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Solare Termico

Impianti solari combinati (ACS + riscaldamento)

Sistemi per la produzione combinata di acqua calda sanitaria + riscaldamento

Un impianto solare termico a circolazione forzata può essere opportunamente progettato e dimensionato per produrre insieme acqua calda per usi sanitari e acqua calda per il riscaldamento degli ambienti.

L'aspetto più problematico degli impianti solari combinati è che necessitano di molta radiazione solare proprio nella stagione di minore disponibilità (l'inverno), mentre d'estate quando la radiazione è abbondante, non vi è più alcuna necessità di riscaldamento dell'edificio. La richiesta di acqua calda sanitaria, invece, risulta costante nel corso di tutte le stagioni.

Gli impianti solari combinati riescono a dare un buon apporto al fabbisogno di riscaldamento soprattutto nelle stagioni intermedie, nei mesi di settembre-ottobre e di marzo-aprile, ma anche nelle giornate invernali soleggiate.

In media, gli impianti combinati riescono a coprire il 15-40% del fabbisogno annuo di energia per il riscaldamento, mentre la quota restante deve essere fornita da un impianto termico ausiliario (caldaia, pompa di calore, ecc.). La percentuale coperta dal sistema solare potrebbe anche essere maggiore rispetto al 40%, ma di norma questo non viene realizzato per problemi di sovradimensionamento: infatti nella stagione estiva, con a disposizione una grande superficie di collettori ma senza necessità di riscaldamento degli ambienti, gran parte dell'acqua calda prodotta rimarrebbe inutilizzata.

Quando conviene installarlo

Ecco alcune condizioni di base indispensabili per poter installare un impianto solare combinato:

un elevato fabbisogno di riscaldamento, che vada almeno da ottobre ad aprile.

In caso contrario, un sottoutilizzo dell’impianto nella stagione invernale renderebbe questa soluzione poco conveniente. Per questo motivo, gli impianti combinati sono consigliati soprattutto nel nord Italia e nelle zone montane, anche del centro e del sud. In linea generale, si possono indicare come località ottimali per l'installazione di questo tipo di impianti quelle appartenenti alle zone climatiche E o F (vedi "Zone climatiche" nel menu di destra);

l’edificio deve essere termicamente ben isolato e dotato di una caldaia (o altro impianto termico) efficiente e ben regolata. 

Non avrebbe alcun senso, nè economico nè energetico, sovradimensionare l’impianto solare per compensare un isolamento o un impianto termico poco efficienti.

Requisiti per l'installazione

Bisogna tenere conto anche di alcuni requisiti tecnici e impiantistici:

• i pannelli consigliati per questo tipo di applicazione sono i vetrati selettivi oppure i sottovuoto, entrambi particolarmente efficienti nei periodi più freddi. L'inclinazione dei pannelli deve rispondere alla necessità di catturare molta radiazione durante l'inverno, quando il sole è più basso sull'orizzonte.

L'inclinazione minima raccomandata è di 40°, anche se spesso viene consigliato un angolo di almeno 10° superiore a quello della latitudine locale. Secondo questa regola, i pannelli installati a Milano, città situata alla latitudine di 45°, dovrebbero avere un'inclinazione di circa 55°. L'inclinazione massima dei pannelli, alle latitudini italiane, difficilmente supera i 60-70°: per questa ragione gli impianti integrati in facciata, con collettori inclinati a 90°, hanno una certa diffusione solo nel nord Europa.

• il sistema di riscaldamento ottimale è quello a bassa temperatura, tipicamente a pannelli radianti (vedi "Pannelli radianti per il riscaldamento" nel menu di destra).

Questi sistemi lavorano a temperature di 30-40 °C, che sono all’incirca le stesse temperature prodotte da collettori efficienti durante i giorni invernali. Con alcuni impianti solari è possibile anche utilizzare i normali radiatori (vedi "Radiatori" nel menu di destra), ma con due accortezze: la temperatura dell'acqua di mandata e di ritorno non deve superare rispettivamente i 50 e i 30 °C. Inoltre l'edificio dev'essere ottimamente coibentato, per compensare la minore efficienza del sistema a termosifoni rispetto a quello a ai pannelli radianti.

• la superficie di pannelli solari negli impianti combinati è circa il doppio (per avere un'integrazione del 30% sul fabbisogno di riscaldamento) rispetto a quella necessaria per la sola produzione di acqua calda sanitaria.

