Approfondimento: Gli Scenari Applicativi Ottimali dell'Energia Solare Termica + Riscaldamento dell'Energia dell'Aria

Il sistema di riscaldamento combinato che utilizza energia solare ed energia dell'aria è essenzialmente un modello complementare di risparmio energetico basato su "priorità al calore solare + energia supplementare da pompe di calore". L'energia solare assorbe calore gratuitamente, soddisfacendo il fabbisogno di riscaldamento di base; la pompa di calore ad aria fornisce un apporto energetico stabile durante i periodi di insufficiente energia solare, come nelle giornate nuvolose e di notte. Ciò riduce i costi di esercizio delle tradizionali pompe di calore ad aria e compensa la natura intermittente del riscaldamento solare. I principali vantaggi di questa soluzione combinata sono le basse emissioni di carbonio, i bassi costi di esercizio e l'elevata stabilità. Tuttavia, è limitata da fattori quali la superficie del collettore solare, le condizioni di installazione e le condizioni climatiche, e potrebbe non essere applicabile in tutti gli scenari.

01 Quali scenari sono più ragionevoli dal punto di vista economico?

Il sistema Solare Termico + Energia Aerea, pur avendo un costo iniziale elevato, può mostrare una maggiore efficienza economica nei seguenti scenari grazie al suo elevato tasso di contribuzione:

1. Edifici pubblici e commerciali che beneficiano di sostanziali sussidi agli investimenti

In molte regioni, le politiche di sussidi per la ristrutturazione energetica offrono un maggiore sostegno agli edifici pubblici come scuole, ospedali e case di cura. I sussidi possono compensare direttamente il costo iniziale di installazione dell'impianto di riscaldamento solare, consentendo di realizzare il valore del "combustibile gratuito" in un periodo di tempo più breve.

2. Configurazione standard per nuovi edifici a basso consumo energetico

Nel perseguimento di standard edilizi a bassissimo consumo energetico e quasi zero, l'utilizzo del solare termico è diventato un'opzione tecnica di tipo "risposta standard". La progettazione integrata nella fase iniziale evita i costi e i problemi di un'installazione successiva e l'energia generata contribuisce direttamente all'obiettivo di bilancio energetico dell'edificio, con un valore superiore al semplice risparmio sui costi di gestione.

3. Scenari che richiedono una grande quantità di acqua calda sanitaria durante tutto l'anno

Questo è il settore in cui la redditività economica dell'energia solare è più indiscutibile. Scenari come hotel, piscine, stabilimenti balneari e fabbisogni di acqua calda sanitaria industriali presentano un fabbisogno di acqua calda sanitaria stabile durante tutto l'anno. Gli impianti solari funzionano senza interruzioni durante tutto l'anno e generano persino calore in eccesso in estate. In tali applicazioni, il tasso di utilizzo annuo dell'energia solare è prossimo al 100% e il periodo di ammortamento dell'investimento è spesso il più breve (solitamente 3-6 anni), e la sua relazione con il riscaldamento è relativamente meno significativa. La domanda di riscaldamento non fa altro che aumentare ulteriormente il tasso di utilizzo delle apparecchiature in inverno.

4. Aree di transizione in cui la stagione del riscaldamento si sovrappone alla stagione di alta insolazione

Durante l'inizio dell'inverno e l'inizio della primavera nelle regioni settentrionali (come novembre e marzo), la temperatura esterna è ancora accettabile, ma il soleggiamento è ancora piuttosto buono. In questo periodo, l'impianto solare può soddisfare quasi autonomamente il fabbisogno di riscaldamento, mentre la pompa di calore ad aria deve essere attivata solo in condizioni di freddo estremo o nuvoloso. In queste aree, l'energia solare prolunga efficacemente il "periodo di riscaldamento gratuito" e il suo valore è molto considerevole.

02 Scenari di adattamento specifici

(1) Scenari di riscaldamento su larga scala per aree di stabilimenti industriali e riscaldamento per scopi produttivi

Oggetti applicabili:Edifici di supporto industriale quali officine di produzione, magazzini di stoccaggio, dormitori del personale ed edifici per uffici, particolarmente adatti per settori con requisiti di temperatura stabile, come l'industria alimentare, tessile ed elettronica.

