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29

PUBBLICAZIONE PERIODICA DI INFORMAZIONE TECNICO-PROFESSIONALE

Direttore responsabile: Marco Caleffi

Responsabile di Redazione: Fabrizio Guidetti

Hanno collaborato a questonumero: Mario Doninelli,

Marco DoninelliEzio Prini

Claudio Ardizzoia

IdraulicaPubblicazione registrata presso

il Tribunale di Novara al n. 26/91 in data 28/9/91

Editore:Poligrafica Moderna S.p.A. Novara

Stampa:Poligrafica Moderna S.p.A. Novara

Basi cartografiche di proprietà eper concessione dell’ IstitutoGeografico De Agostini.

Copyright Idraulica Caleffi. Tutti idiritti sono riservati. Nessunaparte della pubblicazione puòessere riprodotta o diffusa senza ilpermesso scritto dell’Editore.

CALEFFI S.P.A.S.R. 229, N. 25

28010 Fontaneto d’Agogna (NO)TEL. 0322·8491 FAX 0322·863305

[email protected] www.caleffi.it

3 Gli impianti solari

4 Il sole e la sua offerta di energia

6 I pannelli solari termici - tipologie di maggior utilizzo

8 Serbatoi d’accumulo dell’energia solare

10 Regolazione del circuito solare

12 Regolazione dell’acqua calda sanitaria

14 Regolazione degli impianti combinati

16 Luogo e modalità di installazionedei pannelli solari

18 Grandezze di base per dimensionare gli impianti a pannelli

20 Circolazione del fluido vettore

21 Collegamento e bilanciamento dei pannelli

22 Possibili casi di surriscaldamento

24 Componenti e dimensionamento del circuito solare

27 Impianti sanitari che utilizzano energia solare

28 Schema: Impianto solare per produzione acqua calda sanitaria con caldaia a terradotata di accumulo

29 Schema: Impianto solare per produzione acqua calda sanitaria con integrazione di calorenel serbatoio di accumulo

30 Schema: Impianto solare centralizzatoper produzione acqua calda sanitariacon distribuzione ad impianti autonomi

31 Schema: Impianto solare a doppio serbatoio d’accumulo e scambiatore di calore

32 Linea solare

33 Gruppi di circolazione

34 Regolatore di temperatura differenziale

35 Valvole a sfera motorizzate

SommarioSP

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PUBBLICAZIONE PERIODICA DI INFORMAZIONE TECNICO-PROFESSIONALE

Sono ormai abbastanza chiari i segni di un rinnovatointeresse per l’energia solare. Non si avvertiva piùniente di simile dagli anni Settanta: vale a dire daglianni della prima grave crisi petrolifera.Allora furono molte le speranze riposte in questaforma di energia pulita, facilmente disponibile epraticamente inesauribile.I risultati ottenuti furono però molto deludenti, sia acausa di aspettative teoriche troppo ottimistiche,sia a causa di errori tecnici. Infatti, come vedremonelle pagine che seguono, la realizzazione di questiimpianti è facile e semplice solo in apparenza.

Oggi siamo comunque in grado di evitare gli erroridel passato. Tuttavia ciò non basta ad assicurareuna rinascita certa e stabile del solare, perché isuoi costi sono ancora assai elevati. Sononecessari anche adeguati incentivi, giustificati dalfatto che il solare può limitare il consumo deicombustibili fossili, che ormai stannocompromettendo i delicati equilibri termici ebiologici del nostro pianeta.

Va considerato che la difesa dell’ambiente e dellanostra salute non può essere lasciata unicamentealle leggi di mercato, perché il mercato ignoraqueste realtà di primaria importanza. Ignora, adesempio, i danni causati dallo smog, oppure quelliconnessi alla troppa anidride carbonica immessanell’atmosfera. E pertanto non può porvi rimedio.Spetta dunque ai poteri pubblici correggere questecarenze: ad esempio, incentivando l’uso di energiemeno dannose di quelle finora imposte propriodalle leggi di mercato. E in merito c’è da augurarsiche anche il nostro Paese sappia imboccare la viagiusta, abbandonando politiche e metodi che cihanno saldamente relegato agli ultimi posti inEuropa.

Forse (ma si sa le cose semplici non piacciono ainostri legislatori) basterebbe andare a vedere cosahanno fatto in Germania, in Austria o in Svizzera:Paesi con “meno sole” del nostro, ma dove ilsolare è di gran lunga più diffuso.

GLI IMPIANTI SOLARIIngg. Marco e Mario Doninelli dello studio S.T.C.

3

Il sole è costituito da una grande massaincandescente con volume 1.300.000 voltesuperiore a quello della terra e con temperatureche possono raggiungere i 16.000.000°C.La superficie di tale massa emette, in modopressoché costante, radiazioni elettromagnetichela cui potenza è pari a circa 400.000 miliardi dimiliardi di kW: più o meno la potenza ottenibilefacendo esplodere ogni secondo 3.500 miliardi dibombe uguali a quella di Hiroschima. E una talepotenza, i cui valori vanno ben oltre la nostracapacità di immaginazione, ha, come la bomba diHiroschima, origine nucleare.

Sul sole, infatti, avvengono continue fusioninucleari che trasformano quattro nuclei di idrogeno(il costituente principale del sole) in un nucleo dielio. La massa di quest’ultimo è inferiore a quelladata dalla somma dei nuclei di idrogeno e ladifferenza è trasformata in energia. Le fusioninucleari sono autoregolate in modo tale dagarantire un’emissione di energia sostanzialmentestabile nel tempo.

Naturalmente le riserve di idrogeno che il sole puòutilizzare non sono illimitate.

4

IL SOLEE LA SUA OFFERTA DI ENERGIA

Comunque per altri 5 miliardi di anni nondovrebbero esserci problemi. Poi il sole diventeràlentamente meno luminoso e si spegnerà.

Valori della radiazione solare

Prima di entrare nell’atmosfera terrestre, laradiazione solare ha una potenza (valutata rispettoad una superficie ad essa perpendicolare) di circa1.350 W/m2. Sulla terra, invece, la sua potenza èsensiblmente inferiore in quanto l’atmosferaagisce da filtro nei confronti dei raggi solari.I normali valori sono circa 1.000 W/m2 con cielosereno, 100÷150 W/m2 con cielo coperto.

Insolazione annua [ kWh/m2 ] in base ai valori dell’Atlante Europeo delle radiazioni solari

50°

55°

45°

40°

35°

4 atomiidrogeno

1 atomoelio

Energia

Schema fusione nucleare all’interno delle stelle

1600÷1750

1400÷1600

1100÷1200

1000÷1100

900÷10001200÷1400

5

È la quantità di energia solare che, nel corso diun intero anno, può essere captata da unasuperficie unitaria rivolta a Sud. Il suo valoredipende dalle caratteristiche climatiche del luogo edalla sua posizione: latitudine, longitudine, altezzasul livello del mare.

Conoscere questa grandezza serve a quantificarel’energia termica ottenibile (in un certo luogo) con unimpianto solare e quindi a valutare se risultaconveniente o meno la sua realizzazione.

Una delle fonti più autorevoli in merito è senz’altrol’Atlante Europeo delle Radiazioni Solari i cuidati, relativi a rilievi condotti su base decennale,sono raccolti in mappe e tabelle.L’Atlante Europeo delle Radiazioni Solari riporta ivalori dell’insolazione annua non solo in relazionealle principali località europee, ma anche in baseall’orientamento e all’inclinazione della superficieunitaria rispetto al piano orizzontale.

Nella pagina a lato, sono riportate indicazionirelative all’insolazione annua nei Paesi europeiriferite ad una superficie unitaria rivolta a Sud einclinata di un angolo pari alla latitudine del luogo.Come d’altra parte è facile prevedere, i valori relativial nostro Paese (specie se confrontati con lamaggior parte degli altri Paesi europei) evidenzianosituazioni molto favorevoli all’uso del solare.

Insolazione annua Sistemi di utilizzo dell’energia solare

Per lo sfruttamento dell’energia solare si utilizzanosistemi normalmente definiti passivi o attivi.

I sistemi passivi sono quelli che si avvalgono dimezzi e accorgimenti strettamente integratinegli edifici e che per il loro funzionamento nonrichiedono fonti di energia esterne. Ad esempio,sono quelli che prevedono l’uso di serre, lucernari,frangisole, superfici riflettenti, oppure strutture adelevata inerzia termica, quali i muri di Trombe, i muria cambiamento di fase e le pareti ad acqua.

