ITAN20130208A1 - Pannello solare fototermale comprendente una sostanza adsorbente - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

annessa a domanda di Brevetto per Invenzione avente per titolo:

“PANNELLO SOLARE FOTOTERMALE COMPRENDENTE UNA SOSTANZA ADSORBENTEâ€

D E S C R I Z I O N E D E L L ’ I N V E N Z I O N E

Forma oggetto della presente invenzione un semplice dispositivo per il controllo dell’umidità nella camera in cui à ̈ confinato l’assorbitore dei pannelli solari piani fototermali (di qui in poi più brevemente “pannelli solari piani†o “pannelli solari†, escludendo i pannelli solari fototermali a tubi sottovuoto).

L’invenzione à ̈ anche applicabile a pannelli solari fototermali a tubi sottovuoto ove la loro geometria lo permetta.

Per catturare l’umidità presente nell’aria in contenitori vari à ̈ molto diffuso l’uso di sostanze adsorbenti.

Tra le più note di tali sostanze vi sono il gel di silice e le zeoliti, sia naturali che artificiali.

Di tali sostanze si fa grande uso, tra l’altro, in piccoli contenitori di oggetti delicati, suscettibili di essere danneggiati dall’umidità, nei vetri ad intercapedine delle finestre, per prevenire la condensa, ed infine nella cassa dei pannelli solari piani fototermali anche qui per impedire formazione di condensa sulla faccia interna del vetro di copertura. Tal fenomeno si presenta, infatti, quando il vetro di copertura, in assenza di insolazione, di notte in particolare, si raffredda al di sotto del punto di rugiada (o temperatura di saturazione) corrispondente alla umidità contenuta nell’aria. Al ritorno del sole, l’assorbimento di energia solare da parte dell’assorbitore à ̈ parzialmente impedito sino a che la temperatura del vetro non torna al di sopra della temperatura di saturazione facendo evaporare la rugiada.

In teoria, ovviamente, il fenomeno à ̈ evitato se la cassa del pannello solare à ̈ perfettamente ermetica e precedentemente riempita di aria essiccata (cioà ̈ con punto di rugiada molto basso).

In pratica tali accorgimenti sarebbero troppo costosi ed inaffidabili in un pannello solare quindi l’aria contenuta nella cassa à ̈ quella intrappolata dall’ambiente del reparto produttivo che poi, via via nel tempo, à ̈ sostituita con quella presente nella zona operativa mentre à ̈ prassi introdurre nella cassa dei pannelli solari una sostanza adsorbente/desorbente (di qui in poi, per brevità, “sostanza adsorbente†) che assorbe l’umidità quando si raffredda e la rilascia quando à ̈ riscaldata.

L’umidità da catturare non à ̈ in realtà solo quella dell’aria ma anche dello strato isolante che in genere à ̈ di materiale poroso (quasi sempre lana di roccia) e non essiccato in fase di assemblaggio; à ̈ importante che tal materiale sia mantenuto asciutto perché l’umidità ne abbassa le caratteristiche di isolamento termico.

Se mezzi e processi di adsorbimento/desorbimento sono efficienti e la sostanza adsorbente à ̈ di quantità sufficiente, quest’ultima mantiene sempre il punto di rugiada dell’aria sufficientemente basso da evitare la condensa.

Non vi à ̈ problema a prevedere la sufficiente quantità di sostanza adsorbente, trattandosi di materiali di bassissimo costo; invece i mezzi in uso per ottenere un efficacie e pronto adsorbimento/desorbimento sono del tutto insoddisfacenti, specie in zone climatiche dove l’umidità dell’aria à ̈ maggiore e/o le temperature operative del pannello solare sono mediamente più basse.

Si deve osservare che la sostanza adsorbente à ̈ necessariamente depositata nella cassa del pannello solare racchiusa in un sacchetto poroso, ad evitare che i singoli grani si disperdano liberamente ovunque, che, per tenerlo nascosto alla vista, à ̈ posizionato tra la piastra assorbente e lo strato isolante.

Ciò comporta almeno i due inconvenienti seguenti.

ï€ la sostanza adsorbente à ̈ confinata in una piccola zona e quindi vi à ̈ difficoltà ad avere, per diffusione, la pronta migrazione dell’umidità da tutta l’aria della cassa ed ancor più dal vetro di copertura;

ï€ la sostanza adsorbente, così confinata, segue con molto ritardo il raffreddamento/riscaldamento della lastra di vetro ed a volte non completamente così la sua prevenzione della formazione di condensa non à ̈ né pronta né, a volte, completa; più esattamente, quando il vetro si raffredda scendendo al punto di rugiada caratteristico del contenuto igrometrico del momento, la sostanza adsorbente non si raffredda abbastanza rapidamente da poter assorbire ulteriore umidità per essiccare l’aria e, quindi, provocare, a sua volta, l’abbassamento del punto di rugiada.