Motivi applicabili:

1. Carico termico stabile e ampio: l'area di riscaldamento degli impianti industriali è solitamente compresa tra diverse migliaia e decine di migliaia di metri quadrati e alcuni processi hanno esigenze di riscaldamento a bassa temperatura (come il mantenimento di una temperatura costante di 20 °C nelle officine, la pulizia con acqua calda, ecc.). "Energia solare + energia dell'aria" possono soddisfare contemporaneamente le esigenze di riscaldamento e di processo, ottenendo un utilizzo a cascata dell'energia.

2. Risorse abbondanti del sito: i tetti degli stabilimenti industriali, i soffitti dei parcheggi e gli spazi aperti inutilizzati possono essere tutti dotati di collettori solari, pannelli fotovoltaici o PVT. Alcuni stabilimenti industriali possono anche essere combinati con pensiline fotovoltaiche per auto per ottenere il doppio vantaggio di "generazione di energia solare + riscaldamento".

3. Significativi vantaggi in termini di risparmio energetico: i costi dell'elettricità industriale sono più elevati di quelli per uso residenziale. Il riscaldamento elettrico tradizionale o il riscaldamento a gas sono costosi. Il sistema combinato può ridurre significativamente il consumo di energia per il riscaldamento.

Soluzione:Collettori solari + energia dell'aria, PVT + energia dell'aria, solare termico + fotovoltaico + energia dell'aria e altri schemi di accoppiamento energetico.

(II) Progetti specializzati nel turismo e nell'accoglienza come locande turistiche culturali e parchi sanitari

Destinatari:Progetti turistici e ricettivi che enfatizzano l'immagine del marchio "verde e a basse emissioni di carbonio", come cluster di locande, basi di assistenza sanitaria nelle foreste e resort termali.

Motivi di adattamento:

1. Allineamento con il posizionamento del marchio: il posizionamento del progetto si concentra sui concetti di "ecologia, protezione ambientale e salute" e il sistema di riscaldamento a energia solare + energia dell'aria può fungere da punto di vendita principale, trasmettendo ai turisti il ​​valore di una vita verde e confortevole.

2. Periodi di riscaldamento flessibili: il fabbisogno di riscaldamento di locande e centri sanitari si verifica principalmente di notte e durante le vacanze. L'energia solare può immagazzinare calore durante il giorno, adattandosi ai modelli di riscaldamento basati sull'orario, riducendo ulteriormente i costi operativi.

3. Installazione ecocompatibile: La maggior parte dei progetti residenziali si trova in zone suburbane o paesaggistiche, con buone condizioni di illuminazione e una disposizione degli edifici non troppo fitta, il che si presta all'installazione distribuita di collettori solari e consente un'elevata integrazione con il paesaggio naturale.

Soluzione:È possibile abbinare il design personalizzato delle guesthouse e adottare una combinazione di collettori solari e pompe di calore ad aria, tenendo conto sia dell'estetica che della praticità; è inoltre previsto un sistema di controllo intelligente della temperatura per ottenere la regolazione stanza per stanza e ridurre gli sprechi energetici. 

(III) Scenario di riscaldamento a temperatura costante per serre agricole di piantagione e allevamento

Oggetti applicabili:Serre per piantine, serre per fiori, serre per frutta e verdura fuori stagione, capannoni per l'allevamento del bestiame (come capannoni per suinetti, capannoni per l'allevamento di pollame), ecc., che sono scenari di allevamento e piantagione sensibili alla temperatura.

Motivi applicabili:

1. Corrispondenza della domanda di temperatura: la domanda di riscaldamento delle serre agricole è solitamente compresa tra 5℃ e 25℃, che rappresenta un fabbisogno di riscaldamento a temperatura medio-bassa e corrisponde perfettamente all'intervallo di temperatura di riscaldamento dell'energia solare + riscaldamento dell'energia dell'aria.

2. Sincronizzazione dell'uso di luce e calore: durante il giorno, le serre hanno bisogno della luce solare per la fotosintesi e i collettori solari possono assorbire simultaneamente il calore per il riscaldamento; quando la temperatura scende bruscamente di notte, le pompe di calore ad aria iniziano a reintegrare il calore per evitare che i raccolti e il bestiame si congelino.

3. Incremento dei sussidi agricoli: molte regioni offrono sussidi speciali per impianti agricoli a risparmio energetico. Il sistema di riscaldamento solare + aria può beneficiare di sussidi combinati per macchinari agricoli e risparmio energetico, riducendo l'investimento iniziale.