I sistemi attivi sono, invece, quelli che siavvalgono di veri e propri impianti tecnici disupporto, con mezzi per captare, convertire,trasportare e utilizzare l’energia solare. Sono, inpratica i sistemi a pannelli fotovoltaici e termici.

I pannelli fotovoltaici traformano direttamentel’energia solare in energia elettrica.

I pannelli (o collettori) termici trasformano,invece, l’energia solare in calore, che può esseresfruttato, ad esempio, per attivare turbine di specialicentrali elettriche, oppure per eseguire trattamentiindustriali e agricoli, oppure ancora per produrreacqua calda sanitaria e riscaldare ambienti. Ed èessenzialmente di questi pannelli e di quest’ultimoimpiego che ci occuperemo nelle pagine cheseguono.�� Sistema passivo del tipo a serra�� Sistema attivo con pannelli solari

6

Possono essere ad alta o a bassa temperatura.

I pannelli ad alta temperatura sono dotati dispecchi per concentrare i raggi solari. Il loro costo,assai elevato, li rende convenienti solo peresigenze particolari e alquanto limitate.

I pannelli a bassa temperatura sono costituiti dasemplici assorbitori. Sono utilizzati soprattutto perprodurre acqua calda e riscaldare ambienti, epossono essere così suddivisi:

I PANNELLI SOLARI TERMICITIPOLOGIE DI MAGGIOR UTILIZZO

Pannelli a fluido liquido con protezione

Sono costituiti da:

- un assorbitore metallico (in rame, alluminio o acciaio) che incorpora anche i tubi di passaggio del fluido vettore;

- una lastra in vetro o in plastica con buona trasparenza alle radiazioni emesse dal sole ed elevata opacità a quelle emesse dall’assorbitore;

- un pannello di materiale isolante, posto sotto l’assorbitore;

- un involucro di contenimento per proteggere i componenti di cui sopra e limitare le dispersioni termiche del pannello.

Questi pannelli possono produrre acqua calda finoa 90÷95°C. La loro resa diminuisce però in modosensibile oltre i 65÷70°C.Non richiedono soluzioni d’uso complesse, hannoun buon rendimento e costi relativamente bassi.Per tali motivi sono i pannelli maggiormenteutilizzati negli impianti civili.Per impianti di piccole dimensioni sono disponibilianche con serbatoio incorporato.

Pannelli a fluido liquido senza protezione

Sono costituiti da un assorbitore realizzato inmateriale plastico. Per mancanza di coperturanon sono in grado di superare i 40÷45°C. Perquesto, in pratica, sono utilizzati prevalentementeper riscaldare piscine.Il basso costo è il loro principale vantaggio.Sono però soggetti a problemi di “invecchiamento”che dipendono sia dai materiali, sia dallatecnologia utilizzati per la loro produzione.

Pannello a fluido liquido senza protezione��Superficievetrata

Pannello a fluido liquido con protezione

Involucro dicontenimento

Materialeisolante

Assorbitoredi calore

7

Sono costituiti da una serie di tubi in vetrosottovuoto all’interno dei quali sono postiassorbitori a strisce.È una tecnica costruttiva che consente di limitare ledispersioni termiche dei pannelli ed assicurare,pertanto, rendimenti più elevati: caratteristica chepuò risultare molto utile nelle zone con bassetemperature esterne.

I pannelli con tubi sottovuoto possono produrreacqua calda fino a temperature di 115÷120°C: cioèfino a temperature che possono essere utilizzate incampo industriale, alimentare e agricolo, oppure perprodurre acqua refrigerata con l’aiuto di appositigruppi frigoriferi.

Il costo assai elevato è il principale limite di questipannelli.

Pannelli a fluido liquido con tubi sotto vuoto

Sono costituiti da un contenitore a scatola consuperficie superiore trasparente (in vetro o inplastica) e con isolamento termico sia sul fondoche sulle pareti laterali.L’assorbitore è una semplice lastra metallica (inacciaio o in rame) sopra cui, e talvolta anche sotto,scorre libero un flusso d’aria.

Questi pannelli non hanno una resa elevata inquanto l’aria è un vettore poco idoneo a scambiaree a trasportare calore. Tuttavia hanno il vantaggio dicostare poco e di non richiedere l’intervento di unoscambiatore. Inoltre sono molto leggeri e, adifferenza dei pannelli con fluido vettore liquido, nonsono esposti a pericoli di congelamento o diebollizione.Sono utilizzati soprattutto per riscaldare ariaambiente e per essiccare prodotti agricoli.

Pannelli ad aria del tipo a cassetta�� Pannello a fluido liquido con tubi sotto vuoto

Sezioni tubi in vetro

con tubi fluidoseparati

con tubi fluidoconcentrici

Vetro

Vuoto��Superficie

vetrata

Involucro dicontenimento

Materialeisolante

Assorbitoredi calore

Pannello ad aria del tipo a cassetta��

8

L’energia solare non è sempre disponibile. Diconseguenza, per poter utilizzare i servizi adessa connessi in modo continuo serve l’aiuto disistemi d’accumulo: sistemi che possono essererealizzati con sostanze liquide, solide (ad esempiopietre o ciottoli) oppure a scambio di fase (adesempio sali fusi).

Di seguito considereremo solo sistemi con serbatoiche contengono acqua: in pratica gli unici adottatiin impianti solari ad uso civile.

Quelli a doppio serpentino servono, invece, ancheper riscaldare l’acqua (se necessario) fino allatemperatura d’uso richiesta. Sono utilizzati inimpianti di piccole e medie dimensioni.

SERBATOI D’ACCUMULODELL’ENERGIA SOLARE

Serbatoi ad intercapedine

Presentano, in corrispondenza della loro superficielaterale, un’intercapedine entro cui può circolare ilfluido proveniente dai pannelli. Sono utilizzatisoprattutto in impianti di piccole dimensioni.

Serbatoi a serpentini

Possono essere a semplice o a doppio serpentino.Quelli a semplice serpentino servono solo adaccumulare calore.

Serbatoio a semplice serpentino

Serbatoio a doppio serpentino

Att

acch

i circ

uito

pan

nelli

sol

ari

Acqua calda

Serbatoio ad intercapedine

Acqua fredda

Acqua calda

Acqu

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dda

Att

acch

i circ

uito

pan

nelli

sol

ari

Acqua calda

Acqu

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Att

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pan

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sol

ari Att

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uito

cal

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9

Serbatoi combinati

Sono serbatoi a doppio contenitore chiamatianche “tank in tank” che in inglese significa“serbatoio nel serbatoio”. Sono utilizzati inimpianti solari combinati: cioè in impianti solariche provvedono sia alla produzione di acquacalda sanitaria sia al riscaldamento.Il serbatoio grande contiene l’acqua che serve afar funzionare l’impianto di riscaldamento. Quellopiccolo contiene, invece, l’acqua che serve adalimentare l’impianto sanitario.

I serbatoi “tank in tank” rendono più facile esemplice la realizzazione degli impianti solaricombinati in quanto consentono di allacciaredirettamente al serbatoio tutti i circuiti, e cioè:

- il circuito solare,

- il circuito di integrazione calore della caldaia,

- il circuito dell’impianto di riscaldamento,

- il circuito dell’acqua calda sanitaria.

Sono serbatoi utilizzati soprattutto in impianti dipiccole e medie dimensioni.

Serbatoi senza scambiatori interni

Sono costituiti da semplici serbatoi d’accumulo.Lo scambio termico col fluido proveniente daipannelli è realizzato con scambiatori esterni apiastre o a fascio tubiero.Gli scambiatori a piastre sono più compatti. Quellia fascio tubiero, avendo sezioni di passaggio piùampie, sono meno esposti ai pericoli di “blocco”dovuti a incrostazioni e depositi di sporco.

Rispetto a quelli interni, l’uso degli scambiatoriesterni:

- consente lo scambio termico di potenze più elevate;

- dà la possibilità di servire più serbatoi con un solo scambiatore;

- facilita, data l’autonomia dei serbatoi dagli scambiatori, la realizzazione di varianti ed integrazioni del sistema di accumulo.

Questi serbatoi e il relativo sistema di scambiotermico sono utilizzati in impianti di medie e grandidimensioni.

