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Impianto solare termico

Edilizia - Pubblicato da Giorgia Manieri - Nessun commento

Produrre acqua calda con il sole

Introduzione
Pur essendo il nostro un paese che dal punto di vista meteorologico è avvantaggiato rispetto ad altri in quanto a disponibilità di “risorsa solare”, il mercato del solare termico non è certo tra i più vitali se paragonato a quello di paesi quali Austria,  Germania, Danimarca, che di energia termica solare ne hanno certamente meno, e soprattutto se paragonato a paesi quali Grecia e Spagna,  sicuramente più simili al nostro sud dal punto di vista climatico.
L’Italia infatti presenta un valore annuo di radiazione solare che giunge al suolo (quella che è possibile captare dagli impianti), maggiore nelle regioni del sud rispetto a quelle del nord (la differenza è di circa il 40%), ma comunque superiore al fabbisogno annuo pro capite di calore necessario a scaldare l’acqua calda sanitaria (ACS a 45°C), ovvero quella che ciascuno di noi utilizza per le proprie necessità quotidiane.

Necessità che vengono stimate intorno a:
comfort basso: 35 litri a persona al giorno;
comfort medio: 50 litri a persona al giorno;
comfort alto: 75 litri a persona al giorno.

Ebbene un impianto solare termico standard alle condizioni climatiche dell’ Italia e con questi dati di fabbisogno, consente di risparmiare fino all’80% dell’energia necessaria a produrre acqua alla temperatura di 45°C.
Per questo, all’interno dell’Europa, l’Italia viene considerato un paese in cui lo sviluppo del solare termico è molto promettente e viene prospettata una forte crescita di tale tecnologia.

La tecnologia di un impianto solare termico
Un collettore solare trasforma la radiazione solare in calore e questa è la differenza da un pannello fotovoltaico, con il quale troppo spesso ancora  viene confuso, che invece ricordiamo la trasforma in elettricità.
Il calore che si ottiene da questa trasformazione viene utilizzato per il riscaldamento di fluidi quali aria o acqua.
Il collettore solare o pannello solare è solo uno degli elementi, il più importante, di un impianto solare termico.
Esso è costituito da un “pacchetto” in cui sono collaboranti diversi strati: quello più esterno, la copertura trasparente in vetro la quale consente la “cattura” dell’energia solare e il suo successivo assorbimento da parte di una piastra assorbente appunto, di solito in rame acciaio o alluminio anodizzato; tale piastra cede l’energia termica acquisita, attraverso le modalità di trasmissione del calore (conduzione, convezione ed irraggiamento) a dei tubi di rame sottostanti, nei quali scorre il cosiddetto fluido termovettore, generalmente acqua pura o acqua miscelata con una sostanza antigelo. Per far sì che tale calore non si disperda e venga quasi totalmente trasferito al fluido all’interno dei tubi, la piastra assorbente viene trattata con delle apposite vernici. In questo modo si crea una vera e propria trappola per il calore che può entrare ma non uscire (“effetto serra”).

A questo punto il fluido caldo che si è ottenuto può essere direttamente utilizzato dagli utenti (sistemi diretti a circuito aperto) oppure può a sua volta cedere la propria energia termica al fluido che poi verrà utilizzato dalle utenze (sistemi indiretti a circuito chiuso). Questo secondo caso, che prevede quindi due circuiti separati di fluidi, quello ausiliario che serve a scaldare quello principale destinato all’uso, è il più diffuso in quanto evita problemi di congelamento del fluido e di deposito di calcare nei tubi poichè è possibile aggiungere una sostanza antigelo, contenente glicol etilenico, che altrimenti se utilizzata direttamente sarebbe nociva per l’uomo.

Gli altri elementi di un impianto e la loro configurazione, oltre al collettore solare, dipendono dalla dimensione dello stesso e quindi se debba andare a soddisfare piccole utenze, la singola casa unifamiliare ad esempio, oppure utenze medio-grandi come può essere  un condominio con diversi appartamenti.
In entrambi i casi si tende comunque a dimensionare l’impianto in modo tale da prevedere una integrazione attraverso un sistema tradizionale come può essere una caldaia a gas. Questo dipende non dalla tecnologia, ma dall’aleatorietà della fonte solare e dalla necessità di garantire soddisfatto il bisogno di  ACS in ogni condizione che si possa presentare: dal cielo lungamente coperto, all’aumento improvviso della domanda di calore.
Quindi si preferisce dimensionare l’impianto in modo tale da soddisfare al 100% il fabbisogno di ACS nei mesi primaverili estivi, e al 30-40% nei mesi invernali nei quali quindi è necessaria l’integrazione con un sistema tradizionale.