Si consiglia di non sovradimensionare l'impianto, per evitare problemi di sovrapproduzione di acqua calda d'estate, con conseguenti pericoli di surriscaldamento e di stagnazione del fluido termovettore. I sistemi "a svuotamento" o drain-back (trattati brevemente in "Sistemi a circolazione forzata") sono studiati proprio per scongiurare l'eventualità di dannosi fenomeni di surriscaldamento nell'impianto solare. In alternativa, per chi ha la fortuna di possedere una piscina all'aperto, un modo vantaggioso di sfruttare il calore in eccesso prodotto in estate è di collegare l'impianto solare alla piscina, per innalzarne la temperatura di qualche grado e prolungarne così il periodo di fruibilità (vedi anche "Il solare termico per piscine" nel menu di destra). Oppure si può anche pensare ad abbinare all'impianto solare una macchina frigorifera, per soddisfare le esigenze estive di raffrescamento (vedi anche "Solar cooling" nel menu di destra).

• il volume del serbatoio d’accumulo è di circa 700-1000 litri per un'abitazione unifamiliare, e quindi di dimensioni notevolmente maggiori rispetto ai serbatoi da 200-400 litri utilizzati per la produzione unicamente di acqua calda sanitaria.

• deve essere sempre presente una caldaia integrativa -meglio se a condensazione (vedi "Caldaie a condensazione") o a biomasse (vedi "Impianti a biomasse dal legno")- collegata al serbatoio d’accumulo. La caldaia provvede a integrare il fabbisogno di calore soprattutto nella stagione invernale, quando minore è l'efficienza dei collettori.

Poichè le caldaie a biomassa necessitano in ogni caso di un accumulo dell'acqua calda, il principale vantaggio impiantistico di questa configurazione risiede nella possibilità di utilizzare un unico serbatoio per la caldaia e per l'impianto solare. Nelle stagioni intermedie, con una minore richiesta di calore per il riscaldamento, la presenza dell'impianto solare migliora l'efficienza complessiva del sistema. Infatti la caldaia a biomassa evita di lavorare a basso regime con conseguenti cali di rendimento, e l'acqua calda per il riscaldamento può essere in buona parte fornita dall'impianto solare. Inoltre, nella stagione estiva, l'acqua calda sanitaria viene interamente prodotta dall'impianto solare, eliminando la necessità di ricorrere alla caldaia. Una variante impiantistica particolarmente interessante prevede l'abbinamento tra il sistema solare e una pompa di calore.

Come funziona

Dal punto di vista impiantistico, gli impianti solari combinati funzionano con la circolazione forzata del fluido. Sono cioè dotati, oltre che dei pannelli, anche di una pompa di circolazione, di una centralina di controllo, di un serbatoio d'accumulo e di una caldaia ausiliaria.

Poichè l'impianto deve fornire acqua calda sanitaria e per il riscaldamento a temperature diverse, il serbatoio presenta caratteristiche diverse rispetto ai normali serbatoi solari. Si tratta di serbatoi d'accumulo formati in realtà da due serbatoi, uno dentro l'altro (serbatoio "Tank-in-Tank"). Uno, più piccolo, a forma di imbuto e posto nella parte superiore, contiene l'acqua calda sanitaria, mentre l'acqua per il riscaldamento si raccoglie nel serbatoio più grande.

All'interno del serbatoio il calore si stratifica in maniera spontanea: l'acqua calda tende a salire nella parte alta, mentre quella fredda rimane nella parte inferiore. L'impianto solare è collegato alla parte bassa del serbatoio, mentre il tubo di mandata della caldaia ausiliaria riscalda la parte alta del serbatoio: questo fa sì che il serbatoio funga da "tampone" per la caldaia.

In questo modo il bruciatore della caldaia, invece di spegnersi e accendersi ad ogni minima richiesta di calore, può scaldare la parte alta del serbatoio, che è la prima ad essere erogata, per poi spegnersi per un certo tempo. Questa soluzione impiantistica, schematizzata nella figura sottostante, non esaurisce lo spettro delle opzioni relative agli impianti combinati.


Impianto combinato sanitario + riscaldamento (fonte: www.amagbuilding.com)
 
Per l'installazione di impianti combinati in abitazioni monofamiliari, è possibile affidare la fornitura e la progettazione dell'impianto ad una ditta specializzata o in alternativa acquistare appositi kit a circolazione forzata già dimensionati e completi di collettori, serbatoio, centralina, caldaia a condensazione e di tutti i componenti necessari.
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