Serbatoio combinato (tank in tank) Serbatoio semplice con scambiatore esterno

Att

acch

i circ

uito

pann

elli

sola

ri

Acqu

a fre

dda

Acqua caldaAcqua fredda Acqua calda

Att

acch

ici

rcui

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aia

Att

acch

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pan

nelli

sol

ari

Att

acch

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uito

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10

È una regolazione che si basa essenzialmentesull’uso di termoregolatori differenziali: strumenticostituiti da:

- un regolatore che consente di impostare la differenza di temperatura (Δt) voluta;

- due sonde atte a rilevare la temperatura dei pannelli e del serbatoio d’accumulo.

Se tra i pannelli e il serbatoio, le sonde registranodifferenze di temperatura superiori al (Δt) di taraturadel regolatore, la pompa del circuito solare vieneattivata, in caso contrario resta disattivata.

Per la taratura dei termoregolatori differenziali èconsigliabile adottare valori di (Δt) variabili da 5a 8°C. Simili intervalli di temperatura sononecessari per tener adeguatamente conto:

1. delle perdite di calore che si verificano lungo i tubi del circuito solare;

2. della necessità di avere (affinché avvenga uno scambio di calore significativo) un salto termico di qualche grado agli attacchi dello scambiatore;

3. del fatto che l’impianto deve essere messo in funzione solo quando l’energia utile è superiore a quella consumata dalla pompa di circolazione.

Di seguito passeremo brevemente in rassegna glischemi più utilizzati per regolare i circuiti solari.

REGOLAZIONEDEL CIRCUITO SOLARE

Regolazione con termostato[schema 1]

Entrambe le pompe sono attivate o disattivate daun semplice termostato. È una regolazione, inpratica, utilizzata solo per riscaldare piscine.

Regolazione con termoregolatore differenziale[schema 2]

Se la differenza di temperatura fra le sonde S1 e S2

supera il Δt impostato, la pompa è attivata, in casocontrario resta disattivata.

Regolazione con termoregolatore differenzialee valvola di by-pass modulante [schema 3]

Il regolatore agisce sulla pompa come nel casoprecedente, inoltre (azionando la valvola diby-pass) mantiene costante il Δt prefissato.È una regolazione che migliora lo scambio termicofra pannelli e accumulo. Tuttavia, per il suo costoelevato, è utilizzata solo in impianti medio-grandi.

Regolazione con termoregolatori differenzialie scambiatore di calore esterno [schema 4]

La pompa A è attivata solo quando la differenza ditemperatura fra le sonde S1 e S2 supera il valoreΔt1. La pompa B è attivata solo quando ladifferenza di temperatura fra le sonde S3 e S4

supera il valore Δt2.

Regolazione con termoregolatore differenzialeRegolazione con termostato

2

1

21T

11

Regolazione con termoregolatori differenzialie doppio serbatoio d’accumulo [schema 5]

Il primo regolatore agisce sulla pompa e sullavalvola modulante in modo analogo a quanto vistoper lo schema 3.

Il secondo regolatore apre, invece, la valvola a trevie deviatrice (facendo passare il fluidoproveniente dai pannelli nel serpentino delserbatoio ad alta temperatura) solo se latemperatura della sonda S3 supera quella dellasonda S4.

Regolazione con termoregolatori differenziali e doppio serbatoio di accumulo

Regolazione con termoregolatori differenzialie scambiatore di calore esterno

Regolazione con termoregolatore differenzialee valvola di by-pass modulante

3 4

M

1

2

1

3

4

2

1 2

5

M

1

2 4

1 2

3Accumulo

temperaturamedia

Accumulotemperatura

alta

Valvolamodulante

Valvoladeviatrice

Pompa A

Pompa B

12

Questi i principali schemi utilizzati:

REGOLAZIONEDELL’ACQUA CALDA SANITARIA

Regolazione con valvola deviatricee caldaia a terra con accumulo [schema 2]

È una regolazione che funziona in modo simile aquella dello schema 1. Per queste caldaie non sussistono, però, i pericolidi surriscaldamento considerati per le murali, inquanto la temperatura dell’accumulo è regolata daappositi termostati interni alle caldaie stesse.

Regolazione con riscaldamento integrativonel serbatoio d’accumulo [schema 3 e 4]

Se la temperatura dell’acqua scende al di sotto delsuo valore di utilizzo, un termostato (tarato in basea tale temperatura) attiva la pompa delriscaldamento integrativo effettuato nella parte altadel serbatoio per sfruttare al meglio lastratificazione dell’acqua.

Valvoladeviatrice

Mis

cela

tore

Regolazione con valvola deviatricee caldaia murale

Regolazione con riscaldamento integrativonel serbatoio d’accumulo e senza ricircolo

Cal

dai

a

Miscelatore

1 3

Pan

nelli

sol

ari

Valvoladeviatrice

Miscelatore

Regolazione con valvola deviatricee caldaia a terra con accumulo

2

Pan

nelli

sol

ari

Pan

nelli

sol

ari

Regolazione con riscaldamento integrativonel serbatoio d’accumulo e con ricircolo

Cal

dai

a

Miscelatore

4

Pan

nelli

sol

ari

Regolazione con valvola deviatricee caldaia murale [schema 1]

Se l’acqua proveniente dal serbatoio d’accumulo èa temperatura inferiore a quella richiesta (eimpostata sul termostato) la valvola deviatricemanda l’acqua alla caldaia. In caso contrario, lavalvola manda direttamente l’acqua al miscelatore.

Nota: Per evitare pericolosi surriscaldamenti si devono utilizzare solo murali con sistemi che regolano direttamente (e non in base alla portata) la temperatura dell’acqua sanitaria.

13

Regolazione con doppio bollitoree valvola deviatrice [schema 5 e 6]

Come negli schemi 1 e 2, la valvola deviatrice ha ilcompito di stabilire se l’acqua derivata dalserbatoio solare ha bisogno o meno di unriscaldamento integrativo.

Il serbatoio solare agisce da preriscaldatore e ciòconsente di evitare gli inconvenienti di cui sopra.Può, cioè, partire a freddo ed accumulare caloreanche a bassa temperatura.

Regolazione centralizzata con distribuzionealle caldaie di impianti autonomi [schema 7]

È una soluzione che consente di produrre acquacalda con un impianto solare centralizzato e didistribuirla poi ad impianti autonomi. Consenteanche di contabilizzare l’energia termica di originesolare ceduta ad ogni alloggio.Per evitare forti surriscaldamenti dell’acquaerogata dalle murali d’alloggio (ved. nota pag. 12)vanno utilizzate solo caldaie idonee.

Va, comunque, considerato che il riscaldamentointegrativo attuato direttamente nel serbatoiod’accumulo fa crescere la temperatura di tuttal’acqua contenuta nel serbatoio stesso: fatto chepuò limitare la quantità di calore scambiabile fra ipannelli e l’accumulo.

Queste regolazione sono utilizzate soprattutto inimpianti medio-grandi.

Regolazione centralizzata con distribuzione alle caldaie di impianti autonomi

7

Pan

nelli

sol

ari

Valvoladeviatrice

Miscelatore

Regolazione con doppio bollitoree valvola deviatrice

5

Cal

dai

a

Pan

nelli

sol

ari

Valvoladeviatrice

Miscelatore

Regolazione con doppio bollitore,valvola deviatrice e ricircolo

6

Cal

dai

a

Miscelatore

Pan

nelli

sol

ari

Vedi nota pag. 12

14

La regolazione di questi impianti deve tendere aminimizzare le temperature di esercizio necessarieper riscaldare. Più bassi sono i loro valori e meglioè sfruttabile il calore derivabile dai pannelli solari. Atal fine va assicurato anche buon isolamentotermico delle strutture edilizie e vanno sceltiterminali di riscaldamento a bassa temperatura: adesempio pannelli radianti a pavimento.

REGOLAZIONEDEGLI IMPIANTI COMBINATI

Regolazione per due serbatoi d’accumulocon valvola deviatrice [schema 2]

L’acqua calda sanitaria è prodotta con doppiobollitore come nei corrispondenti casi visti inprecedenza.

Il riscaldamento deriva energia termica sia dallacaldaia che dal serbatoio solare.In particolare deriva energia termica dal serbatoiosolare quando la temperatura della sonda S1

supera quella della sonda S2. In tal caso, la valvoladeviatrice fa passare il fluido di ritorno attraverso ilserpentino superiore del serbatoio solare.

