Impianti solari termici

Gli impianti solari termici

Gli impianti solari termici costituiscono una delle Energie Alternative più diffuse e efficienti fin ora costruite e messe in opera su tutto il territorio nazionale e mondiale.
Grazie alla sua semplicità di progettazione, la facile installazione e il grande rendimento, è di fatto una tecnologia “pulita” che trova successo sia nel settore pubblico sia nella singola abitazione civile.

Esistono due grandi applicazioni che possono essere effettuate mediante lo stesso pannello solare:

• la sola produzione di A.C.S. (acqua calda sanitaria);
• l'integrazione al riscaldamento (mediante appositi “termo-accumulatori”)

Il primo caso è il più semplice sia nel progetto sia nell'installazione e vede utilizzata l'energia del sole per scaldare un quantitativo d'acqua (che dipende dal numero di persone che ne dovranno beneficiare) relativamente piccolo. E' facile capire quindi che l'efficienza e di conseguenza l'autonomia dell'impianto è quasi sempre soddisfatta, dico quasi perché bisogna comunque tener conto dei mesi invernali dove il solo pannello solare potrebbe non bastare alla produzione di acqua calda vista la maggior richiesta invernale. Questo però è un fattore “relativo” e dipende da molte cose: in primis dalla posizione dove viene messo il pannello (un esposizione completamente a Sud aumenta la capacità captante del pannello), secondo dipende
dal tipo di pannello stesso ed in fine anche dal clima più o meno soleggiato
dell'inverno, logicamente!!!

Dall'esperienza diretta di vendita e post-assistenza della nostra Società posso dire che il rendimento dei pannelli solari termici da noi commercializzati riesce a soddisfare circa il 90-95% della produzione di A.C.S.
Anche qui esistono due tipi di impianti solari: a circolazione “naturale o forzata”.
Il pannello a circolazione naturale è il più semplice e sicuramente il più economico vista la facile struttura di fabbricazione, ma ha come handicap l'impatto visivo. E' formato dal pannello captante e immediatamente sopra di esso c'è il bollitore solare.
L'acqua calda per natura circola e tende ad andare verso l'alto (cioè nel bollitore) cedendo il suo calore, mediante uno scambiatore ad intercapedine o un serpentino all'acqua sanitaria destinata alle persone.
Per soddisfare le esigenze estetiche e talvolta anche quelle tecniche si può adottare la circolazione forzata cioè mettere il bollitore solare che non è al di sopra dei pannelli ma in un vano o in un locale che può essere più o meno distante dal pannello stesso e non necessariamente alla stessa quota.

Bisogna specificare però che se a livello di prestazioni non cambia nulla (purché ci sia un ottimo isolamento delle tubazioni di “mandata e ritorno”), si è soggetti a un consumo di energia elettrica della pompa di circolazione dell'impianto, assente nella circolazione naturale.

Le principali differenze di impianti a circolazione naturale rispetto ad impianti a circolazione forzata sono:

Estetiche: gli impianti a circolazione naturale sono monoblocchi ( pannelli + accumulatore ) che hanno uno sgradevole impatto estetico. Nei sistemi a circolazione forzata, all' esterno, si vedono solo i pannelli solari.

Rendimento: gli impianti a circolazione naturale, avendo il bollitore esterno, hanno molte dispersioni, soprattutto in inverno e durante la notte. Gli impianti a circolazione forzata avendo l' accumulo coperto dagli agenti atmosferici e dal freddo, garantiscono un mantenimento delle temperature per tempi molto più lunghi e addirittura per giorni. Questo anche grazie all' isolamento molto più spesso.