Soluzione:Utilizzare collettori solari piatti (resistenti alla grandine, facili da pulire) o collettori solari ad aria, combinati con un sistema di aria calda con pompa di calore ad aria, per soffiare direttamente aria calda nella serra per migliorare l'efficienza del riscaldamento; installare sensori di controllo della temperatura per ottenere una regolazione automatica della temperatura.

(IV) Scenario di riscaldamento centralizzato urbano

Oggetti applicabili:Nuove comunità residenziali nelle città, progetti di ristrutturazione del riscaldamento in vecchie aree residenziali, particolarmente adatti a città di piccole e medie dimensioni e aree di contea con migliori condizioni di illuminazione.

Motivi applicabili:

1. Adattamento alla scala di riscaldamento: il riscaldamento centralizzato urbano deve soddisfare il fabbisogno di riscaldamento simultaneo di più abitazioni e di ampie aree. I collettori solari possono ampliare l'area di raccolta del calore attraverso una combinazione modulare, mentre le pompe di calore ad aria possono regolare in modo flessibile la potenza erogata in base al carico termico, adattandosi a diverse esigenze di riscaldamento.

2. Risparmio energetico e vantaggio economico: il riscaldamento centralizzato consuma una grande quantità di energia. L'energia solare, in quanto fonte energetica gratuita e pulita, può sostituire gran parte dell'elettricità e del gas convenzionali. In combinazione con le efficienti caratteristiche di risparmio energetico delle pompe di calore ad aria (con un valore COP tipicamente compreso tra 3 e 4), rispetto al riscaldamento tradizionale a carbone o elettrico puro, può ridurre significativamente i costi operativi a lungo termine.

3. Requisiti politici e ambientali: attualmente, le autorità locali controllano rigorosamente il riscaldamento a carbone e promuovono vigorosamente il riscaldamento a energia pulita. Il sistema solare+aria ha zero emissioni inquinanti ed è in linea con gli obiettivi “dual carbon” e con le politiche di tutela dell'ambiente urbano. Può godere di sussidi speciali locali per il riscaldamento ad energia pulita e di fondi di sostegno per la ristrutturazione di vecchie aree residenziali.

4. Stabilità al servizio della domanda: il riscaldamento centralizzato urbano ha elevati requisiti di stabilità del sistema. Durante il giorno, si affida ai collettori solari per soddisfare il fabbisogno di riscaldamento di base. Nei periodi di scarsa luce solare, come pioggia, neve o notte, le pompe di calore ad aria forniscono rapidamente riscaldamento supplementare per garantire una temperatura interna costante (tipicamente mantenuta tra 8 °C e 22 °C), evitando interruzioni del riscaldamento.

Soluzione:Utilizzare collettori solari centralizzati (tubi a vuoto o collettori piani EFPC di grandi dimensioni, selezionati in base alle condizioni di illuminazione locali), combinarli con serbatoi d'acqua isolati di grande capacità per immagazzinare calore e utilizzare unità di pompe di calore ad aria come fonti di calore ausiliarie, collegandosi alla rete di riscaldamento urbano esistente; configurare un sistema di controllo centrale intelligente per monitorare la temperatura, la pressione della rete e l'efficienza del collettore solare in tempo reale, cambiare automaticamente le modalità di riscaldamento e supportare la misurazione da parte delle famiglie, tenendo conto del risparmio energetico e delle esigenze individuali degli utenti.

03 Caratteristiche chiave per massimizzare il contributo dell'energia solare

(I) Caratteristiche climatiche: abbondante luce solare + freddo a lungo termine

1. Scenario ideale: aree ad alta quota e molto soleggiate (nord-ovest, altopiano del Qinghai-Xizang). Sebbene la temperatura invernale sia bassa, ci sono molte giornate di sole, meno copertura nuvolosa e un'elevata intensità di radiazione solare. I collettori solari, in condizioni meteorologiche fredde e soleggiate, purché protetti dal gelo, hanno comunque un'elevata efficienza di raccolta del calore e possono fornire un notevole calore a bassa temperatura, riducendo significativamente il carico delle pompe di calore. La perdita di calore causata dalla differenza di temperatura può essere compensata migliorando l'isolamento.