Regolazione per due serbatoi d’accumulocon scambiatore di calore [schema 3]

È un sistema sostanzialmente analogo a quelloprecedente. L’unica variante riguarda lo scambiotermico fra il fluido del riscaldamento e quello delserbatoio solare, che in questo caso avviene conl’aiuto di uno scambiatore esterno.

Regolazione per serbatoio d’accumulotipo tank in tank [schema 1]

Il termostato del serbatoio attiva la pompadell’apporto di calore integrativo quando latemperatura dell’acqua scende al di sotto delvalore necessario per:

- assicurare, nel serbatoio interno, acqua calda sanitaria alla temperatura richiesta;

- alimentare i terminali di riscaldamento con le temperature di esercizio previste.

È un sistema di regolazione adottabile soprattuttoin impianti medio-piccoli.

Regolazione per serbatoio d’accumulo tipo “Tank in tank”

1

15

Regolazione per due serbatoi d’accumulo con valvola deviatrice

Regolazione per due serbatoi d’accumulo con scambiatore di calore

2

Regolazioneclimatica

2

1

Valvoladeviatrice

2

Regolazioneclimatica

2

1

Valvoladeviatrice

Circuito di recuperoenergia termica solare

Circuito di recuperoenergia termica solare

16

I pannelli solari devono essere installati su superficiin grado di garantire una buona insolazione, unancoraggio sicuro e un’adeguata manutenzione.

Per ottenere una buona insolazione sono tre gliaspetti da considerare: (1) la formazione di possibilizone d’ombra, (2) l’angolo di orientamento deipannelli e (3) il loro angolo di inclinazione rispetto alpiano orizzontale.

LUOGO E MODALITÀ DI INSTALLAZIONEDEI PANNELLI SOLARI

Zone d’ombra

L’ambiente circostante può indurre ombre suipannelli, riducendo in tal modo la loro resa.Pertanto, prima di decidere dove installare ipannelli, bisogna verificare se ci sono ostacoliin grado di impedire o limitare l’irraggiamentodiretto: ostacoli, ad esempio, costituiti da edifici,muri, alture o anche da vegetazione d’alto fusto. Inogni caso, l’ombra indotta da tali ostacoli deveessere molto limitata o di breve durata, per nonpenalizzare troppo la resa dei pannelli.

120° 90° 60° 30° 0° 30° 60° 90° 120°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

10°

20°

30°

40°

50°

60°

70°

80°

θ =

Ang

olo

alte

zza

sola

re

θ =

Ang

olo

alte

zza

sola

re

Diagramma solare 44° Latitudine Nord

Est Sud Ovest

21 dic21 gen/nov

21 feb/ott

21 mar/sett

21 apr/ago

21 mag/lug21 giu

0°

Sud

ore 6

ore 7

ore 8

ore 9

ore 10

ore 11ore 12 ore 12

ore 11

ore 10

ore 9

ore 8

ore 7

ore 6

θ = 46°

θ = 22°

θ

θ = 35°

θ = 58°

θ = 69°

21 giugno

21 dicembre

21 febbraio/ottobre

21 marzo/settembre

21 aprile/agosto

Altezza solare alle ore 12

17

L’esistenza o meno di ombre provocate da ostacolie la loro durata nel tempo può essere determinatacon l’aiuto di diagrammi solari, in grado di darci laposizione del sole relativamente ad ogni giornodell’anno e ad ogni ora. Il diagramma solare riportato nella pagina a lato èriferito ad una latitudine di 44° Nord, più o meno lalatitudine di Milano.

Oltre alle ombre indotte dall’ambiente circostante,vanno considerate anche quelle che i pannellipossono proiettare su se stessi quando sonodisposti a schiera.

Alle latitudini del nostro Paese, per evitare taliombre possono essere adottate, tra schiera eschiera, le distanze minime deducibili dalla tabellasotto riportata.

Zone d’ombra indotte dai collettori

β

Angolo di orientamento dei pannelli rispetto a Sud

d

h

Funzionamento solo periodo estivo

per α = 30° ➔ d = h · 2,0

per α = 45° ➔ d = h · 2,2

per α = 60° ➔ d = h · 2,3

Funzionamento periodo annuale

per α = 30° ➔ d = h · 2,6

per α = 45° ➔ d = h · 3,2

per α = 60° ➔ d = h · 3,5

Distanza di posa minima fra i pannelli

α α

Angolo di orientamento

Nel nostro emisfero l’orientamento ideale deicollettori è quello rivolto a Sud. Tuttavia ancheorientamenti diversi non sono particolarmentepenalizzanti.

Ad esempio con variazioni d’orientamento di ±30°rispetto a Sud, l’energia solare annua ricevutadiminuisce solo del 2,5%, mentre con variazioni di±45° diminuisce del 3÷4%.

Angolo di inclinazione dei pannellirispetto al piano orizzontale

α α

Angolo di inclinazione

Se i pannelli sono posti su un tetto inclinato, ingenere conviene mantenere la stessa inclinazionedel tetto.

Se, invece, i pannelli sono posti su superfici piane,alle nostre latitudini conviene assumere i seguentiangoli di inclinazione:

α = 20÷40° per impianti a funzionamento estivo

α = 50÷65° per impianti a funzionamento invernale

α = 40÷60° per impianti a funzionamento annuo

18

Sono quattro le grandezze di base che servono adimensionare gli impianti a pannelli solari:

1. la superficie dei pannelli,

2. la potenza specifica di progetto,

3. il salto termico del fluido vettore,

4. il volume dei serbatoi d’accumulo.

Di seguito prenderemo in esame tali grandezze econsidereremo i valori che ad esse possono essereassegnati.

Il fabbisogno giornaliero di acqua calda può esserea sua volta determinato con i seguenti valori:

Se, per la distribuzione dell’acqua calda, è previstoun circuito di ricircolo devono essere messe inconto anche le sue dispersioni termiche.

GRANDEZZE DI BASE PER DIMENSIONAREGLI IMPIANTI A PANNELLI

FABBISOGNO GIORNALIERODI ACQUA CALDA A 45°C

Abitazioni civili

Comfort elevato 75 l/(persona/giorno)

Comfort medio 50 l/(persona/giorno)

Comfort basso 35 l/(persona/giorno)

Lavatrice 20 l/(1 lavaggio giorno)

Lavastoviglie 20 l/(1 lavaggio giorno)

Pensioni e Agriturismo

Livello elevato 75 l/(persona/giorno)

Livello medio 50 l/(persona/giorno)

Hotel e Ristoranti

Comfort elevato 75 l/(persona/giorno)

Comfort medio 50 l/(persona/giorno)

Comfort basso 35 l/(persona/giorno)

Servizio cucina

Servizio medio 10 l/(giorno/pasto)

Servizio elevato 15 l/(giorno/pasto)

SUPERFICI NETTE PANNELLI PIANI CORRELATE AL FABBISOGNO GIORNALIERO

DI ACQUA CALDA A 45°C

Italia Nord 1,2 m2 per fabbisogno 50 l/giorno

Italia Centro 1,0 m2 “ “ “ “

Italia Sud 0,8 m2 “ “ “ “

Nota:Per pannelli a tubi sotto vuoto, le superfici sopra riportate possono essere ridotte del 20%.

Superficie dei pannelli

Per determinare in modo coerente e rigoroso ilvalore di questa grandezza si dovrebbe procederenel seguente modo:

1. ipotizzare più soluzioni con superfici dei pannelli variabili: ad esempio, in grado di coprireil 20, 40, 60 e 80% del fabbisogno termicototale richiesto;

2. determinare i costi di realizzazione e di manutenzione degli impianti in base alle soluzioni ipotizzate;

3. quantificare, sempre per tali soluzioni, i risparmi di combustibile ottenibili e i relativi benefici economici su base annua;

4. confrontare fra loro i costi e i benefici economici di cui sopra al fine di determinare i tempi di ammortamento delle diverse soluzioni;

5. scegliere infine, in funzione di tali valori, la soluzione ritenuta più conveniente.

Si tratta però di operazioni che dipendono da moltiparametri non sempre facili da determinare concertezza, quali ad esempio: la resa effettiva deicollettori, l’efficienza del sistema di regolazione ele reali modalità d’uso dell’impianto.

Inoltre per calcolare i tempi d’ammortamento, ènecessario conoscere come varierà nel tempoil costo del combustibile di riferimento. Cioè, ènecessario conoscere come varierà nel tempo unvalore senz’altro largamente indeterminato, inquanto dipende da imprevedibili scelte d’’ordinepolitico ed economico. Ragione per cui, in genere, conviene determinarela superficie dei pannelli solari in base a dati medipredefiniti, derivati comunque da operazioni similia quelle sopra descritte.

