Impianto solare termico: come produrre acqua calda grazie all'energia solare

Il Sole: fonte di energia inesauribile e gratuita

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1 Il Sole: fonte di energia inesauribile e gratuita

Come abbiamo visto nell’articolo dedicato al fotovoltaico, la radiazione prodotta in modo naturale dal Sole è una straordinaria fonte di energia gratuita e può essere utilizzata per produrre luce, elettricità e calore. In questo nuovo articolo della serie dedicata alle cosiddette “caratteristiche green” parleremo, in particolare, del modo in cui il calore del Sole venga utilizzato per produrre acqua calda attraverso un impianto solare termico. Vedremo i diversi tipi di impianto ed i loro utilizzi, soprattutto per uso sanitario, ma anche per il riscaldamento degli ambienti.

In Italia, con le dovute differenze imposte dalle zone climatiche, il Sole fa registrare un ottimo livello di irraggiamento nei mesi compresi tra aprile e settembre, mentre nei mesi invernali la radiazione solare è minore e le temperature si abbassano in modo deciso. Ne consegue l’importanza di valutare attentamente il tipo di impianto da realizzare per la propria casa, sia se si tratta di una casa in legno, dove l’azione del Sole è potenziata dall’efficienza energetica dell’abitazione stessa, sia se siamo di fronte ad una casa costruita con metodo tradizionale.

Le tecnologie e i tipi di impianto solare termico

In generale, un impianto solare termico è composto da:

uno o più pannelli, o collettori;
un sistema di circolazione di liquidi;
un serbatoio, o boiler, coibentato in cui è presente l’acqua che verrà scaldata ed utilizzata.

In particolare, poi, in base alle esigenze dell’abitazione, come il numero di occupanti, la zona climatica in cui si trova e la destinazione di utilizzo dell’acqua calda prodotta, i tipi di impianto si diversificano per struttura del sistema e per tipologia di componenti.

I collettori solari sono essenzialmente dei dispositivi in grado di catturare la radiazione solare e di trasmettere, attraverso uno scambiatore di calore, la temperatura acquisita ad un liquido inserito in un circuito che vi passa attraverso.

Ne esistono di due tipi:

pannelli solari piani e vetrati: sono formati da una lastra metallica nera, capace di assorbire calore senza riflettere radiazione e scambiarlo con una serpentina metallica in cui scorre un liquido che può essere acqua oppure un fluido termovettore e antigelo. Il pannello è protetto da un vetro che, per effetto serra, lascia entrare i raggi solari, trattenendo il calore all’interno.

pannelli a tubi sottovuoto: la serpentina che contiene un liquido termovettore e antigelo è inserita in tubi sottovuoto per ottimizzare e stabilizzare la resa della radiazione solare e per diminuire la dispersione del calore. Sono molto efficienti e ideali per le zone con inverni particolarmente freddi e scarsa irradiazione, ma più costosi e più bisognosi di manutenzione.

Entrambe le tipologie di pannello funzionano con i due principali e più comuni sistemi di circolazione del liquido all’interno del circuito. Vediamoli.

Tipi di circolazione: naturale o forzata

Iniziamo dicendo che, a prescindere dal tipo di circolazione, si possono distinguere due tipi di circuito: circuito aperto e circuito chiuso.
Nel circuito aperto, il liquido che viene scaldato dal Sole è la stessa acqua che viene, poi, utilizzata all’interno dell’abitazione come acqua calda.
Nel circuito chiuso, invece, viene utilizzato un particolare liquido termovettore e antigelo, il quale, una volta caldo, si muove all’interno di tubi e giunge ad uno scambiatore di calore posto in un serbatoio per scaldare l’acqua all’interno.
Questo secondo sistema è quello usato dalla maggior parte degli impianti solari termici perché il liquido termovettore è sicuramente più efficiente della sola acqua, sia perché mantiene meglio il calore, sia perché in inverno non gela, con il rischio di danneggiare l’intero impianto.

Comunque, il modo in cui il liquido scorre all’interno del sistema definisce la tipologia di impianto, che sarà, così, chiamato a circolazione naturale o a circolazione forzata.

Impianto solare termico a circolazione naturale…

L’impianto a circolazione naturale sfrutta il principio di convezione dei liquidi, secondo cui se una parte di liquido viene scaldata diviene meno densa. Il liquido che la circonda, più freddo e più denso, tende a scendere per gravità, sostituendo e spingendo il liquido caldo verso l’alto. Il liquido scaldato, dunque, si muove naturalmente verso l’alto, lasciando posto a quello freddo per continuare il ciclo.
È per questo motivo che nella circolazione naturale il boiler deve esser posto al di sopra dei pannelli, generalmente posti sul tetto. Il boiler, in base alla dimensione dell’impianto, non supera un volume massimo di circa 500 litri di acqua, ma normalmente, per famiglie di 3-4 persone, è di circa 200 litri.
Questo tipo di impianto, che può essere integrato sia con pannelli piani vetrati, che con tubi sottovuoto, è utilizzato soprattutto per il riscaldamento di acqua sanitaria e, solo raramente, per il riscaldamento ambientale in case di piccole dimensioni. Il motivo è che il mantenimento della temperatura dell’acqua nel serbatoio sul tetto, benché coibentato, è molto influenzato dal soleggiamento e dalla temperatura esterna.

e impianto a circolazione forzata

Nell’impianto a circolazione forzata, invece, vengono posti sul tetto solo i pannelli (anche qui vanno bene entrambe le tipologie), mentre il serbatoio deve esser posto internamente all’abitazione. Infatti, in questo tipo di impianto la circolazione del liquido termovettore dai pannelli al serbatoio è attivata da una pompa elettrica, controllata da una centralina elettronica e da un termostato, ed il boiler viene posto all’interno della casa per garantire un’elevata tenuta del calore e permettere l’utilizzo di acqua calda anche nelle ore più fredde e meno soleggiate.
Questo sistema rende l’impianto più efficace ed efficiente in inverno rispetto alla circolazione naturale, il che permette di utilizzarlo anche per il riscaldamento degli ambienti, mentre in estate la resa si può considerare equivalente.
Dato che gli impianti a circolazione forzata costano di più degli altri, occorre valutare con un serio specialista l’effettiva necessità di questo tipo di sistema per evitare sprechi di energia e di soldi.

