Impianti solari termici per riscaldamento e ACS

La produzione di acqua calda tramite pannelli solari termici quale apporto integrativo per il riscaldamento e anche per ACS può contribuire a rideurre la bolletta energetica. L’importante è che i sistemi solari termicisiano adeguatamente dimensionati, ben installati e che venga fatta adeguata e constante manutanzione.

In sintesi

• I sistemi solari termici riducono sensibilmente il consumo di energia da fonti fossili per la produzione di acqua calda e riscaldamento, con un impatto diretto sulla bolletta.
• Sostenibilità ambientale: utilizzano il sole, una fonte rinnovabile e pulita, contribuendo alla riduzione delle emissioni di CO₂ e alla lotta contro il cambiamento climatico
• Contribuiscono ad affrancarsi in parte dai costi energetici variabili e dalle fluttuazioni del mercato dell’energia
• Possono essere integrati facilmente con caldaie, pompe di calore e sistemi ibridi, adattandosi a diverse configurazioni impiantistiche
• Non ultimo, migliorano la classe energetica dell’edificio, aumentandone il valore e l’attrattiva sul mercato immobiliare

Il valore del solare termico

Quando si parla di solare spesso si intende soprattutto il fotovoltaico in quanto in linea con il “tutto elettrico” che sembra imperversare nell’impiantistica. Tuttavia è bene spezzare qualche lancia anche a sostegno del solare termico. Peraltro nulla vieta l’utilizzo di entrambe le tecnologie, anche per una specifica realizzazione. A favore del solare termico ci sono le leggi della termodinamica che non si possono abrogare per decreto. Come scriveva tempo addietro Alessandro Teti “il confronto tra le due tecnologie ha un senso solamente quando si deve produrre energia termica. A parità di irraggiamento solare, la differenza sostanziale tra le due risiede nei rendimenti dei sistemi solari. Un pannello solare termico ha un rendimento di trasformazione variabile tra il 50% e l’80%. Di contro, un pannello fotovoltaico ha un rendimento compreso che può arrivare al 20%”. Da queste semplici considerazioni emerge che il rendimento di un sistema solare termico è ben superiore a quello di un sistema solare fotovoltaico. Tuttavia, i conti in linea di massima si pareggiano dal punto di vista termodinamico se l’energia elettrica prodotta con il fotovoltaico genera energia termica tramite una pompa di calore con un COP elevato

I sistemi solari termici, oltre che lavorare in proprio, possono essere inseriti e integrati in diverse configurazioni impiantistiche e rappresentano un valido contributo alla produzione di acqua calda per riscaldamento e per usi igienico sanitari. Oggi sono disponibili in diversi modelli, anche se non sono più tante come un tempo le aziende che hanno a catalogo il pannello solare ad acqua. In linea di massima un moderno sistema gestisce efficacemente l’energia termica prodotta nei periodi di irraggiamento accumulandola in serbatoi di back up ben coibentati per conservarla e utilizzarla quando necessario. Quando l’energia solare incidente è molto elevata è bene considerare la presenza di un sensore termico che possa attivare un circolatore a basso assorbimento elettrico (pochi watt) per trasferire l’acqua calda all’accumulo. Tuttavia vi sono anche soluzioni a circolazione d’acqua naturale comunque abbinate ad accumuli che possono essere integrati nel sistema. E dunque possiamo individuare due grandi tipologie di impianti solari termici:

• a circolazione naturale, caratterizzati da semplicità impiantistica, generalmente impiegati in abitazioni unifamiliari
• a circolazione forzata, che si traduce in maggior efficienza e possibilità di impiego in impianti complessi e multifamiliari

Nel primo caso dei sistemi a circolazione naturale il fluido termovettore circola per effetto della convezione naturale e sale spontaneamente verso l’alto. I costi di installazione e manutenzione sono contenuti e generalmente sono di lunga durata.

Nei sistemi a circolazione forzata il fluido termovettore è spinto da una pompa di circolazione il cui funzionamento è controllato da centralina elettronica. In questo caso il serbatoio di accumulo può essere installato in qualsiasi posizione. Tra i vantaggi sono da segnalare: maggiore flessibilità progettuale, migliore rendimento stagionale, ampie possibilità di integrazione con altri generatori come caldaie o pompe di calore. Di contro, abbiamo a che fare con una maggiore complessità impiantistica e dunque con costi iniziali più elevati.

