Calcolo VE per pannelli solari

[SERGIARA]

Ho provato a cercare nei precedenti post, ma non ho trovato nulla.
Impianto solare per ACS con serpentino nell'accumulo.
Calcolo del VE secondo Raccolta R- Cap. R.3.B p.to 4.2 -VE chiuso
La VS è tarata a 6 bar, in modo da non danneggiare le apparecchiature.
Per il calcolo del coeff. "n" bisogna riferirsi alla tm: "temperatura massima ammissibile riferita all'intervento dei dispositivi di sicurezza"
Non ho capito che temperatura devo inserire.
-Temperatura di stagnazione ?
-Temperatura media tra stagnazione e resto dell'impianto (V. Bearzi in "Manuale di energia solare")
-110 ° C, (ma la temperatura può essere superiore)
??????

[Abser]

se ti riferisci al sanitario considera la temperatura massima del regolatore solare
se ti riferisci al cicruito del collettore solare la questione è molto più complessa ed oltre all'espansione del fluido vettore devi considerare la vaporizzazione nei collettori solari. I principali fornitori si sistemi solari forniscono formule più o meno precise per il dimensionamento del vaso d'espansione.

[SERGIARA]

Mi riferisco al circuito del collettore solare.
So che alcuni costruttori forniscono una formula di calcolo derivante dalla UNI EN 12977, che non ho.
Detta formula è uguale a quella della Raccolta R (la fisica è sempre quella), ma impone di inserire dei valori del contenuto di liquido diversi (maggiori) rispetto a quelli indicati nella Raccolta R.
Detta formula è stata criticata da diverse parti perché, risultando un vaso di volume maggiore, favorirebbe la vaporizzazione del fluido all'interno del circuito.
Dovendo quindi utilizzare sempre questa formula, volevo sapere quale valore inserire di "tm".
Se poi qualcuno volesse dire la sua sui valori del volume di liquido da inserire è sempre ben accolto.

[rickyguicks]

Ciao,
prova a guardare questo link con esempio numerico:
http://www.caleffi.com/sites/default/fi ... 246_it.pdf
R.

[Abser]

non si può a priori non considerare la vaporizzazione del fluido nel collettore solare e quindi la formula completa che sostanzialmente coincide con quella riportata da Caleffi è quella da applicare. Solo per collettori solari tipo Heat pipe con autolimitazione della temperatura a 120 °C in ogni condizione di funzionamento e di malfunzionamento (ES: HP400 della Kingspan) è possibile considerare il fluido tutto allo stato liquido e applicare la formula di calcolo semplificata e corrispondente a quella della Raccolta R

[SERGIARA]

La formula usata da Caleffi (chiamiamola "C") la conosco, è sempre quella che circola ed è presa, mi sembra, dalla UNI EN 12977-1. Detta formula praticamente è la stessa della INAIL, ma con volume di espansione (utile) maggiorato.
Ma su quali basi scientifiche è basata ? , Come è stata ricavata ?
Cerco di spiegarmi.
Premessa:
L'impianto ricade nella Raccolta R-Cap R.1.A-P.to 3:

Per generatori di calore soggetti alle prescrizioni di cui al D.M. 1.12.75 si intendono le caldaie, a fuoco diretto o non, alimentate da combustibile solido, liquido, gassoso e gli scambiatori di calore il cui primario è alimentato da fluido avente temperatura superiore a 110 °C