In definitiva, se anche la quantità di sostanza adsorbente à ̈ sufficiente a mantenere il punto di rugiada sempre al di sotto delle temperature della lastra di copertura minime prevedibili in normali condizioni operative, la condensa di fatto si forma comunque per la lentezza del processo dovuta al confinamento della sostanza adsorbente in un sacchetto ed il problema non à ̈ risolvibile aumentando la quantità di sostanza adsorbente.

Scopo principale della presente invenzione à ̈ di indicare mezzi per risolvere almeno in parte gli attuali inconvenienti di inefficace prevenzione della condensa del vetro di copertura di un pannello solare piano.

Ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ garantire con più efficacia che attualmente che lo strato isolante si mantenga asciutto.

Ulteriori caratteristiche, vantaggi e risultati del presente trovato risulteranno meglio evidenziati dalla seguente descrizione di un alcune versioni base di un mezzo adsorbente conforme alle rivendicazioni principali e di alcune preferite varianti conformi alle rivendicazioni dipendenti, il tutto illustrato, a puro titolo esemplificativo e non limitativo, nelle allegate tavole di disegno, in cui:

ï€ la fig. 1 mostra, in sezione, parte della cassa di un pannello solare piano avente assorbitore secondo una prima configurazione di per sé nota;

ï€ la figg. 2 mostra, in sezione, parte della cassa di un pannello solare piano avente assorbitore secondo una seconda configurazione di per sé nota; Salvo altrimenti precisato, nella presente relazione qualsiasi riferimento spaziale quali i termini in alto/in basso, anteriore/posteriore, destro/sinistro ecc. si riferiscono alla posizione in cui gli elementi sono rappresentati nelle figure allegate.

L’invenzione viene ora descritta con riferimento ad alcune varianti preferite.

Secondo l’invenzione, la funzione di adsorbimento dell’umidità all’interno della cassa di un pannello solare à ̈ assolta da una sostanza adsorbente distribuita in uno strato e fatta aderire (vincolata) con opportuni mezzi noti su almeno parte di almeno una faccia di una lastra di supporto non necessariamente piana introdotta nella cassa del pannello solare ed estesa sostanzialmente per tutta la superficie in pianta della cassa medesima in modo che tal materiale adsorbente si trovi distribuito sostanzialmente in tutto lo spazio sottostante l’assorbitore del pannello solare medesimo e preferibilmente rivolto verso tale spazio.

In particolare, quanto a materiale adsorbente, sono preferite le zeoliti. Tal lastra di supporto à ̈ preferibilmente una lastra metallica.

Il processo di applicazione delle zeoliti su una lastra di supporto à ̈ noto e qui di seguito brevemente riassunto in una delle varianti conosciute.

Viene preparata una soluzione acquosa di zeolite ed agglomeranti (“binder†in gergo). La soluzione viene applicata a temperatura ambiente sulla superficie da trattare e quindi lasciata evaporare a 80 °C per circa 8 ore. Lo strato di zeolite che si ottiene sulla superficie di supporto à ̈ di spessore variabile a seconda della concentrazione iniziale della soluzione e del numero di trattamenti fatti. Si può giungere facilmente ad applicare sino ad 1 g di zeolite per dm<2>di superficie di supporto. Il rivestimento così ottenuto risulta stabile sino ad almeno 300 °C e permeabile al vapor d’acqua che così può essere adsorbita e desorbita.

Supponendo che la detta lastra di supporto sia estesa sostanzialmente per tutta la superficie in pianta del pannello solare, il quale ha uno spessore che normalmente non supera 1 dm, la quantità di zeolite in tal modo introducibile nella cassa del pannello solare à ̈ pari a circa 1 g per dm<3>di volume della cassa.

Di questo volume circa la metà à ̈ occupato dall’aria (intercapedini tra lastra vetrata ed assorbitore, tra questo e l’isolante e all’interno dell’isolante). Di conseguenza, ogni dm<3>di aria ha a disposizione sino a 2 g di zeolite.

Considerando che, pur in condizioni climatiche di elevata umidità, 1 dm<3>di aria non contiene più di qualche centesimo di grammo di vapor acqueo (0,025 g a 35 °C e 70% di UR) e che un grammo di zeolite essiccata à ̈ in grado di assorbire, se in piena efficienza, più di 0,25 g di acqua, la quantità di zeolite così introdotta nella cassa à ̈ in grado di riportare le condizioni microclimatiche interne alla cassa al di sotto del punto di rugiada dell’aria..