Impianti per acqua calda sanitaria

Per impianti si può utilizzare la tabella di seguitoriportata, dove le superfici nette dei pannelli sonodate in funzione del fabbisogno giornalierod’acqua calda a 45°C.

19

Impianti combinati

Per impianti combinati in edifici ad uso abitativotermicamente ben isolati e riscaldati con sistemi abassa temperatura, si può far riferimento allatabella sotto riportata, dove le superfici dei pannellisono date in funzione della superficie abitata.

Per impianti combinati in edifici ad uso comune(Ospedali, Case di riposo, Scuole, Case dellostudente, Hotel, Pensioni, Alberghi, Uffici, ecc …)la superficie dei pannelli può essere determinataconsiderando tassi di copertura del fabbisognotermico totale variabili dal 20 al 30%.

Impianti per piscine

Per impianti adibiti al riscaldamento di piscine,le superfici nette dei pannelli possono esseredeterminate in base ai seguenti valori.

EDIFICI AD USO ABITATIVOSUPERFICI NETTE PANNELLI PIANI

Impianti di piccole dimensioni

Italia Nord 0,90 ÷ 0,70 m2 ogni 10 m2 sup. abitata

Italia Centro 0,75 ÷ 0,60 m2 “ “ “ “ “

Italia Sud 0,65 ÷ 0,50 m2 “ “ “ “ “

Impianti medio-grandi

Italia Nord 0,75 ÷ 0,60 m2 ogni 10 m2 sup. abitata

Italia Centro 0,60 ÷ 0,50 m2 “ “ “ “ “

Italia Sud 0,50 ÷ 0,40 m2 “ “ “ “ “

Nota:Per pannelli a tubi sotto vuoto, le superfici sopra riportate possono essere ridotte del 20%.

q = 400 (kcal/h)/m2

Δt = 10°C

RISCALDAMENTO PISCINESUPERFICI NETTE PANNELLI PIANI

Piscine esterne 0,60 ÷ 0,40 m2 ogni m2 sup. piscina

Piscine coperte 0,40 ÷ 0,30 m2 ogni m2 sup. piscina

Potenza specifica di progetto

È la potenza captabile e trasferibile al fluidovettore da un metro quadrato di pannello coninsolazione massima. Serve (come vedremo inseguito) a determinare la portata del circuito solaree a dimensionare il relativo scambiatore di calore.

Il valore di questa grandezza dipende da molteplicifattori quali: l’insolazione massima del luogo, latipologia e le caratteristiche costruttive deipannelli, gli angoli di orientamento e inclinazione,le temperature dell’aria esterna e di funzionamentodell’impianto. Tuttavia, senza significativi errori,per pannelli piani con copertura trasparente, si puòassumere il seguente valore:

Salto termico del fluido vettore

È il salto termico di progetto fra l’entrata el’uscita del fluido vettore dai pannelli. Come nelcaso precedente il suo valore serveessenzialmente a determinare la portata delcircuito solare e a dimensionare il relativoscambiatore di calore.

Per questa grandezza si può assumere il seguentevalore:

V = ( 50 ÷ 60 ) · S

Volume dei serbatoi d’accumulo

Si può determinare in base a valori variabili da50 a 60 litri per metro quadrato di pannelli. Equindi si può ritenere valida la seguente formula:

Dove: V = Volume del serbatoio, m3

S = Superficie netta dei pannelli, m2

��Circolazione naturale con bollitore ad intercapedine integrato nel pannello

Circolazione naturale con bollitore senzaintercapedine posto nel sottotetto

Idrometro

Termometro

Valvola di ritegno

Regolatore portata

Pompa circuito

Valvola disicurezza

Disaeratore

Vasod’espansione Pompa

caricamento

Miscela antigelo

Valvola di sfiatocon intercettazionenormalmente chiusa

Termostatodi sicurezza

Circolazione forzata

��TI T

20

La circolazione del fluido vettore, cioè del fluidoche ha il compito di portare l’energia termicacaptata dai pannelli ai serbatoi d’accumulo, puòessere di tipo naturale o forzato.

CIRCOLAZIONEDEL FLUIDO VETTORE

Circolazione naturale

È una circolazione che avviene senza aiuto dipompe. Il fluido vettore riscaldandosi all’interno deipannelli diventa più leggero del fluido contenutonei serbatoi. Può pertanto attivare una circolazionenaturale uguale a quella con cui funzionano ivecchi impianti a termosifoni.Naturalmente affinché una simile circolazionepossa avvenire i serbatoi di accumulo devonoessere posti più in alto dei pannelli, comeindicato nei due schemi sotto riportati.

Il principale limite di questi impianti consisteproprio nel dover installare i serbatoi più in alto deicollettori: cosa che li rende, in pratica, proponibilisolo in impianti di piccole dimensioni.

Circolazione forzata

È una circolazione che avviene con l’aiuto dipompe, attivate (come già visto) solo quando neipannelli il fluido vettore si trova ad unatemperatura più elevata rispetto a quelladell’acqua contenuta nei serbatoi d’accumulo.Ovviamente in questi impianti non ci sono vincoliper l’ubicazione dei serbatoi.

Lo schema che segue riporta i principalicomponenti (in parte già visti e in parte presentatinelle pagine che seguono) di un impianto solarecon funzionamento a circolazione forzata.

80l/h

160l/h

160l/h

400l/h

400l/h

400l/h

400l/h

400l/h

Δt = 10°C Δt = 10°C

Δt = 10°C

Autoflow

Bilanciamento rete pannelli con collegamento a tre tubi e con autoflow

Flussi interni pannello con attacchi laterali opposti

ΔH = 160 mm c.a.80ΔH = mm c.a.20

ΔH = 2.500 mm c.a.500

21

Nel collegare fra loro più pannelli si devonogarantire flussi bilanciati e basse perdite dicarico: aspetto quest’ultimo che serve a limitare iconsumi delle pompe.

Batterie di pannelli montati in serie possonogarantire flussi bilanciati. Tuttavia, dopo un certonumero di pannelli (in genere 4 o 5, dipende dallecaratteristiche costruttive) tali batterie presentano

perdite di carico troppo elevate, come evidenzial’esempio di seguito riportato.Per il pannello di base (con superficie netta 2 m2)sono state considerate le seguenti caratteristiche:

- GP = 80 l/h portata

- HP = 20 mm c.a. perdite di carico

Per il calcolo delle perdite di carico H al variaredella portata G è stata utilizzata la formula:

H = ( G2 / GP2 ) · HP

Le batterie di pannelli in serie possono poiessere collegate fra di loro in parallelo sia concircuiti compensati a tre tubi sia con circuiti adue tubi bilanciati con valvole di taratura oautoflow.

COLLEGAMENTO E BILANCIAMENTODEI PANNELLI

22

Con forte insolazione e utilizzo limitato, negliimpianti solari possono insorgere problemi disurriscaldamento, in quanto il calore che i pannellicedono all’impianto non può essere bloccato se noncon accorgimenti alquanto complessi e costosi.Il surriscaldamento può interessare sia iserbatoi d’accumulo, sia il circuito solare.

La prima, mediante l’azione combinata di untermostato e di una valvola elettrica a due vie,consente di scaricare all’esterno l’acqua delserbatoio quando viene superata la temperaturaammessa. L’acqua calda che fuoriesce richiamaacqua fredda e ciò comporta un abbassamento ditemperatura.Il principale limite di questa soluzione sta nel fattoche utilizzare e smaltire acqua potabile per attuareun’azione di raffreddamento non è molto correttodal punto di vista ecologico. Inoltre può esserecontrario a norme e regolamenti riguardanti l’usodell’acqua potabile.

La seconda soluzione utilizza un termostato, ouna sonda di sicurezza, per fermare la pompadel circuito solare al superamento del limiteammesso.Va considerato, tuttavia, che questa secondasoluzione non è in grado, come la prima, dirisolvere in modo definitivo il problema delsurriscaldamento. In pratica si limita a spostarlodal serbatoio d’accumulo al circuito solare.