.
Quindi è legittimo/doveroso ritenere che il calcolo del VE si calcoli con la formula lì riportata per i vasi chiusi e non altro; si tratta a mio giudizio, solo di valutare quali valori inserire.
Fine premessa.
Il compito del VE in un impianto solare è duplice:
1)-Permettere l'espansione del fluido dovuta all'aumento di T;
2)- Permettere un aumento controllato della pressione affinché il fluido, in corrispondenza del pannelli, mantenga lo stato liquido all'avvicinarsi della temperatura al valore di vaporizzazione.
Inoltre ovviamente la pressione massima del circuito non deve mai superare quella massima ammessa per ciascun componente dell'impianto.
Allora:
Punto 1°: La temperatura di stagnazione del pannello deve essere dichiarata dal produttore.
Punto 2°: il volume del VE scelto deve essere il più possibile coincidente con il volume calcolato con algoritmo scientifico (INAIL), va evitato cioè il sovradimensionamento del VE in quanto provocherebbe, al raggiungimento della temperatura di stagnazione, una pressione troppo bassa quindi insufficiente per evitare la vaporizzazione del liquido.
Punto 3°: La formula C va invece nella direzione opposta: considera un volume di espansione del fluido maggiore di quello effettivo, provocando un aumento del volume del VE, con le conseguenze sopra dette.
Conclusioni ( ovviamente partiamo dal concetto che l'impianto sia stato costruito, collaudato, avviato e manutentato a regola d'arte):
1)-La formula C, nell'esempio, considera come temperatura di calcolo di "e", T = 120 °C senza dare spiegazioni sulla scelta di tale temperatura: Perché non 110°C o 130°C o 150°C ??
2)- Sempre nell'esempio, non è indicata/ipotizzata la temperatura di stagnazione del pannello, che dovrebbe essere invece un dato fondamentale per il dimensionamento del VE. Il valore di Pd (pressione di stagnazione) indicato in Tab 2 e che dovrebbe intervenire nel calcolo di Po, non compare da nessuna parte, a meno di considerarlo incluso in Po, che però viene consigliato di mantenere al valore standard: Po =pressione precarica= Par =pressione di riempimento =Pst + 0.5 bar = 1.5 + 0.5 =2.0 bar (con Pst = pressione idrostatica iniziale su VE); ma allora questo significa il volume del VE non è influenzato dalla pressione di vaporizzazione ??? che ci sta a fare la Tab 2 ?
3)- La stessa formula impone un "coefficiente di sicurezza: k = 1.1", motivandolo così:
- possibile evaporazione del fluido a causa di fenomeni di stagnazione nel pannello: ma questo aumento va nella direzione opposta , se voglio scongiurare la vaporizzazione non devo assumere ipotesi che comportano un aumento del volume del VE;
- una riserva iniziale di acqua nel vaso per compensare eventuali perdite di fluido nell'intero circuito: il circuito, a parte le prime settimane di funzionamento e se è stato ben dimensionato non dovrebbe subire perdite. Comunque, anche se così fosse, non capisco perché sugli impianti di riscaldamento non valga lo stesso concetto (forse perché lì c'è solo acqua ?);
- contributo dato dalla prevalenza della pompa in relazione alla posizione del vaso: Se proprio se ne vuole tener conto, si possono introdurre nella formula INAIL i valori di pressione appropriati, anche se negli impianti di riscaldamento, dove ci sono pompe con prevalenze maggiori, normalmente non se ne tiene conto.
Nota: il VE può benissimo esser emesso sul ritorno dai pannelli per non risentire delle variazioni di pressione dovute all'inserimento della pompa.
La temperatura del fluido nel VE non raggiungerà mai quella di stagnazione , in quanto il VE non è direttamente interessato dal flusso del liquido.
4)- Perché incrementare il volume di espansione di una quantità pari al volume dei pannelli, con conseguente aumento del VE ??

Per chi è riuscito ad arrivare fino qui offro la mia solidarietà umana ed uno spritz virtuale od anche reale.. mai mettere limiti alla provvidenza...
Comunque grazie per l'attenzione.

[Dalmata75]

4)- Perché incrementare il volume di espansione di una quantità pari al volume dei pannelli, con conseguente aumento del VE ??

per piccoli impianti, dove magari non conviene inserire un dissipatore o dove non si sono implementati sistemi antistagnazione, immagino che non si possa pensare di controllare la temperatura dell'acqua nel pannello quando l'impianto non può più stoccare energia. A questo punto il calore captato dal collettore viene trasferito all'acqua che poi vaporizzerà.
Pensare di tenere l'impianto ad una pressione tale da evitare la vaporizzaizone la vedo dura viste le temperature di stagnazione a cui possono arrivare i collettori solari. Già solo considerando 150 °C dovrei garantire oltre i 5 bar al collettore (punto piu' alto dell'impianto) con tutte le problematiche tecniche che ne derivano. Considerando che vi sono pannelli con temp stagn dell'rodine dei 200 °C.....

