Il dimensionamento degli impianti solari termici

Superficie, inclinazione e orientamento: alcuni consigli per dimensionare l'impianto

Sul mercato non esistono sistemi solari a taglia unica, adattabili a tutti gli utilizzi e a tutte le latitudini. Ogni impianto deve essere correttamente tarato sulle specifiche esigenze di calore, tenendo conto di una serie di parametri tecnici e climatici. Ricordiamo che solamente un tecnico esperto può fornirci un quadro completo e personalizzato delle diverse opzioni impiantistiche, guidandoci verso la scelta migliore.

In ogni caso risulterà utile, anche per chi non ha una preparazione tecnica specifica, conoscere alcuni principi di massima mediante i quali vengono dimensionati gli impianti solari.

Quanta acqua calda produce ?

Bisogna premettere che difficilmente un impianto solare termico viene progettato per soddisfare il 100% del fabbisogno di acqua calda nel corso di tutte le stagioni. Questo è dovuto più a motivazioni di tipo economico che non a problemi di fattibilità tecnica.

Perchè un impianto solare risulti davvero conveniente, bisogna considerare il rapporto tra il costo dell'energia e la quantità di energia prodotta.

Al crescere delle dimensioni di un impianto, cresce anche la quota coperta dall'energia solare, ma la relazione costi/energia rimane lineare fino a fattori di copertura del 60-90%, a seconda dei climi e delle scelte impiantistiche. Un impianto sovradimensionato comporta dei costi aggiuntivi, per ottenere dell'acqua calda che poi rimarrà inutilizzata nella stagione estiva.

Per questa ragione, al fine di un corretto dimensionamento dell' impianto, il primo passo consiste nell'adeguare la superficie dei collettori al profilo temporale del fabbisogno di acqua calda, per evitare così che in estate venga prodotta molta più acqua calda di quanta richiesta.

Il diagramma riportato qui sotto rappresenta graficamente il punto ottimale di dimensionamento (la lettera "A"), tarato sul consumo medio mensile di acqua calda sanitaria stimato per il mese di Luglio.
Calcolo del fabbisogno di acqua calda e conseguente dimensionamento (fonte: www.viessman.it)

Per avere il miglior rapporto tra costi e benefici, un impianto solare viene di norma dimensionato per coprire quote percentuali intorno al 60-90% del fabbisogno annuo di acqua calda sanitaria. La quota non coperta dal solare viene fornita da un sistema convenzionale (caldaia a gas e simili) oppure da una resistenza elettrica.
 
Per ragioni analoghe, cioè per evitare problemi di sovradimensionamento, la quota di fabbisogno termico per il riscaldamento, che può essere coperta in modo ottimale dall’impianto solare, si aggira intorno al 15-40%.

La superficie di pannelli e il volume dell'accumulo

Quanti m² di pannelli ?
 
Al fine di un corretto dimensionamento, è fondamentale stimare la quantità di acqua calda di cui abbiamo bisogno giornalmente. Il fabbisogno minimo giornaliero di acqua calda sanitaria, per il settore residenziale, è stimato attorno ai 50-75 litri pro capite.
 
Questa richiesta può essere soddisfatta da una superficie di circa 1,00 m² di collettori piani vetrati di media efficienza. Una superficie analoga di collettori è sufficiente per riscaldare 10 m² di un edificio dotato di sistemi di riscaldamento a bassa temperatura, tipicamente a pannelli radianti.
 
Se invece si scelgono collettori sottovuoto, le superfici necessarie, a parità di prestazioni, sono inferiori (vedi tabelle seguenti).
 
Negli impianti combinati, al fine di ottenere un'integrazione del riscaldamento del 30%, la superficie totale di pannelli è circa doppia rispetto a quella necessaria per la produzione di sola acqua calda sanitaria.
 
Le tabelle seguenti danno una stima plausibile delle superfici medie necessarie, nelle diverse zone d'Italia, per produrre acqua calda sanitaria e per il riscaldamento in edifici monofamiliari.  
 
 SUPERFICIE DI PANNELLI VETRATI NECESSSARIA PER...