POSSIBILI CASIDI SURRISCALDAMENTO

Surriscaldamento dell’acquanei serbatoi d’accumulo

L’acqua contenuta nei serbatoi d’accumulo nonpuò superare la temperatura massima riportatasui certificati di omologazione: valore chedipende dai materiali con cui sono costruiti iserbatoi e dai loro rivestimenti interni. Superare la temperatura massima ammessapuò recare grave danno sia alla tenuta deiserbatoi sia alla potabilità dell’acqua. Per evitarequesti pericoli si possono utilizzare le due soluzionidi seguito riportate:

Controllo temperatura massima serbatoiocon valvola solenoide

Controllo temperatura massima serbatoiocon fermo pompa



23

�� Raffreddamento del circuito solare con serpentino

Raffreddamento del circuito solare con aerotermo

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Surriscaldamentodel circuito solare

A pompa ferma, cioè senza le dispersioni delserbatoio d’accumulo, le temperature del fluidoall’interno del circuito solare (e in particolareall’interno dei pannelli) crescono sensibilmente,stabilizzandosi solo quando lo stesso circuitodisperde energia termica pari a quella captatadai pannelli.In tal caso si ha equilibrio, mancanza di crescita:vale a dire stagnazione. Ed è per questo che latemperatura raggiunta si dice di stagnazione.

Normalmente si possono raggiungere temperaturedi stagnazione di circa 140-150°C, ma non sonoda escludere valori anche assai più elevati. E ciòprovoca la vaporizzazione e l’ebollizione del fluidovettore. In relazione a questi fenomeni, se vieneutilizzato un fluido antigelo bisogna evitare duepossibili gravi inconvenienti: la sua fuoriuscitae il suo degrado.

La fuoriuscita del fluido va evitata in quanto atemperature superiori ai 115÷120°C le normalimiscele antigelo subiscono alterazionipermanenti che le rendono molto aggressive.Quindi se fuoriescono dall’impianto, possonorecar danno ai manti e alle guaine diimpermeabilizzazione oppure corroderescarichi e pluviali.

Per il degrado del fluido va considerato che lealterazioni di cui sopra compromettono anche lesue capacità di difesa antigelo.

Negli impianti piccoli questi problemi si possonorisolvere (come vedremo meglio in seguito)dimensionando in modo opportuno i sistemi disicurezza, espansione ed eliminazione dell’aria, ericorrendo inoltre ad una manutenzione attenta. Inparticolare vanno tenute sotto controllo (conanalisi almeno biennali) le caratteristiche chimichedel fluido antigelo e in caso di necessità bisognaintervenire con integrazioni o sostituzioni completedel fluido stesso.

Negli impianti medio-grandi, in genere, convienesmaltire direttamente l’eccesso di calore.Gli schemi di seguito riportati rappresentano duepossibili soluzioni. Come mezzi di smaltimento delcalore la prima utilizza serpentini interrati, laseconda un aerotermo.Si tratta di soluzioni che risolvono in manierasoddisfacente il problema del surriscaldamento eche non incidono in modo significativo sul costototale dell’impianto.

24

Per scegliere e dimensionare i principali elementi di uncircuito solare si può procedere nel seguente modo:

COMPONENTI E DIMENSIONAMENTODEL CIRCUITO SOLARE

Fluido vettore

Dove sussiste pericolo di gelo, nel circuitosolare devono essere utilizzate misceleantigelo, con protezione estesa fino ad unatemperatura di 10°C inferiore a quella considerataper il calcolo delle dispersioni termiche.

Pompe di circolazione

Vanno dimensionate in base alla portatarichiesta dal circuito solare e alla relativaprevalenza: cioè in base alla prevalenza che serveper vincere le resistenze opposte al moto del fluidodai pannelli, dai tubi, dagli scambiatori di calore,dai pezzi speciali, ecc....

Regolatori di portata

Possono essere utilizzati regolatori sia di tipostatico che dinamico: I regolatori di tipo statico(regolatori a lettura diretta e valvole di taratura)richiedono una regolazione “in loco”. Quelli di tipodinamico (autoflow) sono invece autoregolanti.

Scambiatori di calore

Possono essere (come già visto) interni o esterniai serbatoi d’accumulo.

Gli scambiatori interni a tubi lisci possono esseredimensionati in base ad una superficie discambio termico pari a circa il 35÷40% dellasuperficie netta dei pannelli.

Gli scambiatori esterni (a fascio tubiero o a piastre)non possono, invece, essere dimensionati in basea semplici relazioni. A tale scopo servono le tabelleo il software dei Produttori e la conoscenza delleseguenti grandezze:

- Potenza termica

Può essere determinata con la relazione:

Q = q · S = 400 · Sdove:

Q = Potenza termica dello scambiatore, kcal/h

q = Potenza specifica di progetto, (kcal/h)/m2

S = Superficie netta dei pannelli, m2

- Temperature del circuito solare

50°C = Temperatura entrata,°C

40°C = Temperatura uscita,°C

- Temperature del circuito serbatoio

45°C = Temperatura entrata,°C

35°C = Temperatura uscita,°C

- Perdite di carico

È consigliabile adottare sia per il circuito solare che per quello del serbatoio valori limitati per non dissipare troppa energia con le pompe.

Tubazioni

Devono resistere, con i relativi pezzi speciali,alle temperature e pressioni che si riscontranonegli impianti solari. Pertanto non possonoessere utilizzati tubi in plastica né multistrato.Non possono essere utilizzati neppure i tubizincati, in quanto oltre i 60°C sono esposti afenomeni di dezincatura, specie in presenza disostanze antigelo.

Il dimensionamento delle tubazioni può essereeffettuato col metodo delle perdite di carico linearicostanti, considerando: (1) portate pari a 40 l/hper ogni metro quadrato di pannelli, (2) perditedi carico lineari variabili da 10 e 15 mm c.a./m.

Il valore delle portate è ottenuto dal rapporto fra lapotenza specifica di progetto (q = 400 (kcal/h)/m2) eil salto termico del fluido vettore (Δt = 10°C):grandezze già considerate a pagina 19.

Se si utilizzano miscele antigelo va tenuto contoche le loro perdite di carico sono sensibilmentesuperiori a quelle dell’acqua (ved. 1° Quaderno oTabelle perdite carico acqua, sito Internet Caleffi).

Isolamento termico delle tubazioni

Possono essere adottati gli stessi tipi espessori previsti dalla legge 10.Nei tratti di percorso esterno, il materialeisolante deve essere protetto (1) dalle infiltrazionid’acqua, (2) dal possibile precoce invecchiamentoprovocato dai raggi solari e (3) dal degrado chepuò essere causato da topi e uccelli. Ad esempio,si può ricorrere a protezioni in lamiera zincata o inalluminio.

25

Vasi d’espansione

Negli impianti solari che possono andare instagnazione (per evitare fuoriuscite del fluido) ivasi d’espansione devono essere in grado dicontenere sia le dilatazioni del fluido sia ilvapore che può formarsi.Per dimensionare vasi di espansione capaci di taliprestazioni, si può dapprima calcolare il lorovolume utile (cioè il volume di fluido che essidevono contenere) con la formula:

Note:

- Per proteggere le loro membrane, è bene installare i vasi di espansione sul ritorno del circuito solare, con tubo di collegamento rivolto verso il basso e senza isolamento termico;

- È consigliabile utilizzare vasi di espansione dimensionati come proposto nella pagina a lato (cioè in grado di contenere sia la dilatazione del fluido sia il vapore che può formarsi nei pannelli) anche in impianti con sistema di raffreddamento esterno a serpentini o con aerotermo.Serve come misura di sicurezza per far fronte ad una eventuale bruciatura della pompa oppure al blocco o alla staratuta della valvola deviatrice.

dove:

VU = Volume utile del vaso di espansione, l

VC = Contenuto di fluido nel circuito solare, l

e = Coefficiente di dilatazione del fluido, e = 0,045 per l’acqua,e = 0,070 per miscela acqua-glicole,

VP = Contenuto di fluido nei pannelli solari, l

k = Costante di sicurezza,k = 1,1 valore normalmente assunto.

Si può determinare poi il volume nominale ocommerciale con la formula utilizzata per il calcolodei normali vasi di espansione, e cioè:

dove:

VN = Volume nominale del vaso di espansione, l

VU = Volume utile del vaso di espansione, l

PI = Pressione iniziale, vale a dire la pressione di riempimento dell’impianto, barValore consigliato: Pressione statica + 0,5 bar

PF = Pressione finale, barValore consigliato: Pressione apertura valv.sicurezza – 0,5 bar

Esempio di calcolo

Calcolare il vaso di espansione richiesto da un circuitosolare che utilizza miscela antigelo e ha le seguenticaratteristiche:

8 Numero pannelli solari

2,0 l Contenuto fluido di ogni pannello

24,0 l Contenuto fluido tubazioni, scambiatore dicalore e altri componenti circuito solare.