A seconda delle caratteristiche del sistema, potrebbe pertanto essere necessario prevedere un volume di espansione aggiuntivo per gestire la vaporizzazione nei collettori solari.

Cio', a parte tutte le considerazioni che possono farsi sulla convenienza o meno di pensare impianti che "stagnano".

[SERGIARA]

Il dimensionamento corretto del vaso ha lo scopo di impedire la vaporizzazione del liquido alla temperatura di stagnazione stabilita dal costruttore, quindi bisogna usare VE "piccoli".
Quando il liquido vaporizza si formano istantaneamente bolle di vapore che provocano, oltre alla formazione di schiuma e il blocco funzionale dell'impianto, l'apertura delle valvole di sfiato poste sopra i collettori e quindi perdita di fluido con vibrazioni e rumori "strani". Si verificano inoltre fasi alterne di vaporizzazione e condensazione che provocano una esaperazione dei fenomeni anzidetti. Tieni presente che a 150°C il volume specifico del vapore saturo è di 380 l/kg, questo può dare un'idea della "violenza" del fenomeno.

A questo punto il calore captato dal collettore viene trasferito all'acqua che poi vaporizzerà.

Per quanto sopra detto non affiderei alla vaporizzazione il compito di smaltire il calore in eccesso.
Comunque a 150°C la pressione di vaporizzazione mi risulta essere di 3,8 bar manometrici, quindi c'è ancora un po' di margine per non superare le normali pressioni di esercizio delle apparecchiature (6/10 bar).

potrebbe pertanto essere necessario prevedere un volume di espansione aggiuntivo per gestire la vaporizzazione nei collettori solari.

Per me il problema non è gestire la vaporizzazione, ma impedire che avvenga: se metti altri volumi di espansione non fai che favorirla, almeno così mi pare di capire.
Logicamente poi bisogna fare i conti con l'impianto reale e le altezze in gioco e capire se non convenga utilizzare impianti a svuotamento

[soloalfa]

Mi riferisco alla riflessione di sergiara:
il vaso va sempre e per forza sul ritorno, quindi all'uscita dello scambiatore altrimenti si sollecita troppo la membrana con le alte temperature.
La circolazione viene comunque interrotta dalla centralina che blocca il circolatore solitamente a 130°C o meno, quindi la vaporizzazione avviene dopo il blocco del circolatore e avviene solo sui pannelli e nel tratto di tubazione nelle vicinanze; il vaso dovrebbe quindi essere protetto dal rischio di entrare in contatto col vapore (Chiaramente se parliamo di pressioni di precarica corrette)
In sostanza l'unico modo per non mandare in stagnazione i pannelli è dimensionare correttamente i bollitori.
purtoppo in merito alla tua domanda specifica non saprei aiutarti ma vorrei sapere se quanto indicato da me è lo stesso tuo pensiero.

[mat]

Sergiara, mi sono perso il filo logico dei tuoi ragionamenti passando da un post all'altro, per cui perdona se magari dico cose che dai già per scontate.
Tu vuoi calcolare il volume di espansione per il circuito solare, allora perché fai riferimento alla Raccolta R? La Raccolta riguarda il circuito utilizzatore, cioè nel tuo caso quello acs, mentre per il circuito primario raccomanda di seguire le norme sulle attrezzature a pressione (Capitolo R.3.H, punto 3.1).
Il tentativo di utilizzare le formule previste per il circuito utilizzatore si scontra inevitabilmente con gli interrogativi che giustamente ti poni (temperature, stato del fluido termovettore), perchè va bene che la fisica è sempre la stessa, ma la formula per i vasi di espansione tiene appunto conto della non-vaporizzazione del liquido, scongiurata dall'intervento dei dispositivi di sicurezza: nei circuiti "Inail" la temperatura non deve MAI superare i 110 °C, nei collettori solari ovviamente tale condizione non può essere rispettata.