È appena il caso di accennare a configurazioni speciali di sistemi solari, quali i drain-back in cui il fluido ritorna nel serbatoio di raccolta quando la pompa si spegne evitando il rischio edi gelo o stagnazione; gli impianti a svuotamento drain-down con svuotamento automatico in caso di spegnimento; e ancora i combi-system che integrano la produzione di ACS e riscaldamento, spesso con accumuli stratificati e gestione intelligente delle fonti di energia. In tutti i casi, è da valutare attentamente l’esposizione rispetto al sole, la disponibilità di spazio e l’effettiva possibilità di mettere in opera il sistema. Da valutare attentamente anche le possibili ombreggiature da parte di altro edifici o piante.

I principali componenti degli impinati solari termici

Lo scopo di un sistema solare termico è di “catturare” l’energia solare e convertirla in calore, principalmente per la produzione di acqua calda sanitaria (ACS), il riscaldamento ambientale o per usi industriali. È composto da diversi elementi che lavorano in sinergia per garantire efficienza, affidabilità e sostenibilità. Di seguito i principali componenti.

Collettori solari termici

Sono il cuore del sistema. Si tratta di pannelli installati generalmente sul tetto, orientati verso il sole. Esistono due principali tipologie:

• collettori piani vetrati, composti da una lastra trasparente, un assorbitore selettivo e isolamento termico nella parte posteriore
• collettori a tubi sottovuoto, risultano più efficienti in condizioni di bassa temperatura o irraggiamento, grazie alla ridotta dispersione termica

Serbatoio di accumulo (bollitore)

Il serbatoio di accumulo è un contenitore coibentato che conserva a lungo in temperatura l’acqua riscaldata dai collettori. Può avere uno o più scambiatori di calore interni (serpentine) per trasferire il calore dal fluido termovettore all’acqua sanitaria. La coibentazione è fondamentale per ridurre le perdite di calore.

Fluido termovettore

È il liquido che circola tra i collettori e il serbatoio. Generalmente è una miscela di acqua e glicole propilenico, resistente al gelo e alla corrosione. Il fluido assorbe il calore nei collettori e lo trasporta al serbatoio.

Gruppo di circolazione

Include la pompa di circolazione, le valvole di non ritorno, i filtri e i dispositivi di sicurezza. La pompa fa circolare il fluido termovettore nel circuito chiuso. Alcuni sistemi utilizzano pompe a basso consumo energetico, attivate da centraline intelligenti.

Centralina di controllo

Monitora le temperature nei collettori e nel serbatoio, attivando la pompa solo quando è conveniente trasferire calore. Le centraline moderne sono spesso dotate di connettività Wi-Fi per la gestione da remoto tramite app.

Sistema di integrazione elettrica

In caso di insufficiente irraggiamento solare, il sistema può integrare il riscaldamento tramite resistenze elettriche. Queste si attivano automaticamente per garantire la disponibilità di acqua calda anche in condizioni sfavorevoli.

Sistema antigelo

Fondamentale nei climi freddi, impedisce il congelamento del fluido termovettore. Può essere passivo (uso di glicole) o attivo (resistenze elettriche o circolazione forzata notturna).

Struttura di supporto

Serve per fissare i collettori alla copertura dell’edificio o a terra. Deve garantire stabilità, resistenza al vento e alla neve e avere un’inclinazione ottimale per massimizzare l’irraggiamento solare.

Valvole di sicurezza e vaso di espansione

Il vaso di espansione compensa le variazioni di volume del fluido termovettore dovute alla temperatura. Le valvole di sicurezza proteggono il sistema da sovrapressioni. Ci soffermiamo sulla dotazione relativa alla sicurezza in quanto trattasi si un tema molto delicato. Infatti, le valvole di sicurezza sono componenti fondamentali per la protezione dell’intero impianto solare termico. La loro funzione principale è quella di prevenire sovrappressioni che potrebbero danneggiare i collettori, il serbatoio di accumulo o le tubazioni. Durante il funzionamento, il fluido termovettore può raggiungere temperature elevate, causando un aumento della pressione interna. Se questa supera il limite di sicurezza impostato, la valvola si apre automaticamente per scaricare il fluido in eccesso, riportando il sistema a condizioni operative sicure.

Le valvole sono tarate generalmente tra i 3 e i 6 bar, a seconda delle specifiche del sistema. Possono essere installate sia sul circuito primario (quello chiuso che collega i collettori al bollitore) sia sul circuito sanitario. È importante che siano collegate a un tubo di scarico che convogli il fluido in un punto sicuro, evitando danni o rischi per le persone. Una manutenzione periodica è essenziale per garantirne l’efficienza e la reattività in caso di emergenza.

