Solar cooling: il raffrescamento che sfrutta il calore del sole

Il solar cooling è la tecnologia che sembra ribaltare un paradosso: utilizzare il calore del sole per produrre freddo. È proprio questo il principio alla base di questa soluzione, che consente di climatizzare gli edifici sfruttando l’energia solare termica in supporto all’energia elettrica impiegata dai tradizionali gruppi frigoriferi a compressione.

Che cos’è il solar cooling

Sebbene sia ancora poco diffuso rispetto alle soluzioni basate su pompe di calore e fotovoltaico, il solar cooling è tra le applicazioni più interessanti nel panorama HVAC, soprattutto negli edifici con elevati fabbisogni di raffrescamento estivo. La sua peculiarità è sfruttare una risorsa energetica che raggiunge la massima disponibilità proprio quando aumenta la domanda di climatizzazione.

Con questo termine si identificano i sistemi di climatizzazione che utilizzano l’energia solare come fonte primaria per la produzione di acqua refrigerata destinata al raffrescamento degli ambienti. A differenza dei tradizionali condizionatori, nei quali un compressore elettrico alimenta il ciclo frigorifero, l’energia necessaria al processo viene fornita sotto forma di calore prodotto da collettori solari termici. Il sistema è generalmente composto da campo solare termico, accumulo di energia termica, gruppo frigorifero ad assorbimento o adsorbimento, circuito di distribuzione dell’acqua refrigerata e sistema di regolazione e supervisione. L’acqua refrigerata prodotta può alimentare ventilconvettori, pannelli radianti, travi fredde o unità di trattamento aria, analogamente a un normale chiller.

Uno dei principali punti di forza è la coincidenza tra disponibilità della fonte energetica e fabbisogno dell’utenza: nei mesi estivi l’irraggiamento solare è massimo, cresce la richiesta di raffrescamento e aumentano i consumi elettrici degli impianti. Il solar cooling permette quindi di ridurre l’assorbimento di energia elettrica dalla rete nei periodi di maggiore picco, sfruttando una fonte rinnovabile e riducendo le emissioni di CO₂ associate alla climatizzazione.

Come funziona un impianto solar cooling

Il cuore del sistema è costituito dai collettori solari, che trasformano l’irraggiamento in energia termica. Nella maggior parte delle applicazioni si utilizzano collettori sottovuoto, capaci di raggiungere temperature fino a 120°C; per impianti di grande taglia si impiegano anche collettori a concentrazione. Il calore raccolto viene accumulato in appositi serbatoi e inviato a una macchina frigorifera termica, dove avviene la trasformazione in energia frigorifera attraverso fenomeni di assorbimento o adsorbimento, con produzione di acqua refrigerata tra 7 e 15°C.

Assorbimento e adsorbimento: le differenze

Le macchine ad assorbimento sono le più diffuse nelle installazioni di media e grande potenza, e utilizzano le coppie acqua-bromuro di litio o acqua-ammoniaca; richiedono temperature comprese tra 80 e 110°C. Le macchine ad adsorbimento utilizzano materiali solidi come gel di silice o zeoliti, sono più semplici costruttivamente e funzionano anche con temperature di 60-80°C, risultando interessanti per impianti di piccola e media taglia.

Accumulo termico e prestazioni

Per garantire continuità di funzionamento è indispensabile un accumulo termico adeguatamente dimensionato, che stabilizza il funzionamento della macchina frigorifera e incrementa l’efficienza globale. L’efficienza si esprime tramite il COP, con valori tipici di 0,6-0,8 per i sistemi ad assorbimento e 0,5-0,7 per quelli ad adsorbimento — inferiori rispetto agli EER dei gruppi elettrici tradizionali, ma da valutare considerando che l’energia impiegata proviene in gran parte dal sole.

In quali edifici conviene

La convenienza aumenta al crescere della contemporaneità tra disponibilità solare e richiesta di raffrescamento: alberghi, ospedali, uffici, centri commerciali e alcuni settori industriali sono gli ambiti più favorevoli. In ambito residenziale l’impiego è più critico per costi elevati, spazi limitati e carichi contenuti; nelle abitazioni unifamiliari risulta spesso più conveniente una pompa di calore elettrica alimentata da fotovoltaico, mentre il solar cooling trova maggiore giustificazione nei condomini di dimensioni significative.

Le taglie impiantistiche

Si distinguono tre fasce: piccola taglia (5-20 kW, con sistemi ad adsorbimento per ville e piccole strutture ricettive), media taglia (20-200 kW, il segmento più promettente per alberghi, RSA, uffici e scuole) e grande taglia (oltre 200 kW, per ospedali, centri commerciali, campus e industrie, spesso integrata con cogenerazione e accumuli).

Una tecnologia di nicchia con grandi potenzialità

Il solar cooling non è oggi una soluzione universale, per via della complessità impiantistica e dell’investimento iniziale relativamente elevato. Tuttavia, negli edifici con elevati consumi estivi e ampie superfici disponibili per i collettori, costituisce una delle applicazioni più intelligenti dell’energia solare termica, capace di ridurre i consumi elettrici estivi e migliorare la sostenibilità degli impianti HVAC.