In merito invece a quanto dici circa il sovradimensionamento dei vasi, non sono d'accordo: il vaso ha il compito di mantenere l'aumento di pressione entro limiti accettabili (= quelli che non provocano l'intervento dei dispositivi di sicurezza: pressostati, valvole di sicurezza), non di controllare la non-vaporizzazione del liquido. A quello pensano i dispositivi di sicurezza per la limitazione della temperatura, come ho detto prima.

[cri_15]

Mi riferisco alla riflessione di sergiara:
...In sostanza l'unico modo per non mandare in stagnazione i pannelli è dimensionare correttamente i bollitori...

il dimensionamento dei bollitori è su una media, è cmq un compromesso, ci sarà sempre il caso in cui il dimensionamento del bollitore risulta "errato" perchè le condizioni al contorno sono diverse...quindi sono anch'io dell'idea di mat sulle diverse funzionalità dei dispositivi di sicurezza

[SERGIARA]

il vaso va sempre e per forza sul ritorno, quindi all'uscita dello scambiatore altrimenti si sollecita troppo la membrana con le alte temperature.

Il vaso va installato dopo i collettori solari per i motivi detti in precedenza

la vaporizzazione avviene dopo il blocco del circolatore e avviene solo sui pannelli e nel tratto di tubazione nelle vicinanze; il vaso dovrebbe quindi essere protetto dal rischio di entrare in contatto col vapore

Ok, ma il compito del VE è quello di impedire la vaporizzazione, non quello di subirla, cercando di limitarne i danni.

l'unico modo per non mandare in stagnazione i pannelli è dimensionare correttamente i bollitori.

Non capisco cosa intendi, in questo contesto, con bollitori, se intendi i VE allora sono d'accordo.

La Raccolta riguarda il circuito utilizzatore, cioè nel tuo caso quello acs, mentre per il circuito primario raccomanda di seguire le norme sulle attrezzature a pressione (Capitolo R.3.H, punto 3.1).

Raccolta R CAP. R.1.A. "Per generatori di calore soggetti alle prescrizioni di cui al D.M. 1.12.75 si intendono le caldaie, a fuoco
diretto o non, alimentate da combustibile solido, liquido, gassoso e gli scambiatori di calore il cui primario è alimentato da fluido avente temperatura superiore a 110 °C."
Per scambiatore intendo, ovviamente, quello dentro l'accumulo, quindi ,a mio parere, si ricade nella Raccolta R.

nei circuiti "Inail" la temperatura non deve MAI superare i 110 °C, nei collettori solari ovviamente tale condizione non può essere rispettata.

Ok, però, con l'aiuto della fisica, posso fare in modo che il liquido, pur superando i 110 °C, non vaporizzi, mantenendo opportunamente la pressione, in corrispondenza dei collettori, ad un valore superiore a quello di vaporizzazione alla temperatura di stagnazione. Tutto questo compatibilmente con le pressioni massime sopportabili dalle apparecchiature.

In merito invece a quanto dici circa il sovradimensionamento dei vasi, non sono d'accordo: il vaso ha il compito di mantenere l'aumento di pressione entro limiti accettabili (= quelli che non provocano l'intervento dei dispositivi di sicurezza: pressostati, valvole di sicurezza), non di controllare la non-vaporizzazione del liquido. A quello pensano i dispositivi di sicurezza per la limitazione della temperatura, come ho detto prima

Non la vedo così per i motivi già esposti: la vaporizzazione la eviti tenendo "alta" la pressione. Quale dispositivo di sicurezza impedisce la vaporizzazione ?

il dimensionamento dei bollitori è su una media, è cmq un compromesso, ci sarà sempre il caso in cui il dimensionamento del bollitore risulta "errato" perchè le condizioni al contorno sono diverse...quindi sono anch'io dell'idea di mat sulle diverse funzionalità dei dispositivi di sicurezza

Forse mi sono perso qualcosa, ma non capisco il riferimento ai bollitori.
Cosa intendi per "diverse funzionalità dei dispositivi di sicurezza ?