Il vaso di espansione è un componente essenziale nei sistemi solari termici a circuito chiuso, progettato per assorbire, come detto sopra, le variazioni di volume del fluido termovettore dovute ai cambiamenti di temperatura. Quando il fluido si riscalda, aumenta di volume e genera una pressione maggiore nel circuito. Il vaso di espansione, dotato di una membrana interna flessibile, accoglie questo aumento di volume, evitando che la pressione superi i limiti di sicurezza.

Il vaso di espansione deve essere dimensionato correttamente in base al volume del fluido e alla temperatura massima prevista. Un vaso sottodimensionato può causare frequenti aperture della valvola di sicurezza, mentre uno sovradimensionato può compromettere la reattività del sistema. La manutenzione periodica include il controllo della pressione interna e dell’integrità della membrana, per garantire un funzionamento sicuro e duraturo dell’impianto.

Manometri

I manometri sono strumenti di misura della pressione all’interno del circuito solare. Sono fondamentali per monitorare il corretto funzionamento dell’impianto, in particolare del circuito chiuso in cui circola il fluido termovettore. La funzione principale è di indicare la pressione in bar del fluido nel circuito primario. Una pressione troppo bassa può indicare perdite o mancanza di fluido, mentre una pressione troppo alta può segnalare un surriscaldamento o un malfunzionamento del vaso di espansione.

I manometri solitamente sono posizionati in prossimità del gruppo di circolazione o del bollitore, in punti facilmente accessibili per la lettura.

Termometri

Misurano la temperatura del fluido termovettore o dell’acqua sanitaria. Possono essere analogici o digitali e sono spesso integrati nella centralina di controllo. La funzione principale è di monitorare la temperatura nei collettori, nel serbatoio di accumulo e nei punti di mandata e ritorno. Queste misurazioni consentono di verificare l’efficienza del trasferimento di calore e di diagnosticare eventuali problemi (es. stagnazione, scarsa resa). Sono posizionati in punti strategici del circuito, come l’uscita dei collettori, l’ingresso del bollitore e la linea di ritorno.

Rubinetti di carico e scarico

Questi dispositivi permettono rispettivamente di riempire e svuotare il circuito del fluido termovettore. Il rubinetto di carico è utilizzato per immettere il fluido nel circuito durante l’installazione o dopo interventi di manutenzione; è ovviamente collegato a una fonte esterna (generalmente rete idrica). Il rubinetto di scarico consente di svuotare completamente il circuito, ad esempio per sostituire il fluido o per interventi tecnici. È facile intuire l’importanza di questi rubinetti per eseguire le operazioni di manutenzione ordinaria e straordinaria, garantendo sicurezza e praticità.

Filtri per impurità

I filtri sono dispositivi installati nel circuito per trattenere particelle solide, ruggine o residui che potrebbero danneggiare la pompa di circolazione o ridurre l’efficienza dello scambio termico. Ve ne sono di diverse tipologie: filtri a rete metallica, filtri magnetici (per particelle ferrose), filtri combinati. La funzione principale è la protezione dei componenti meccanici e mantenere pulito il fluido termovettore. Periodicamente devono essere ispezionati e puliti per evitare ostruzioni e garantire un flusso regolare. Generalmente sono posizionati a monte della pompa di circolazione o in punti facilmente accessibili.

Buone pratiche per l’installatore

Il fluido termovettore, spesso una miscela di acqua e glicole, può essere chimicamente aggressivo per alcuni materiali. È fondamentale assicurarsi che tutti i componenti a contatto con il fluido (tubi, guarnizioni, pompe, valvole, scambiatori) siano compatibili con la specifica composizione chimica e con le temperature operative previste. Questo aspetto è importante perché materiali non compatibili possono corrodersi, degradarsi o perdere tenuta, causando perdite, inefficienze o guasti prematuri. È buona pratica consultare sempre le schede tecniche dei materiali e del fluido e utilizzare componenti certificati per impianti solari.

I dispositivi di sicurezza, come valvole di sovrappressione, vasi di espansione e sensori di temperatura, devono essere controllati regolarmente per garantire il corretto funzionamento del sistema. Questa attività è importante perché un malfunzionamento può compromettere la sicurezza dell’impianto, causando sovrappressioni, perdite o danni ai collettori. Durante la manutenzione periodica è utile verificare la taratura delle valvole, la pressione del vaso di espansione e lo stato dei sensori. Annotare eventuali anomalie e sostituire i componenti usurati.