Integrazione con altre fonti di energia: un impianto solare in alcune giornate, piovose o nuvolose, non garantisce totalmente la produzione di acqua calda. L' energia contenuta negli accumuli a circolazione naturale non può essere integrata nelle mezze stagioni e durante l' inverno da altre fonti energetiche. Questo rende questi impianti poco integrabili nelle moderne strutture. Gli impianti a circolazione forzata, oltre che dall' energia solare, possono essere integrati da caldaie a gas, termocamini, termostufe, elettricità, etc

Anche la lavatrice e la lavastoviglie, anzichè essere alimentate con la costosa energia elettrica, possono utilizzare l' acqua riscaldata con i pannelli solari.
Inoltre l'utilizzo di accumulatori garantisce sempre disponibilità di grandi quantità d'acqua, anche con più rubinetti aperti contemporaneamente.
Anche l'utilizzo del miscelatore termostatico regola l'erogazione dell'acqua calda in maniera sempre costante e senza sbalzi di temperatura.
L'elemento principale di un impianto solare termico è il caratterizzato dal collettore ; esso viene esposto alla luce solare e normalmente installato sulle falde del tetto o su appositi supporti, in giardino o sulle terrazze..

Il collettore a sua volta è composto dall' assorbitore, che ha la funzione di assorbire la radiazione solare incidente e di trasformarla in calore; normalmente è realizzato da una piastra di metallo termicamente conduttivo, solitamente il rame, verniciato o trattato per essere completamente opaco alla luce ( nero ).
Nei moderni collettori l' assorbitore non'e' semplicemente verniciato ma è trattato da un cosiddetto strato selettivo che determina un alto grado di assorbimento unito ad una bassissima emissività della radiazione termica; i trattamenti possono essere ottenuti per via galvanica ( pigmentazione al Nikel ) oppure applicati sotto vuoto ( Tinox ).
Il calore sviluppato nell' assorbitore, viene trasferito ad un liquido vettore che fluisce in appositi tubi di rame posti a contatto con lo stesso.
Completano la dotazione di un collettore solare, il vetro, posto frontalmente all'assorbitore che ha lo scopo di mantenere intrappolato il calore all'interno permettendo nel contempo l'esposizione alla luce dell'assorbitore e una coibentazione laterale e posteriore che ha lo scopo limitare il più possibile la dispersione di calore.
L'altro elemento fondamentale di un impianto solare termico è rappresentato dall'accumulatore; esso è rappresentabile come un grosso serbatoio di acqua coibentato che ha lo scopo di immagazzinare il calore ceduto dai collettori.
Il fluido vettore garantisce il trasferimento del calore dai collettori all'accumulo, tramite una pompa detta 'circolatore' che parte automaticamente quando la temperatura dei collettori supera di un valore prefissato, quella dell'accumulo e si ferma quando la differenza di temperatura non'è più sufficiente a garantire il trasferimento stesso di calore. In via esemplificativa si può dire che il 'caldo' dei pannelli viene trasferito nell'acqua più fredda dell'accumulo tramite l'azione della pompa di circolazione....... ma non'e' sempre cosi, infatti negli impianti a circolazione naturale viene sfruttata la differenza di densità tra liquido vettore caldo ( più leggero ) e quello freddo ( più pesante ) per far circolare lo stesso dai pannelli
all'accumulo; in questo caso occorre semplicemente adottare alcune precauzioni nell'installazione dell'impianto per far si che si instauri questo semplice fenomeno naturale, in particolare occorre installare il serbatoio di accumulo più in alto rispetto ai collettori solari in modo che il fluido caldo possa fluire, attraverso la linea di mandata, in alto verso l'accumulo e raffreddandosi all'interno di esso, possa ridiscendere nei pannelli attraverso la linea di ritorno.
Tutti gli impianti, in via generale, possono essere classificati come a ''vaso chiuso e a
''vaso aperto''.
Nei primi il fluido vettore e' mantenuto ad una lieve pressione ( circa 1 - 2 atm ) ed e' composto da una miscela di acqua ed antigelo in modo che non geli durante i periodi notturni invernali creando rotture nei collettori.
Nei secondi, apparsi più recentemente sul mercato, il fluido vettore, composto da semplice acqua, non'è in pressione e viene fatto circolare all'interno dei collettori solamente durante la fase del trasferimento di calore... quando non ci sono più queste condizioni le pompe di circolazione fermandosi, determinano lo svuotamento dei collettori e di tutto il circuito del fluido vettore.