[mat]

Ok, ma il compito del VE è quello di impedire la vaporizzazione, non quello di subirla, cercando di limitarne i danni.

Ma niente affatto... trovami, nella raccolta R o in una qualsiasi altra pubblicazione, una conferma di questa tua credenza.

Raccolta R CAP. R.1.A. "Per generatori di calore soggetti alle prescrizioni di cui al D.M. 1.12.75 si intendono le caldaie, a fuoco
diretto o non, alimentate da combustibile solido, liquido, gassoso e gli scambiatori di calore il cui primario è alimentato da fluido avente temperatura superiore a 110 °C."
Per scambiatore intendo, ovviamente, quello dentro l'accumulo, quindi ,a mio parere, si ricade nella Raccolta R.

Certo, ma nel caso il generatore sia uno scambiatore, il circuito che è soggetto a Inail è il secondario, non il primario. I collettori solari in particolare, sono trattati al capitolo R.3.H che ti ho citato, dove il concetto è ribadito...

Non la vedo così per i motivi già esposti: la vaporizzazione la eviti tenendo "alta" la pressione. Quale dispositivo di sicurezza impedisce la vaporizzazione ?

Te l'ho scritto proprio nella frase che hai quotato! I termostati e (per le caldaie) le valvole di intercettazione del combustibile.
Impedire la vaporizzazione tenendo alta la pressione? Cioè producendo acqua surriscaldata? Stai completamente travisando i principi del DM 75, dai retta

[SERGIARA]

Ma niente affatto... trovami, nella raccolta R o in una qualsiasi altra pubblicazione, una conferma di questa tua credenza

Non è una credenza, ma una opinione che mi sono fatto leggendo chi ne sa più di me. "Manuale di energia solare"- V.Bearzi-ED 2009 - Par 5.6.1

Certo, ma nel caso il generatore sia uno scambiatore, il circuito che è soggetto a Inail è il secondario, non il primario. I collettori solari in particolare, sono trattati al capitolo R.3.H che ti ho citato, dove il concetto è ribadito...

Qui hai ragione, forse l'ora tarda ... Quindi la Raccolta R non si applica, se non si applica allora, per dimensionare il VE devo applicare le leggi della fisica (Mariotte e compagni) e la PED e ricado nella formula riportata nella Raccolta R dove però devo scegliere opportunamente i valori da inserire.

Impedire la vaporizzazione tenendo alta la pressione? Cioè producendo acqua surriscaldata? Stai completamente travisando i principi del DM 75, dai retta

Hai appena affermato, giustamente, che il primario del circuito solare non ricade nella Raccolta R, quindi lì posso avere acqua surriscaldata come in effetti avviene e previsto dalla Raccolta R CAP.R.1.A. quindi non traviso niente.

Il problema che ho posto è :
come calcolare in questi casi il VE ?
come giustificare le formule "empiriche" che sono riportate dai vari costruttori di vasi ?

[Dalmata75]

cio' che penso:
- per piccoli impianti dove non conviene o non posso implementare soluzioni particolari allora mi rassegno al fatto che questi possano, anzi debbano, andare in stagnazione e prevedo un vaso di espansione allo scopo;
- per gli impianti ove posso, prevedo elementi o tecnologiche che evitano la stagnazione per esempio eliminando l'acqua dal pannello quando non serve prelevare l'energia da questo captata o altro.

Interessato a leggere altre opinioni.

[mat]

Hai appena affermato, giustamente, che il primario del circuito solare non ricade nella Raccolta R, quindi lì posso avere acqua surriscaldata come in effetti avviene e previsto dalla Raccolta R CAP.R.1.A. quindi non traviso niente.

Se parliamo del primario che è extra-Inail sì, forse puoi avere acqua surriscaldata, ma siccome mi sembrava che tu estendessi il discorso a qualsiasi circuito con vaso di espansione (inoltre prima pensavi che anche il primario solare fosse soggetto inail ) ti ho "stoppato".