1,5 bar Pressione iniziale

5,5 bar Pressione finale

In base a tali dati e con riferimento alle formule e relativisimboli della pagina precedente, risulta:

- Contenuto di fluido nei pannelli solari:VP = 8 · 2,0 = 16 l

- Contenuto di fluido nel circuito solare: VC = 16,0 + 24,0 = 40 l

- Volume utile del vaso di espansione:VU = ( 40 · 0,07 + 16 ) · 1,1 = 20,7 l

- Volume commerciale del vaso di espansione:VN = 20,7 · ( 5,5 +1 ) / ( 5,5 – 1,5 ) = 34 l

Il valore calcolato porta alla scelta di un vaso diespansione commerciale da 35 l.

Circuitosolare

Circuitoserbatoiobollitore

T=50° T=45°

T=40° T=35°

VU = ( VC · e + VP ) · k

VN = VU · ( PF + 1 ) / ( PF – PI )

26

Valvole di sicurezza

È consigliabile utilizzare valvole di sicurezzacon elevato valore (5-6 ate) di apertura sia perlimitare le dimensioni dei vasi di espansione, siaper tener elevata la temperatura di ebollizione delfluido vettore.La miscela antigelo che può uscire dalla valvolanon deve essere scaricata nella rete fognaria.Pertanto si deve prevedere un contenitore diraccolta, ad esempio la tanica del fluido antigelo.

Va comunque considerato che le valvole diritegno non garantiscono una protezione sicuracontro le circolazioni parassite, perché sporco eincrostazioni possono compromettere la lorotenuta e consentire trafilamenti.

Valvole di sfiato

Vanno poste nelle zone più alte del circuito e dovepossono formarsi sacche d’aria. La loro funzioneè solo quella di eliminare l’aria in fase diriempimento e di avvio dell’impianto. Dopo tale fase le valvole di sfiato devono esserechiuse in quanto potrebbero far uscire il fluidovettore sotto forma di vapore. Devono, pertanto,essere montate con rubinetti di intercettazione.

Sia le valvole di sfiato che i rubinetti (lavorando inzone di possibile ebollizione della miscela antigelo)devono resistere fino a temperature di 200°C e apressioni di almeno 10 bar.

Sifoni di protezione

Hanno forma ad U e sono talvolta posti sia amonte che a valle degli scambiatori di calore.Possono servire (in supporto e non in alternativaalle valvole di ritegno) come ulteriore garanziacontro l’instaurarsi delle circolazioni parassite.

Elettrovalvole di protezione

Anche queste valvole sono utilizzate, come isifoni, in supporto e non in alternativa allevalvole di ritegno. La loro azione è abbinata aquella della pompa. Sono aperte a pompa attiva echiuse a pompa disattiva.

Disaeratori

Per una buona disaerazione del circuito solareanche in fase di funzionamento è consigliabileutilizzare disaeratori automatici, da installarsi sulritorno (cioè dopo lo scambiatore di calore) e nellazona bassa del circuito solare, dove non puòformarsi vapore.

Valvole di ritegno

Servono ad evitare le circolazioni parassite chepossono attivarsi quando il fluido contenuto nelserpentino del serbatoio d’accumulo è più caldo diquello contenuto nei pannelli: ad esempio duranteperiodi di scarsa insolazione o di notte.Sono in pratica circolazioni naturali chetrasformano i pannelli da captatori in dispersoridi calore e ad esse va addebitato il cattivofunzionamento di molti impianti solari.Per evitare simili circolazioni si possono utilizzarevalvole tipo ballstop (cioè valvole di intercettazionecon ritegno incorporato) oppure valvole di ritegnoa peso o a disco con molla.Dato il basso costo delle valvole ball-stop, permaggior sicurezza, è bene installare tali valvole siasull’andata che sul ritorno del circuito solare.

Pompadisattivata

Circolazione naturale parassita

��Pompadisattivata

27

Questi impianti devono essere realizzati concomponenti che hanno le seguenti caratteristiche:

IMPIANTI SANITARICHE UTILIZZANO ENERGIA SOLARE

Serbatoi d’accumulo

Devono poter funzionare a temperature noninferiori a 75-80°C. Non sono pertanto utilizzabiliserbatoi in acciaio zincato in quanto, come giàdetto, oltre i 60°C sono esposti a fenomeni didezincatura. Se destinati a contenere acqua calda sanitaria, iserbatoi devono essere specificatamente omologatiper tale uso. Inoltre i tipi realizzati con materiali chepossono subire corrosioni galvaniche, devonoessere protetti con appositi catodi.In particolare si deve evitare la corrosione delserpentino perché comporterebbe il mescolamentodel fluido vettore con l’acqua sanitaria.

Miscelatori

Idonei miscelatori vanno interposti fra i serbatoie le reti di distribuzione, dato che negli impiantisolari possono essere raggiunte temperature moltoelevate anche nei serbatoi d’accumulo dell’acquasanitaria.Per quanto riguarda la temperatura dell’acquacalda in entrata, il campo di funzionamento diquesti miscelatori non deve essere inferiore a85÷90°C.Un campo esteso a valori più elevati consentecomunque maggior sicurezza considerando ilfatto che non sono da escludere guasti o staraturedei sistemi che servono a limitare la temperaturadell’acqua all’interno dei serbatoi.

Trattamenti antilegionella

Anche negli impianti solari vanno adottate lenecessarie misure antilegionella (ved. Idraulica 23).Col solare, però, bisogna riservare moltaattenzione alla scelta della temperatura minimadi disinfezione, perché il suo valore potrebbe averriflessi non secondari sulla resa dei pannelli ( ved.nota pag. 13 in merito al riscaldamento integrativodei serbatoi d’accumulo).Ed è questa una scelta strettamente legata albilanciamento delle colonne di ricircolo (ved.Idraulica 23, pag. 18 e 19): argomento su cuitorneremo nel prossimo numero di Idraulica.

Valvole temperatura/pressione

Per la protezione dei serbatoi d’accumulo possonoessere utilizzate anche valvole combinate in gradodi intervenire quando l’acqua supera determinativalori sia di temperatura che di pressione.Queste valvole, dovendo tener sotto controllo ivalori di temperatura massima, vanno poste allasommità dei serbatoi d’accumulo.Naturalmente il loro uso è possibile solo in impiantii cui componenti (il discorso riguarda soprattutto iserbatoi) sono garantiti per pressioni e temperaturedi esercizio non inferiori a quelle d’intervento dellevalvole stesse.

Tubazioni

Il tubo che collega il serbatoio solare almiscelatore non può essere realizzato inacciaio zincato in quanto l’acqua convogliata puòsuperare i 60°C: cioè il limite di dezincatura.Se la rete di distribuzione è in acciaio zincato, ilcollegamento non può essere realizzato neppure inrame, in quanto potrebbero insorgere corrosioni ditipo galvanico. È però possibile utilizzare l’acciaioinox.

Tubi in acciaio zincato

Tubo in acciaio inox

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3

4

Sviluppo circuito solarecome nella pagina a lato

Sca

mb

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red

i cal

ore

32

Linea solare

250031

3/8” M x 3/8” F

250 depl. 01089

Valvola automatica di sfogo aria.Pmax d’esercizio: 10 bar.Pmax di scarico: 5 bar.Campo di temperatura: -30÷200°C.

Codice

253043253044253046253048253040

1/2” F x 3/4” F1/2” F x 3/4” F1/2” F x 3/4” F1/2” F x 3/4” F1/2” F x 3/4” F

3 bar4 bar6 bar8 bar

10 bar

253 depl. 01089

Valvola di sicurezza.PN 10.Campo di temperatura: -30÷160°C.Potenzialità di scarico: 50 kW.Omologata TÜV secondo SV100 7.7n° TÜV 01.SOLAR 02.146.

Codice

11

15

251003 3/4” F

251DISCALDisaeratore.Pmax d’esercizio: 10 bar.Pmax di scarico: 10 bar.Campo di temperatura: -30÷200°C.

Codice

251004 1/2” F

251DISCALAAIIRRValvola automatica di sfogo aria.Pmax d’esercizio: 10 bar.Pmax di scarico: 10 bar.Campo di temperatura: -30÷200°C.