Questa nuova tipologia di impianti risolve numerosi problemi che riguardano i normali impianti a vaso chiuso e a circolazione forzata, come la necessita di adottare liquido antigelo, la necessita di mantenere la circolazione per evitare la stagnazione termica ( fenomeno paradossale che avviene normalmente in estate quando la temperatura nell'accumulo raggiunge valori molto elevati di temperatura e il fluido viene fatto circolare con lo scopo di raffreddare il sistema e non per riscaldarlo); l'impiantistica necessaria al circuito del fluido vettore è inoltre più semplice in questi tipi di impianti.

Durante una nuova costruzione è bene prevedere la possibilità di dotare l'immobile di un impianto solare termico ; questo accorgimento permetterà, a fronte di un investimento iniziale veramente irrisorio, di ridurre significativamente i costi di installazione futuri.
E' sufficiente posare 2 tubi di rame adeguatamente coibentati e del diametro compreso tra 16 e 18 mm, dal locale tecnico, dove è situata la caldaia o dove è previsto si potrà installare l'accumulo solare e il sottotetto.
E' preferibile, ma non obbligatorio, posare i 2 tubi senza tratti orizzontali o contropendenze, mentre è necessario posare insieme agli stessi, un tubo corrugato per le connessioni elettriche di diametro almeno del 25.
Questi accorgimenti permetteranno di installare in futuro qualsiasi tipo di impianto solare dato che la predisposizione indicata è adattabile a qualsiasi situazione.
Se non si dispone di un locale tecnico o se non si ha lo spazio per un eventuale accumulo solare in casa è possibile dotarsi solo di impianti solari a circolazione naturale.
Questi impianti hanno l'accumulo solare installato direttamente sul tetto e non necessitano di predisporre il tubo corrugato, dato che non dispongono di apparecchiature e connessioni elettriche

Qual e’ la differenza rispetto ad un tradizionale impianto di riscaldamento a
radiatori?

La differenza sostanziale è la superficie di scambio termico, cioè la superficie attraverso cui l’acqua calda può cedere calore all’ambiente da riscaldare. a differenza di un radiatore, il pavimento di un ambiente (ma è possibile sfruttare anche le pareti o il soffitto) offre una superficie riscaldante molto ampia. di conseguenza, in un impianto a pavimento, è possibile far circolare l’acqua ad una temperatura dimezzata rispetto a quella di funzionamento di un impianto a radiatori.

Quali sono i vantaggi derivanti?
risparmio : dovendo produrre acqua calda di riscaldamento a 30°-40° anziché a 70°-80°, risulta evidente che si ottiene un notevole risparmio sui costi di gestione dell’impianto stesso: la caldaia non deve lavorare alla sua massima potenzialità e ciò si traduce in un minore consumo di combustibile, con un abbattimento dei costi di riscaldamento dal 15% al 30%.
comfort : il calore di riscaldamento non è concentrato in determinati punti dell’abitazione ma è uniformemente ripartito su tutta la superficie di calpestio, a beneficio di un elevato grado di comfort: si ha infatti una distribuzione ideale del calore all’interno degli ambienti, con un andamento verticale della temperatura che decresce dal pavimento man mano che ci si avvicina al soffitto (con un impianto a radiatori avviene l’esatto contrario, cioè il calore è massimo vicino al soffitto). considerato che il corpo umano ha una temperatura più elevata sulla testa, mentre i piedi risultano più freddi in quanto la circolazione del sangue è più lenta, è evidente che il massimo benessere fisico lo si raggiunge con una temperatura ambiente più calda a livello del pavimento e leggermente più fresca a livello della testa.

Perchè nel passato l'impianto a pavimento non ha avuto grande popolarità?
Una temperatura dell’acqua troppo elevata provoca una temperatura superficiale del pavimento oltre i 35°-38°, il che si traduce in gravi disturbi fisiologici o malesseri come l’innalzamento della pressione arteriosa, il mal di testa cronico, la sudorazione eccessiva, ecc...


