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Pannelli solari termici per impianti combinati

Per impianti per produrre acqua calda sanitaria e integrazione riscaldamento ambienti

Esempio di impianti solare termico combinato installato da Enerpoint.

Storicamente i pannelli solari termici sono stati impiegati per soddisfare il fabbisogno di acqua calda sanitaria durante tutto l'anno o per riscaldare piscine nel periodo estivo, dal momento che la richiesta di calore si manifesta nei periodi con maggiore irradiazione.

Negli ultimi anni, tuttavia, si sta diffondendo l'abitudine a progettare ed installare impianti solari combinati, ossia atti a soddisfare il fabbisogno di acqua calda sanitaria e integrare parzialmente il riscaldamento degli ambienti interni.

Il maggior riscontro dell'interesse verso questi impianti risiede nella creazione di un apposito gruppo di lavoro o 'task' all'interno del 'Solar Heating and Cooling Programme' sviluppato dall'International Energy Agency (IEA).
Gli studi del Task 26 hanno l'obiettivo di sviluppare ed ottimizzare le prestazioni degli impianti solari combinati e, in questo ambito, va segnalato il progetto Altener, che raccoglie caratteristiche tecniche, dati di monitoraggio ed esperienze pratiche su impianti realizzati in tutta Europa.

Cos'Ŕ un impianto solare termico combinato?

Impianto solare combinato per la produzione di acqua calda e riscaldamento installato in Provincia di Brescia.

Impianto solare combinato in Provincia di Brescia.

Un impianto solare termico combinato, dunque, deve confrontarsi con due tipologie diverse di fabbisogno:

1) quello di acqua calda sanitaria
     tendenzialmente costante durante l'anno,

2) quello di riscaldamento,
    presente solo nei mesi invernali.


Da qui nascono le modifiche da apportare in fase di progettazione, rispetto ad un impianto per la sola produzione di acqua calda sanitaria:

  • aumento della superficie captante e quindi del numero di collettori solari;
  • aumento dell'angolo di inclinazione dei pannelli solari per sfruttare maggiormente il sole in inverno e limitare la produzione energetica estiva. L'inclinazione di ottimo supera i 50°;
  • necessità di un sistema in grado di garantire acqua a due temperature differenti per due circuiti indipendenti I vantaggi di questa tipologia impiantistica sono notevoli.

La possibilità di soddisfare due utenze garantisce una certa flessibilità: se, ad esempio, non c'è richiesta di acqua calda sanitaria, il calore fornito dai pannelli sarà riversato verso i corpi scaldanti.
Inoltre, rispetto ad un impianto per sola acqua calda sanitaria, alcune voci di costo (centralina di controllo, liquido antigelo, tubazioni del circuito primario, isolamento) rimangono invariate mentre altre (struttura di supporto, installazione) sfruttano interessanti economie di scala. Un impianto combinato ben si adatta ad abitazioni dove già sia stato curato il risparmio energetico con un buon livello di coibentazione delle superfici disperdenti e un sistema di distribuzione del calore a bassa temperatura (riscaldamento a pavimento, a parete, a battiscopa).

L'impianto a pannelli solari crea un effetto sinergico rispetto a questi interventi per due motivi:

  • la riduzione del fabbisogno energetico della casa aumenta l'incidenza del risparmio realizzato tramite l'impianto solare
  • il rendimento dei pannelli solari termici si abbassa se la temperatura media del fluido termovettore cresce (aumentano le dispersioni verso l'esterno), per cui un sistema di riscaldamento a bassa temperatura influisce positivamente sulla resa complessiva dell'impianto.

Tipologie di Impianti combinati

Schema idraulico semplificato di un impianto solare termico per la produzione di acqua sanitaria e integrazione al riscaldamento con serbatoio tank in tank.

Schema idraulico semplificato di impianto solare termico "tank in tank"

Dal punto di vista impiantistico le soluzioni maggiormente utilizzate sono due:

1. Impianto combinato con accumulo di tipo 'tank in tank'

Il serbatoio per l'acqua calda sanitaria (di volume inferiore) si trova all'interno di quello destinato all'acqua del circuito di riscaldamento. La forma caratteristica del serbatoio per l'acqua calda sanitaria è quella di 'fungo', in modo tale da poter sfruttare il moto convettivo dell'acqua calda che sale naturalmente verso l'alto ed è disponibile per il prelievo. Tale soluzione è molto vantaggiosa dal punto di vista energetico, in quanto le dispersioni termiche vengono ridotte al minimo e, allo stesso tempo, si rivela molto compatta, consentendo di convogliare tutte le fonti di energia verso un unico elemento, semplificando il circuito idraulico.

2. Impianto combinato con accumulo per acqua calda e scambiatore di calore per il circuito di riscaldamento

Adottando questa soluzione, l'energia raccolta dai pannelli solari viene indirizzata principalmente verso il serbatoio. Quando l'acqua sanitaria raggiunge la temperatura desiderata dall'utenza, la centralina di controllo provvederà a deviare l'energia termica, tramite una valvola a 3 vie, verso il riscaldamento (fig. 3).

In questa configurazione il volume dell'accumulo si riduce e parallelamente i costi di impianto si abbassano. Gli ingombri sono ridotti, ma allo stesso tempo la superficie captante risulta notevole rispetto all'accumulo, aumentando i rischi di sovratemperature nei mesi estivi. In alternativa si può ricorrere ad uno scambiatore istantaneo per l'acqua calda sanitaria e utilizzare l'accumulo per il riscaldamento, ma gli aspetti tecnici prima evidenziati non cambiano. Particolare attenzione va posta nella gestione dell'energia termica prodotta nei mesi in cui il riscaldamento è spento.

Durante i mesi estivi, infatti, la superficie dei pannelli solari risulta eccessiva rispetto al fabbisogno di acqua calda sanitaria, per cui sarebbe opportuno trovare una modalità di utilizzo dell'energia prodotta, come il riscaldamento di una piscina esterna. Qualora questo non sia possibile, si può verificare il ristagno del fluido termovettore contenuto nei collettori termici che evapora e di conseguenza si espande.

Questa condizione non rappresenta in sé un problema dal momento che ogni componente dell'impianto deve essere garantito per le alte temperature e soprattutto il vaso di espansione deve essere dimensionato correttamente, in modo tale da poter accogliere il volume eccedente. Il monitoraggio degli impianti solari termici combinati richiede un livello di dettaglio molto alto per poter stabilire quanto calore viene utilizzato per la produzione di acqua calda sanitaria e quanto per il circuito di riscaldamento.

Il reale interesse verso questa applicazione del solare termico è partito, come spesso accade, dal Nord Europa e sta trovando ampia diffusione anche in Italia.