Tali calcoli sono stati stesi solo a dimostrare che i mezzi previsti dall’invenzione sono piu che sufficienti ad introdurre nella cassa di un pannello solare la quantità di zeolite ritenuta sufficiente.

Con riferimento alla fig. 1, di un pannello solare piano 1 à ̈ mostrata la cassa 1.1, il vetro di copertura 1.2, l’isolante termico 1.3, l’assorbitore 2 comprendente la piastra assorbente 2.1 ed i canali 2.2 in forma di tubetti del circuito del fluido termovettore.

L’isolante termico 1.3 in genere à ̈ lana di roccia ed ha la faccia rivolta verso l’assorbitore 2 ricoperta da un foglio di alluminio 1.31 non solo con funzioni protettive ma anche di riflessione dell’infrarosso.

Della piastra assorbente 2.1 sono indicate la faccia anteriore 2.1.a e la faccia posteriore 2.1.p.

Con 3 à ̈ indicato lo spazio occupato dall’aria di cui va limitata l’umidità. La fig. 2 differisce dalla fig. 1 solo per il fatto che i canali 2.2 del circuito del fluido termovettore, anziché consistere in tubetti saldati alla piastra assorbente 2.1, sono, secondo tecnologie note, canali schiacciati non applicati ma ricavati direttamente dal materiale della piastra assorbente 2.1 ottenuta per stampaggio separato e successiva saldatura delle facce anteriore 2.1.a e posteriore 2.1.p e successivo accoppiamento oppure secondo la tecnica di formatura per rigonfiamento nota come roll bond .

In linea di principio gli scopi dell’invenzione sono raggiunti secondo una prima variante (non mostrata nelle figure) che prevede l’introduzione, tra l’assorbitore 2 e l’isolante termico 1.3, di una lastra supportante su almeno parte di almeno una faccia il materiale adsorbente secondo l’invenzione.

In realtà, l’invenzione prevede varianti molto più semplici ed economiche. Secondo una seconda variante il materiale adsorbente à ̈ depositato direttamente sulla faccia posteriore 2.1.p dell’assorbitore 2 il quale quindi funge anche da detta lastra di supporto.

Se l’assorbitore 2 à ̈ del tipo di fig. 1, dove i canali 2.2 sono tubetti saldati alla piastra assorbente 2.1, vi sono due possibili alternative:

ï€ il materiale adsorbente à ̈ depositato dopo la avvenuta saldatura dei canali 2.2 alla piastra assorbente 2.1 sia sulla faccia posteriore 2.1.p che, eventualmente, sui canali 2.2 medesimi;

ï€ il materiale adsorbente à ̈ depositato prima della saldatura dei canali 2.2 alla piastra assorbente 2.1 ma lasciando libere le zone destinate alla saldatura;

La seconda alternativa mostra che à ̈ possibile la produzione in continuo di un semilavorato destinato a comporre la piastra assorbente 2.1 dove la faccia anteriore 2.1.a e la faccia posteriore 2.1.p sono già complete, la prima di trattamento per l’assorbimento dell’energia solare e la seconda di trattamento per l’adsorbimento del vapor acqueo.

Se l’assorbitore 2 à ̈ del tipo di fig. 2, dove i canali 2.2 sono canali schiacciati ricavati direttamente dalla piastra assorbente 2.1 il materiale adsorbente à ̈ depositato dopo la avvenuta composizione dell’assorbitore 2 medesimo a meno che esso non sia ottenuto con la già detta tecnologia roll bond; in tal caso il materiale adsorbente à ̈ depositabile prima della formatura dei canali 2.2 eventualmente lasciando libere le zone destinate ad essere deformate per la formatura dei canali 2.2 medesimi.

In definitiva il materiale adsorbente à ̈ depositato non necessariamente sull’intera estensione della faccia posteriore 2.1.p dell’assorbitore 2 e non necessariamente sull’assorbitore 2 già completato.

Secondo una terza variante, applicabile in pannelli solari il cui isolante termico 1.3 ha la faccia rivolta verso l’assorbitore 2 ricoperta dal foglio 1.31, il materiale adsorbente à ̈ depositato sulla faccia esterna 1.31.e di tal foglio 1.31 che non necessariamente, come si farà osservare tra poco, deve essere di alluminio.

Sono evidenti i vantaggi dell’invenzione secondo una qualsiasi delle possibili varianti descritte, che vanno comunque intese come indicative e non esclusive.