I cattivi risultati ottenuti in passato non sono imputabili all’impianto a pavimento in sé, ma alla cattiva progettazione o addirittura all’assenza di una progettazione mirata. Se l’impianto viene progettato e realizzato nel rispetto di norme ben precise, il risultato è un comfort di gran lunga superiore a quello degli impianti tradizionali.

Quali sono gli altri aspetti positivi?
Completa libertà nell’arredamento dell’abitazione, senza il vincolo dei radiatorio di altri corpi scaldanti.
Assenza di moti convettivi all’interno degli ambienti, con minore circolazione della polvere e minore essiccazione dell’aria.
Migliore isolamento termico dell’abitazione, grazie alla struttura stessa dell’impianto a pavimento che prevede uno strato di materiale isolante al di sotto della caldana riscaldata.
Scomparsa di alcune fastidiose operazioni di manutenzione come la riparazione di radiatori sgocciolanti, la loro riverniciatura, lo spurgo dell’aria da quelli funzionanti solo per metà, le pareti da ritinteggiare a causa di antiestetici “sbaffi” neri.

Ci sono anche aspetti negativi?
L’unico inconveniente di un impianto a pavimento è rappresentato dalla maggiore inerzia termica: l’impianto non è in grado di raggiungere rapidamente la temperatura di esercizio (con partenza a freddo deve essere riscaldato l’intero pavimento) e di conseguenza anche il raggiungimento della temperatura ambiente ideale richiede un certo tempo. Un utilizzo razionale di questo sistema prevede il funzionamento continuo con attenuazione nelle ore notturne (spegnimenti ridotti al minimo) e pertanto l’impianto risulta poco adatto per i locali occupati saltuariamente o in modo discontinuo.

Considerazioni

In molte installazioni del passato, così come in molte applicazioni recenti, si è continuato a ricorrere ad un particolare "stratagemma" per abbassare al giusto livello la temperatura dell’acqua da far circolare nell’impianto a pavimento : la produzione di acqua ad alta temperatura e la successiva miscelazione con l’acqua più tiepida di ritorno dall’impianto. Questo significa che la caldaia viene utilizzata per produrre acqua calda a 70°-80° e che tale acqua viene “raffreddata” prima di essere immessa nell’impianto a pavimento.
E’ vero che la produzione di acqua ad alta temperatura è comunque inferiore a quella necessaria con un impianto tradizionale a radiatori, ma a nostro avviso un sistema così concepito presenta un’enorme contraddizione: sarebbe come se volessimo riscaldare un ambiente portandolo ad una temperatura di 30° per poi aprire le finestre ed ottenere così il clima ideale!
Se la filosofia dell’impianto è quella di ottenere il massimo risparmio energetico, allora la giusta soluzione è data dall’abbinamento “caldaia a condensazione + impianto a pavimento”. La caldaia a condensazione, rispetto a quella tradizionale, sfrutta anche quella parte di calore contenuta nel vapore acqueo dei fumi che andrebbe persa attraverso il camino. In una caldaia normale è necessario che i fumi derivanti dalla combustione siano espulsi ad elevata temperatura perché le eventuali condense danneggerebbero l’apparecchio stesso. Viceversa la caldaia a condensazione è realizzata per resistere alle condense e il suo funzionamento ottimale prevede il recupero dell’energia termica contenuta nei fumi attraverso la loro
condensazione.
I massimi risultati di condensazione si ottengono con una temperatura dell’acqua inferiore ai 50° : ne consegue che il massimo rendimento di una caldaia a condensazione lo si ottiene con la produzione di acqua calda a bassa temperatura. Ciò significa che la migliore applicazione di un apparecchio di questo tipo risulta essere proprio l’abbinamento con un impianto di riscaldamento a pavimento, nato per funzionare a bassa temperatura (30°-40°)