2. Ambiente adatto: regioni con inverni freddi ed estati calde e aree con luce solare relativamente abbondante. Ad esempio, alcune parti della Cina settentrionale e la regione di Huaihai, dove c'è sufficiente luce solare in inverno, l'energia solare può soddisfare i requisiti di carico di base.

3. Scenari inadatti: condizioni invernali fredde e umide, aree con lunghi periodi di scarsa luce solare. Ad esempio, regioni come il bacino del Sichuan, l'Hunan e parti del Guizhou, dove la radiazione solare in inverno è gravemente insufficiente, con conseguenti elevati tassi di inattività degli impianti solari e scarsa efficienza economica.

(II) Caratteristiche architettoniche: adattamento preciso del carico termico

1. Corrispondenza ottimale:

(1) Edifici in cui il picco di richiesta di calore durante il giorno coincide con il picco di radiazione solare. Ad esempio: scuole, uffici, officine, magazzini, ecc. Questi edifici richiedono riscaldamento durante le ore diurne. L'energia solare può essere direttamente "disponibile all'istante" e non necessita di accumulo a lungo termine e ad alta perdita. L'efficienza del sistema e il tasso di contributo sono i più elevati.

(2) Utilizzo stabile e di grande carico termico: l'area di riscaldamento degli impianti industriali è solitamente di diverse migliaia o decine di migliaia di metri quadrati e alcuni processi hanno una richiesta di calore a bassa temperatura (come il mantenimento di una temperatura costante di 20°C nelle officine, la pulizia con acqua calda, ecc.). "Energia solare + energia atmosferica" ​​può soddisfare contemporaneamente le richieste di riscaldamento e calore di processo, ottenendo un utilizzo dell'energia a cascata.

(3) Utilizzo del calore durante tutto l'anno: c'è una grande richiesta di acqua calda sanitaria durante tutto l'anno. Il tasso di utilizzo annuo dell'energia solare è quasi del 100%, riducendo significativamente il periodo di ammortamento dell'investimento e il riscaldamento invernale può migliorare ulteriormente l'utilizzo delle apparecchiature.

2. Buona corrispondenza: aree con carico termico di base stabile. Come piscine a temperatura costante, stagni per l'acquacoltura e serre. Questi luoghi devono mantenere una temperatura relativamente stabile 24 ore al giorno. Il calore gratuito del sole durante il giorno può essere iniettato direttamente per mantenere la temperatura o rallentarne il calo, riducendo significativamente il consumo di energia convenzionale.

Conclusione: 

Dagli edifici pubblici ad alta efficienza energetica, ai nuovi edifici a basso consumo energetico, al riscaldamento centralizzato urbano specifico, alle aree industriali, alle strutture ricettive turistiche distintive, agli scenari di produzione agricola e agli scenari di domanda di acqua calda che richiedono un riscaldamento stabile durante tutto l'anno, purché siano conformi alle caratteristiche fondamentali di "condizioni di illuminazione adeguate, carico termico stabile e risorse sufficienti del sito", è possibile ottenere il massimo utilizzo dell'energia solare e ridurre al minimo i costi di gestione del sistema.

BTE Solar è un fornitore a catena completa specializzato nell'"applicazione dell'energia termica pulita in tutti gli scenari", dedicato allo sviluppo e all'applicazione di diverse fonti di energia pulita come l'energia solare, l'energia geotermica e l'energia dell'aria. Fornisce servizi di alta qualità per l'energia termica, il riscaldamento, il raffreddamento e l'alimentazione per l'uso energetico degli edifici, la fornitura di calore industriale, la semina e l'allevamento, l'essiccazione, la costruzione di nuove infrastrutture e altri scenari. Essendo una piccola impresa nazionale con caratteristiche specializzate e innovative, la percentuale di ricercatori è del 16%, di cui il 50% opera nel settore da oltre 20 anni. Ha ottenuto 117 brevetti e soluzioni chiave. Dispone di diverse piattaforme di ricerca scientifica come l'Accademia Provinciale delle Scienze dello Shandong e la Base di Pratica per l'Innovazione Dottorale Post-Dottorato della Provincia dello Shandong. Incrementa costantemente la ricerca approfondita su tecnologie come i sistemi gemelli di calore ed energia, i sistemi di accumulo di energia interstagionale, i sistemi di trasmissione dell'energia e i sistemi di utilizzo intelligente dell'energia, promuovendo l'integrazione efficiente e il rapido sviluppo del nuovo settore dell'energia solare + termica pulita.