Per come il materiale adsorbente à ̈ disposto e distribuito secondo l’invenzione, a contatto o nelle strette vicinanze dell’assorbitore 2, esso ne segue immediatamente le variazioni di temperatura raffreddandosi e riscaldandosi all’unisono o comunque senza sostanziali tempi di ritardo; inoltre l’umidità dell’aria migra facilmente dall’aria medesima alla molto estesa superficie del materiale adsorbente così che l’adsorbimento ed il desorbimento sono molto efficienti mantenendo facilmente il punto di rugiada dell’aria continuamente al disotto delle variabili temperature della lastra vetrata.

E’ definita temperatura massima di stagnazione di un pannello fototermale la temperatura a cui si porta il pannello alle massime temperature ambiente ed al massimo irraggiamento solare operativamente possibili ed in assenza di raffreddamento ad opera del fluido termovettore.

Poiché il rivestimento ottenuto come sopra descritto risulta stabile sino ad almeno 300 °C, mentre la temperatura massima di stagnazione di un pannello solare piano non supera i 150 ÷ 160 °C, il processo risulta affidabile ed in realtà anche applicabile alla maggior parte dei pannelli a tubo sottovuoto, dove la loro geometria lo permette.

Molte altre varianti sono possibili senza uscire dall’ambito dell’invenzione.

Ad esempio, tutto à ̈ stato sin esposto con riferimento alla zeolite (che può essere sia naturale che artificiale) ma anche gel di silice à ̈ utilizzabile quale sostanza adsorbente considerato che anche esso à ̈ depositabile ed ancorabile su superfici estese con processi noti molto simili a quello descritto per la zeolite.

Tali processi, peraltro, non richiedono che la lastra di supporto sia metallica; essa, ad esempio, potrebbe essere anche di cartone estendendo l’applicabilità dell’invenzione a pannelli solari muniti di isolante termico 1.3 con la faccia rivolta verso l’assorbitore 2 ricoperta da un foglio di cartone che può essere utilizzato quale supporto del materiale adsorbente .

Anche qualsiasi altra sostanza con proprietà adsorbente il vapor d’acqua ed applicabile secondo i processi e con i risultati sopra descritti à ̈ compresa nell’invenzione in quanto essa si riferisce non a particolari sostanze adsorbenti ma a particolari mezzi di supporto delle medesime.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI Riv. 1 Pannello solare fototermale (1) piano o a tubi sottovuoto includente della sostanza adsorbente il vapor d’acqua allo scopo di mantenere il punto di rugiada dell’aria umida contenuta nella sua cassa (1.1) al di sotto delle temperature operative del pannello solare fototermale (1) medesimo caratterizzato dal fatto che detta sostanza adsorbente à ̈ distribuita e fatta aderire in uno strato su almeno parte di almeno una faccia (2.1.p; 1.31.e) di una lastra di supporto (2.1, 2.2; 1.31) introdotta nella detta cassa (1.1) ed estesa sostanzialmente per tutta la superficie in pianta della cassa (1.1) medesima. Riv.
2. 2 Pannello solare fototermale (1) secondo la riv. precedente caratterizzato dal fatto che detta lastra di supporto (2.1, 2.2; 1.31) Ã ̈ la piastra assorbente (2.1) e detta faccia (2.1.p; 1.31.e) Ã ̈ faccia posteriore (2.1.p) di detta piastra assorbente (2.1). Riv.
3. 3 Pannello solare fototermale (1) secondo la riv. precedente caratterizzato dal fatto che detta sostanza adsorbente à ̈ distribuita anche sui canali (2.2) del circuito fluido termovettore. Riv.
4. 4 Pannello solare fototermale (1) secondo la riv.1 caratterizzato dal fatto che ï€ detto pannello solare fototermale (1) à ̈ un pannello fototermale piano provvisto di isolante termico (1.3); ï€ il detto isolante termico (1.3) di detto pannello solare fototermale (1) ha la faccia rivolta verso il detto assorbitore (2) ricoperta da un foglio (1.31); ï€ detta lastra di supporto (2.1, 2.2; 1.31) à ̈ il foglio (1.31) che ricopre la faccia dell’isolante termico (1.3) rivolta verso il detto assorbitore (2) e detta faccia (2.1.p; 1.31.e) à ̈ la faccia esterna (1.31.e) di tal foglio (1.31). Riv.
5. 5 Pannello solare fototermale (1) secondo la riv. precedente caratterizzato dal fatto che detto foglio (1.31) Ã ̈ di alluminio. Riv.
6. 6 Pannello solare fototermale (1) secondo qualunque riv. precedente caratterizzato dal fatto che detta sostanza adsorbente à ̈ una qualunque sostanza adsorbente suscettibile di essere fatta aderire a detta lastra di supporto (2.1, 2.2; 1.31). Riv.
7. 7 Pannello solare fototermale (1) secondo la riv. precedente caratterizzato dal fatto che detta sostanza adsorbente à ̈ zeolite.