ZONA GEOGRAFICAprodurre 50 litri/giorno
di ACS a 45°
produrre acqua calda
per il riscaldamento di
10 m² di superficie
Italia del Nord

1,2 m²

1,0 - 1,2 m²
Italia del Centro1,0 m²0,8 - 1,0 m²
Italia del Sud0,8 m²0,6 - 0,8 m²

SUPERFICIE DI PANNELLI SOTTOVUOTO NECESSSARIA PER...

ZONA GEOGRAFICA

produrre 50 litri/giorno
di ACS a 45°
produrre acqua calda
per il riscaldamento di
10 m² di superficie
Italia del Nord0,9 m²0,9 m²
Italia del Centro0,7 m²0,7 m²
Italia del Sud0,5 m²0,5 m²
 
Quanti litri di accumulo ?

Nel caso di sistemi a circolazione naturale monoblocco, in cui serbatoio d’accumulo e collettore costituiscono un’unità inseparabile, il volume dell’accumulo di acqua calda è già ottimizzato rispetto alla superficie corrispondente di pannelli. Sul mercato si trovano impianti a circolazione naturale già dimensionati e dotati di tutti i componenti, sotto forma di "kit" pronti per essere installati.
 
Anche i sistemi a circolazione forzata vengono spesso commercializzati in kit predimensionati, completi di collettori, serbatoio e accessori; in questo caso il serbatoio è già dimensionato sulla superficie dei pannelli e per il tipo di utilizzo del calore.
 
I kit di norma sono adatti per utilizzi domestici in abitazioni monofamiliari, mentre per gli impianti più grandi il dimensionamento deve essere fatto su misura in fase di progettazione.
 
Per gli impianti in cui il serbatoio d’accumulo viene scelto e installato separatamente dal collettore, occorre un’attenta valutazione. Vanno calcolati 50-75 litri d’accumulo di acqua calda sanitaria a persona. A questi, nel caso l’impianto sia predisposto per il riscaldamento, vanno aggiunti circa 50 litri di accumulo per ogni m² di collettori vetrati (la superficie è inferiore in caso di collettori sottovuoto).
 
L'inclinazione e l'orientamento dei pannelli 

Dimensionare un impianto significa anche scegliere per i collettori l'inclinazione, rispetto al piano orizzontale, adatta al nostro profilo di utilizzo.

Per ottenere la resa massima su base annuale, l’inclinazione ottimale per i collettori è pari a quella della latitudine locale (dai 45° di Milano ai 38° di Palermo), sottratta di circa 10°.

Nota bene: variazioni anche notevoli (+ o - 15°) dell'angolo di inclinazione non influiscono in maniera significativa sul rendimento dell'impianto.

Nel caso si scelga di realizzare sistemi solari combinati, cioè integrati con un impianto di riscaldamento a bassa temperatura, l’inclinazione dei collettori dovrà tenere conto del maggior carico invernale rispetto a impianti standard. In questo caso, l’inclinazione rispetto al piano orizzontale sarà quello della latitudine locale, aumentata di circa 10°. Ciò permette di intercettare una quantità maggiore di radiazione solare nella stagione invernale, quando il sole è più basso sull’orizzonte. L’inclinazione può variare a seconda della minore o maggiore quota di fabbisogno termico per il riscaldamento che si intende coprire con l’impianto solare.

L’orientamento da preferire è certamente quello verso Sud, anche se spostamenti fino a 45° verso Sud-est o Sud-ovest non comportano importanti perdite di efficienza.

Come si è visto, molte sono le variabili in gioco nella scelta della taglia ottimale per le nostre esigenze. Errori di sotto- o di sovradimensionamento degli impianti sono stati purtroppo frequenti negli anni passati, e con la loro pubblicità negativa hanno contribuito a rallentare per molti anni il decollo del mercato italiano del solare termico. Ma oggi, quando ci rivolgiamo a rivenditori e installatori italiani di provata esperienza, possiamo essere certi di trovare la risposta migliore a tutte nostre esigenze.

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