Una corretta documentazione tecnica è essenziale per la gestione, la manutenzione e l’eventuale assistenza futura dell’impianto. Per questo motivo è bene documentare le pressioni di taratura e i punti di installazione. Conoscere i valori di taratura e la posizione dei componenti facilita interventi rapidi e precisi, riducendo i tempi di fermo e i costi di manutenzione. È consigliabile redigere una scheda tecnica dell’impianto che includa:

• pressione di esercizio e di taratura delle valvole
• posizione dei manometri, termometri, rubinetti e filtri
• tipo e quantità di fluido termovettore
• data dell’ultima manutenzione e interventi eseguiti

Sistemi combinati: ACS e riscaldamento

I sistemi solari termici combinati rappresentano una soluzione evoluta e altamente efficiente per soddisfare sia il fabbisogno di acqua calda sanitaria che quello di riscaldamento degli ambienti. Questi impianti utilizzano un accumulo combinato dotato di stratificazione termica, che consente di gestire in modo intelligente la distribuzione del calore. Il principio di funzionamento prevede che l’energia solare raccolta venga utilizzata prioritariamente per riscaldare l’acqua sanitaria, mentre l’eventuale surplus viene destinato al supporto del riscaldamento domestico. Per garantire un funzionamento ottimale, il sistema è dotato di componenti aggiuntivi come scambiatori dedicati per il circuito di riscaldamento, valvole deviatici o miscelatori motorizzati che regolano la priorità tra le due funzioni, e centraline elettroniche avanzate. Queste ultime, grazie a sonde multiple e logiche di controllo sofisticate, permettono una gestione dinamica delle fonti di calore, ottimizzando l’efficienza energetica dell’intero impianto.

Integrazione con caldaia a condensazione e pompe di calore

Nei sistemi solari termici integrati, la gestione delle fonti ausiliarie come caldaie a condensazione o pompe di calore avviene secondo logiche di priorità energetica e ottimizzazione dei rendimenti. La caldaia a condensazione viene configurata per intervenire esclusivamente quando l’energia solare disponibile non è sufficiente a coprire il fabbisogno termico, riducendo così i cicli di accensione e migliorando l’efficienza stagionale. La pompa di calore, invece, può operare in parallelo al solare, sfruttando la bassa temperatura di mandata per massimizzare il COP (Coefficient of Performance), soprattutto in presenza di impianti radianti.

Il controllo dell’intero sistema è affidato a una centralina solare evoluta, dotata di sonde di temperatura multiple e algoritmi di gestione termica. Questa monitora costantemente le condizioni operative e attiva la fonte ausiliaria solo quando i parametri impostati lo richiedono. In molte configurazioni è previsto un accumulo inerziale (buffer termico), che consente di disaccoppiare la produzione dalla distribuzione, migliorando la stabilità del sistema e riducendo le accensioni della fonte ausiliaria. L’integrazione ottimale richiede una corretta taratura delle soglie di intervento e una progettazione idraulica che garantisca la stratificazione termica e la priorità all’energia solare.

L’importanza dell’accumulo

Come noto, l’accumulo termico rappresenta un componente chiave negli impianti solari termici, in quanto consente il disaccoppiamento tra la fase di generazione e quella di utilizzo dell’energia termica. Questo aspetto è particolarmente rilevante per ottimizzare la gestione dell’energia prodotta, soprattutto in presenza di profili di carico non coincidenti con la disponibilità solare.

L’accumulo è generalmente costituito da un serbatoio inerziale, il cui volume viene dimensionato in funzione della potenza dell’impianto, del profilo di consumo e della destinazione d’uso (ACS, riscaldamento, integrazione). È fondamentale garantire un’elevata qualità della coibentazione per minimizzare le perdite termiche statiche, soprattutto nei sistemi a bassa temperatura.

Dal punto di vista impiantistico, l’integrazione tra un generatore ausiliario (pompa di calore o caldaia a condensazione) e un impianto solare termico, mediata da un sistema di accumulo ben progettato, consente una gestione sinergica delle fonti. In particolare, l’accumulo permette di ridurre la potenza termica nominale del generatore, ottimizzando il dimensionamento e migliorando l’efficienza globale del sistema, soprattutto nella produzione di ACS.

L’accumulo può inoltre contribuire a contenere la potenza installata entro soglie regolamentari, evitando l’applicazione di vincoli normativi più stringenti.

Un ulteriore vantaggio operativo è la funzione di “booster termico” durante le fasi di riavvio dell’impianto dopo periodi di inattività, garantendo una risposta dinamica più rapida e stabile.

Infine, l’accumulo termico può contribuire indirettamente alla stabilizzazione delle reti elettriche, specialmente in impianti ibridi o in contesti con forte penetrazione di rinnovabili. Lo spostamento del carico elettrico associato alla generazione termica (es. pompe di calore) verso le ore notturne o a bassa domanda consente una gestione più flessibile e resiliente del sistema energetico complessivo.

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