[SERGIARA]

ti ho "stoppato".

Grazie !

[soloalfa]

cio' che penso:
- per piccoli impianti dove non conviene o non posso implementare soluzioni particolari allora mi rassegno al fatto che questi possano, anzi debbano, andare in stagnazione e prevedo un vaso di espansione allo scopo;
- per gli impianti ove posso, prevedo elementi o tecnologiche che evitano la stagnazione per esempio eliminando l'acqua dal pannello quando non serve prelevare l'energia da questo captata o altro.

Interessato a leggere altre opinioni.

Ma scusa... il vaso serve a compensare l'aumento di volume, è l'aumento di pressione del vaso ad aumentare la temperatura di ebollizione. Il vaso in sè non è un dispositivo antistagnazione. Su impianti con tubazioni poco estese il consiglio dei costruttori è quello di mettere un prevaso a protezione del vaso d'espansione.

[SERGIARA]

per piccoli impianti dove non conviene o non posso implementare soluzioni particolari allora mi rassegno al fatto che questi possano, anzi debbano, andare in stagnazione e prevedo un vaso di espansione allo scopo;

Mi ripeto:
Bisogna progettare gli impianti solari in modo da evitare la stagnazione. Non bisogna

rassegnarsi

alla stagnazione.
La stagnazione è un fenomeno violento che provoca trasformazione istantanea da liquido in vapore, con volumi specifici del vapore anche di 200/300 volte superiori a quelli del liquido (dipende dalla temperatura).
Il VE ha lo scopo, oltre a permettere la espansione del liquido, di mantenere però la pressione ad un valore maggiore rispetto a quello di vaporizzazione alla temperatura di stagnazione indicata dal costruttore.
Se il vaso è troppo grande, la pressione si abbassa troppo e scende al di sotto di quella di vaporizzazione alla T stagnazione, permettendo il passaggio da liquido a vapore nella zona dei collettori.

[Dalmata75]

Il vaso in sè non è un dispositivo antistagnazione.

non ho mai scritto il contrario. Semmai ho scritto che per piccoli impianti dove non sono previsti sistemi di smaltimento del calore in esubero allora affido al vaso di espansione la gestione del fenomeno della stagnazione, magari verificando la possibilità di salire con le pressioni di precarica del caso per spostare in alto le temperature di vaporizzazione avvicinandomi a quelle di stagnazione del pannello.
La tipologia di pannello infatti gioca un ruolo importante in relazione proprio alla sua temperatura di stagnazione.

relativamente al prevaso negli impiatni poco estesi, mi pare infatti che la sua funzione sia proprio quella di aumetare il volume del circuito per consentire che il vapore prodotto dalla stagnazione non arrivi sulla membrana del vaso di espansione.

[Dalmata75]

Bisogna progettare gli impianti solari in modo da evitare la stagnazione. Non bisogna
rassegnarsi
alla stagnazione.

difatti quando mi capita di progettare un impianto solare termico cerco sempre di prevedere sistemi che evitino la stagnazione. Che sia tramite dissipatori, sistemi a vuotamento o altro questo dipende da fattori specifici del progetto.

[soloalfa]

Il vaso in sè non è un dispositivo antistagnazione.

non ho mai scritto il contrario. Semmai ho scritto che per piccoli impianti dove non sono previsti sistemi di smaltimento del calore in esubero allora affido al vaso di espansione la gestione del fenomeno della stagnazione, magari verificando la possibilità di salire con le pressioni di precarica del caso per spostare in alto le temperature di vaporizzazione avvicinandomi a quelle di stagnazione del pannello.
La tipologia di pannello infatti gioca un ruolo importante in relazione proprio alla sua temperatura di stagnazione.

relativamente al prevaso negli impiatni poco estesi, mi pare infatti che la sua funzione sia proprio quella di aumetare il volume del circuito per consentire che il vapore prodotto dalla stagnazione non arrivi sulla membrana del vaso di espansione.

ok la pensiamo uguale