuni produttori particolarmente attenti alle problematiche ambientali. Tali produttori investono risorse e denaro nella ricerca per lo sfruttamento dell’idrogeno come elemento per la produzione di vettore termico da utilizzare negli impianti di climatizzazione.

L’idrogeno può realmente rappresentare il vettore energetico del futuro: anche se questo elemento non è presente in natura allo stato libero, esso è presente in quantità illimitata, dato che, ovunque vi sia acqua, è presente anche l’idrogeno. L’idrogeno e l’ossigeno legati assieme, infatti, formano la molecola dell’acqua H2O.

Allo stato elementare, l’idrogeno esiste sotto forma di molecola biatomica H2. In condizioni di pressione atmosferica e temperatura ambiente è un gas incolore, inodore, insapore ed altamente infiammabile. L'idrogeno è l'elemento più leggero e più abbondante di tutto l'universo osservabile.

Al contrario dei combustibili fossili, l’idrogeno è un vettore energetico privo di carbonio nella sua composizione. Questa peculiarità fa sì che non vi sia generazione di anidride carbonica CO2 al termine del ciclo di combustione, principale responsabile dell’effetto serra.

Non ultimo, la combustione di idrogeno avviene in assenza di fiamma ad una temperatura intorno ai 300°, per cui si evita la formazione degli ossidi di azoto NOx, molto inquinanti e dannosi per la salute.

Attraverso un processo di elettrolisi dell’acqua, è possibile produrre idrogeno ottenendo, come unico scarto, ossigeno allo stato puro.

Sono in fase di realizzazione delle unità di riscaldamento a condensazione basata su un innovativo bruciatore catalitico a idrogeno.

Il bruciatore è alimentato da una miscela di idrogeno gassoso, che ha funzione di combustibile, e aria, che ha la funzione di comburente. All’interno del canale di reazione è presente un agente catalizzatore che permette all’idrogeno di combinarsi con l’ossigeno in una molecola di acqua, liberando contemporaneamente calore, che viene asportato da scambiatori, sul cui circuito secondario viene fatta circolare l’acqua dell’impianto di riscaldamento. La temperatura dell’acqua così riscaldata è ideale per alimentare impianti termo-sanitari, in particolare quelli a bassa temperatura di tipo radiante: in queste condizioni, infatti, è garantito il massimo rendimento del combustore e il massimo comfort per gli utenti.

Impianti a biogas

Il biogas è una miscela costituita da vari gas, tra i quali spicca il metano. La miscela nasce dalla fermentazione batterica anaerobica, ossia in assenza di ossigeno, di residui organici vegetali o animali tra cui:

• Letame;
• Liquame;
• Pollina;
• Siero lattiero-caseario;
• Scarti vegetali;
• Sottoprodotti agricoli;
• Rifiuti.

Nel sistema di fermentazione, un grande numero di batteri degrada la sostanza organica, dando come risultato tre sottoprodotti che sono biogas, calore e digestato utilizzato come fertilizzante liquido naturale.

Il biogas viene utilizzato come combustibile negli impianti di climatizzazione, sia per produrre vettore termico, sia per produrre vettore frigorifero grazie all’adozione di assorbitori a bromuro di litio, per poter arrivare anche a produrre energia elettrica;

Il digestato viene utilizzato come fertilizzante naturale nelle coltivazioni aziendali, la cui qualità è di gran lunga superiore al letame.

I principali vantaggi ottenibili riguardano la produzione di anidride carbonica CO2 derivante dalla combustione del metano, garantisce il pareggio di CO2 emessa in atmosfera.

L’anidride carbonica prodotta ed emessa dalla combustione di biogas è uguale all’anidride carbonica prodotta dalle piante. Inoltre, non va ignorato l’effetto nocivo causato dall’emissione diretta di metano in atmosfera a causa della decomposizione animale e vegetale delle sostanze, particolarmente nociva per l’atmosfera.

Dato che il processo produttivo di biogas avviene all’interno di serbatoi chiusi, non vi è alcun pericolo che il metano possa disperdersi nell’ambiente.

Concentratori solari

I sistemi a concentrazione solare, conosciuti anche con l’acrononimo inglese CSP - Concentrating Solar Power - permettono di convertire l'energia solare captata in energia termica o energia elettrica, sfruttando la riflessione dei raggi solari ottenuta attraverso superfici riflettenti, generalmente costituite da specchi, su un ricevitore di dimensioni contenute.

La norma EN ISO 9488, al punto 7.6, definisce i collettori a concentrazione come collettori solari che utilizzano riflettori, lenti o altri elementi ottici atti a reindirizzare e concentrare l'energia solare che passa attraverso l'apertura sopra un assorbitore, dando anche come nota generale che un collettore piano provvisto di uno specchio, o un collettore a tubi evacuati con riflettore posizionato dietro ai tubi sono da considerarsi come collettore a concentrazione solare.

Di concentratori solari ne esistono fondamentalmente di 2 categorie:

• Concentratore solare lineare;
• Concentratore solare parabolico.