Abbinamento con la caldaia

È evidente che, nonostante le accortezze, il solo irraggiamento solare non possa soddisfare completamente la richiesta di acqua calda di una famiglia all’interno di un’abitazione, non solo perché il clima è variabile anche nelle stagioni più calde, ma soprattutto perché in inverno, quando il Sole è meno presente e il clima è più freddo, c’è anche la maggior richiesta di calore nella casa. Il rimedio è l’abbinamento dell’impianto solare termico ad una caldaia che generi acqua calda quando l’impianto non produce.
In linea generale, si possono utilizzare due tipi di riscaldamento:

la caldaia istantanea è perfetta per essere abbinata agli impianti a circolazione naturale, poiché quando l’acqua proveniente dal serbatoio sul tetto non è più calda, si attiva la caldaia e sopperisce direttamente alla mancanza;
la caldaia tradizionale, o comunemente scaldabagno, è ideale per gli impianti a circolazione forzata perché può attivarsi per mantenere l’acqua calda nel boiler quando questa si raffredda.

I vantaggi del solare termico

Una famiglia media può trovare dall’installazione di un impianto solare termico un notevole numero di vantaggi:

Risparmio economico: è, naturalmente, il primo punto, poiché grazie a questi sistemi, si può arrivare a risparmiare fino al 90% sui costi dell’energia per il riscaldamento dell’acqua. Anche l’acquisto stesso dell’impianto può essere in parte recuperato grazie a detrazioni fiscali e IVA agevolata e il costo dell’investimento si ripaga in pochi anni.
Risparmio energetico e riduzione di CO2: evitare di bruciare combustibili per riscaldare l’acqua permette una notevole riduzione di emissioni dannose per l’ambiente.
Facile integrazione: le differenti tipologie di impianto solare termico si adattano facilmente alle situazioni abitative più diverse e possono essere abbinate ad impianti termici classici esistenti o di nuova generazione.
Valore: gli impianti per l’efficienza ed il risparmio energetico aumentano la classe energetica dell’immobile, facendone crescere il valore.

I vantaggi aumentano quando l’impianto solare termico viene realizzato per una casa ecologica in legno. Tale tipologia di abitazione, come abbiamo già detto, è naturalmente dotata di un’elevata efficienza energetica, soprattutto per ciò che riguarda l’isolamento termico. Questo permette di utilizzare una minore quantità di calore che può essere fornita quasi interamente dal solo impianto solare.

Acquisto e manutenzione

Negli ultimi anni i prezzi degli impianti solari termici sono notevolmente diminuiti, sia per una maggior concorrenza tra produttori ed installatori, sia perché i materiali e le tecnologie sono più avanzati e più diffusi.
I costi medi onnicomprensivi di un impianto per una famiglia di 3/4 persone, possono andare approssimativamente dai 1000 € ai 2500 € di un impianto a circolazione naturale e dai 1500 € ai 5000 € di un impianto a circolazione forzata.
Ovviamente, le diverse condizioni possono variare di molto i costi, ma come per altri acquisti importanti, è bene rivolgersi a tecnici specializzati e certificati, che possano valutare bene la situazione (come l’esigenza energetica reale o il tipo di tetto), garantire il prodotto, il montaggio e un’adeguata assistenza post vendita.
Anche per il solare termico esistono siti comparatori e simulatori online grazie ai quali è possibile ricevere preventivi telematici e senza impegno da più aziende, che aiutano a farsi una prima idea sulle soluzioni possibili.

In generale, riguardo alla manutenzione, gli impianti solari termici sono più longevi e resistenti dei pannelli fotovoltaici. Vanno puliti almeno una volta l’anno, all’inizio della stagione calda. In quell’occasione è bene fare un controllo dello stato generale del pannello e dell’impianto per segnalare eventuali anomalie ad un tecnico. Nel caso degli impianti a circuito chiuso, consigliamo di controllare, ogni 2 anni circa, il livello del fluido termovettore, per evitare che diminuisca l’efficienza del collettore.
Si tenga presente che i sistemi a circolazione forzata hanno, mediamente, più bisogno di manutenzione tecnica da parte di un termoidraulico, con un intervento ogni 4-5 anni, contro i 7-8 anni di quelli a circolazione naturale, perché più delicati e dotati di componenti come pompa elettrica e centralina.

Per concludere

Un impianto solare termico, nelle sue varianti tecnologiche e di capacità energetica, è un ottimo modo per risparmiare in termini di risorse economiche ed ambientali. L’acqua viene riscaldata dal Sole gratuitamente e i sistemi esistenti si adattano ad ogni tipologia di abitazione, specialmente quelle costruite in bioedilizia che ne aumentano l’efficienza.
È sempre bene farsi consigliare da un esperto di fiducia per dimensionare l’impianto sulle reali esigenze della famiglia ed ottenere il massimo della resa e del comfort.

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