Codice

R29284

Rubinetto d’intercettazione per valvolasfogo aria serie 250.Pmax d’esercizio: 10 bar.Campo di temperatura: -30÷200°C.

Codice

3/8” M

252140252150

2521 depl. 01127

Miscelatore termostatico regolabile.Pmax d’esercizio: 14 bar.Tmax ingresso: 100°C.Campo di regolazione dellatemperatura: 30÷65°C.

Codice

1/2”3/4”

2,62,6

Kv (m3/h)

252340252350

Codice

1/2”3/4”

4,04,5

Kv (m3/h)

2523 depl. 01129

Miscelatore termostaticocon cartuccia intercambiabile.Pmax d’esercizio: 14 bar.Tmax ingresso: 110°C.Campo di regolazione dellatemperatura: 30÷65°C.

309430309440309460309470309400309542309530309560309570309500

1/2” M x Ø 15 3 bar1/2” M x Ø 15 4 bar1/2” M x Ø 15 6 bar1/2” M x Ø 15 7 bar1/2” M x Ø 15 10 bar3/4” M x Ø 15 4 bar3/4” M x Ø 22 3 bar3/4” M x Ø 22 6 bar3/4” M x Ø 22 7 bar3/4” M x Ø 22 10 bar

309 depl. 01130

Valvola di sicurezza combinata TP (temperaturae pressione).Temperatura di taratura: 90°C.Potenzialità di scarico: 1/2” - 3/4” x Ø 15: 10 kW.

3/4” x Ø 22: 25 kW.Certificate a norma EN 1490 tarature: 4 - 7 - 10 bar.

Codice

11

15

Valvole di sfogo aria automatiche

Dispositivi di sicurezza

Miscelatori termostatici

33

Gruppi di circolazione

serie 255 - 256

Caratteristiche tecniche

Fluido d’impiego: acqua, soluzioni glicolateMax percentuale di glicole: 50%Pressione max di esercizio: 10 barCampo di temperatura valvola di sicurezza: -30÷160°CTaratura valvola di sicurezza: 6 bar (per altre tarature vedi serie 253)Scala flussometro: 1÷13 l/minTemperatura max flussometro: 120°CScala termometro: 0÷160°C

Attacchi: 3/4” F

Componenti caratteristici

1) Pompa di circolazione Grundfos Solar 15-602) Valvola di sicurezza per impianti solari serie 2533) Rubinetto di carico/scarico4) Raccordo portastrumenti con manometro5) Regolatore di portata con flussometro6) Dispositivo di sfogo aria7) Termometro di mandata8) Termometro di ritorno9) Coibentazione a guscio preformata10) Valvola di intercettazione con ritegno11) Kit di collegamento per vaso di espansione (opzionale)

Schema applicativo

Funzione

Il gruppo di circolazione viene utilizzato sul circuito primariodegli impianti solari per la regolazione della temperaturaall’interno del bollitore.La pompa all’interno del gruppo viene attivata dal segnaleproveniente dal regolatore di temperatura differenziale. Inoltre,nello stesso gruppo, sono inseriti i dispositivi di sicurezza efunzionali per il controllo ottimale del circuito.

Gamma prodotti

Cod. 255056 Gruppo di circolazione per impianti solari, collegamento andata e ritorno

Cod. 256056 Gruppo di circolazione per impianti solari, collegamento ritorno

Cod. 255001 Kit di collegamento per vaso d’espansione�� 0123450

20

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CALEFFI

-00AC 24V 50Hz

AC 230V6(2)A T50

Sonda ON - +

°C

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1

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DA/ACALDAIA

2

Serie 255�� 01

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35

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6080

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120

140

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8

11

10

Serie 256

34


Alimentazione elettrica: 230 V ± 6%-50 HzAssorbimento nominale: 1,45 VAPortata contatti in commutazione: 6 A (230 V)Campo ΔT impostabile: 2÷20 KIsteresi: 2 K (± 1 K)Temperatura ambiente: T50Test d’isolamento: 4 kVIngombro: 3 TE (DIN 43880)-3 posizioni barra DIN

Sonde di temperatura

Il regolatore può essere abbinato sia a sonde di temperaturadel tipo a contatto che ad immersione.

Montaggio

Il regolatore è predisposto per il montaggio su barra DIN, inscatola di contenimento o in armadio elettrico.

Componenti caratteristici

1) Display indicatore temperatura differenziale e temperature singole sonde

2) Potenziometro per impostazione del valore di temperatura differenziale di intervento

3) Tasto per scelta visualizzazione parametri di funzionamento4) Collegamento alle sonde temperatura5) Alimentazione elettrica6) Uscita relè

Funzione

Il regolatore acquisisce i segnali di temperatura provenientidalle sonde posizionate all’uscita dal pannello e nel bollitore. Ilregolatore calcola la differenza tra le due temperature e, perconfronto con il valore di set impostato, comanda la pompa dicircolazione del circuito primario solare.

Gamma prodotti

Cod. 257000 Regolatore di temperatura differenziale per impianti solari, con uscita a relè

Cod. 150009 Sonda a contatto per regolatore

Cod. 150006 Sonda ad immersione per regolatore

Cod. 150029 Pozzetto per sonda ad immersione

Cod. 257001 Scatola di contenimento con barra DIN

CALEFFI

-00AC 24V 50Hz

AC 230V6(2)A T50

Sonda ON - +

°C

1

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2

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Regolatore di temperatura differenziale

serie 257

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Schema applicativo��1 012345

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160

CALEFFI

-00AC 24V 50Hz

AC 230V6(2)A T50

Sonda ON - +

°C

0

1

23

4

5

6

DA/ACALDAIA

2

1 2

35

Valvole a sfera motorizzate

serie 6442 - 6443 - 6444


Fluidi di impiego: acqua, soluzioni glicolateMax percentuale di glicole: 50%Pressione massima d’esercizio: 10 barCampo temperatura: -5÷110°CPressione differenziale massima: 10 barAttacchi: - serie 6442 e 6444 1/2”, 3/4 e 1” M a bocchettone

- serie 6443 1/2” e 3/4” M a bocchettone

Funzione

Le valvole a sfera motorizzate permettono l'intercettazioneautomatica dei circuiti idraulici negli impianti di climatizzazioneo solari.

Le valvole a sfera motorizzate hanno assenza di trafilamento,brevi tempi di manovra (apertura - chiusura valvola), capacità difunzionamento con pressioni differenziali elevate, basse perditedi carico. Sono inoltre dotate di attuatore adattabile a qualsiasitipo di comando a 3 contatti per un controllo completo in fase diapertura e chiusura.

Conformità direttive europee

Marchio CE direttive 89/336 CE e 73/23 CE.

Gamma prodotti

Serie 6442 Valvola di zona a sfera a due vie motorizzata con comando a 3 contattiSerie 6443 Valvola di zona a sfera a tre vie deviatrice motorizzata con comando a 3 contattiSerie 6444 Valvola di zona a sfera a tre vie con tee di by-pass telescopico motorizzata con comando a 3 contatti

Motore sincronoAlimentazione elettrica: 230 V (± 10%), 24 V (± 10%) - 50÷60 HzPotenza assorbita: 4 VAPortata dei contatti del microinterruttore ausiliario: 0,8 A (230 V)Grado di protezione: IP 44 (orizzontale) - IP 40 (verticale)Tempo di manovra: 40 sCampo di temperatura ambiente: 0÷55°CCoppia di spunto dinamico: 8 N·mLunghezza cavo di alimentazione: 100 cm

FORATURA A “T”Utilizzo ON/OFF o modulante

Rotazione di 90°

AB

A B

AB

A B

Serie 6442 Serie 6443 Serie 6444

Schema applicativo

Valvolanormalmente chiusa

T

T

Deviatrice sulcircuito secondario

CALEFFICALEFFI

MIN

MAX

71

2

CATTURARE ENERGIA NON BASTA.BISOGNA SAPERLA REGOLARE.

www.caleffi.it

CALEFFI SOLUTIONS MADE IN ITALY

Componenti per impianti solari - CALEFFI SOLARLe serie di prodotti Caleffi Solar sono state specificamente realizzate per l’utilizzo suicircuiti degli impianti solari, dove il fluido può operare ad elevate temperature.

• Valvole di sicurezza• Valvole automatiche di sfogo aria con intercettazione• Disaeratori• Miscelatori termostatici• Gruppi di circolazione

idraulica 29 it

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