Nel caso di utenze medio-grandi sono presenti uno o più serbatoi di accumulo, opportunamente dimensionati, in cui viene raccolta l’acqua di rete da scaldare; essi sono collocati all’interno dell’edificio e comunque non in copertura dove invece si installano i collettori e nei quali si scalda il fluido termovettore. Il problema legato alla circolazione del fluido dai collettori ai serbatoi, in cui attraverso degli scambiatori di calore avviene il trasferimento di calore dal fluido del circuito primario al fluido del circuito secondario (quello usato dall’utente) è superato attraverso l’impiego di una pompa: il sistema per questo è detto a circolazione forzata. Il funzionamento della pompa è gestito da un termostato differenziale: ogni volta che tale strumento misura una differenza di temperatura superiore ad uno fissato, tra il fluido caldo in uscita dal collettore e quello freddo, da scaldare,  contenuto nel serbatoio, essa entra in funzione ed invia il primo fluido verso lo scambiatore di calore.
Tutti gli elementi che compongono l’impianto, dai pannelli al serbatoio di accumulo devono essere opportunamente dimensionati da un progettista.

Le applicazioni
Le applicazioni di tali impianti non si esauriscono nella produzione di ACS a fini domestici.
Infatti sono utilizzati per il riscaldamento delle piscine, soprattutto in impianti scoperti, poiché nei mesi estivi l’energia che ci arriva dal sole è maggiore; per il riscaldamento invernale degli ambienti, anche se in quest’ultimo caso lo svantaggio dovuto allo sfasamento tra disponibilità di energia solare e periodo della richiesta (in inverno la radiazione solare è minore) è evidente, e si riesce a soddisfare non più del 40-50% del fabbisogno.
Ed infine un ulteriore campo di applicazione ancora giovane ed in fase di evoluzione è quello del raffrescamento estivo degli ambienti.

I vantaggi economici ed  ambientali
Sono due i parametri che si devono valutare per avere una idea dei benefici economici ed ambientali che comporta l’utilizzo della tecnologia del solare termico: il tempo di ritorno economico e la riduzione annua di emissioni di CO2.
Il primo è il periodo in cui il costo iniziale dell’investimento per l’installazione dell’impianto si equivale al risparmio ottenuto dalla non utilizzazione di elettricità o metano per produrre acqua calda sanitaria. Quindi è il periodo dopo il quale si sono recuperati i soldi spesi inizialmente e si inizia il risparmio reale.

Facciamo un esempio:
per una famiglia di 4 persone si dovrebbero prevedere circa 0,8 m2 di pannelli a persona, il che significherebbero 3,2 m2 totali; la stessa famiglia  consuma tra i 180 e i 200 litri di acqua calda al giorno e spende circa 500 euro l’anno se la produce con un boiler elettrico, 375 euro se usa la caldaia a metano; l’ investimento di 1.250-1750 euro per l’istallazione di  un impianto solare termico in una zona come Roma, consentirebbe un risparmio annuo di circa 250-350 euro l’anno per tutta la vita utile dell’impianto stesso (20-25 anni): in 5 anni si ammortizzerebbe l’investimento.
Il tempo di ritorno economico dell’investimento scende ulteriormente se si sfruttano gli incentivi statali come la detrazione IRPEF del 36% e l’IVA al 10% o i programmi di finanziamento regionali che coprono i costi dell’impianto fino al 30% a fondo perduto.
Il secondo parametro ovviamente dipende dalla tipologia di combustibile fossile tradizionale di cui si è limitato il consumo, visto che l’emissione di anidride carbonica nell’atmosfera a seguito del processo di combustione varia da sostanza a sostanza.
Il risparmio di energia tradizionale varia comunque dai 600 ai 900 Kwh/(m2 annui).
Da poco è stata approvata dal Consiglio Regionale del Lazio una proposta di legge, che recepisce le indicazioni europee (Direttiva 2002/91/CEE)  obbligando le nuove costruzioni esterne al centro storico e quelle soggette a manutenzione straordinaria a dotarsi di pannelli solari, per favorire il risparmio energetico, ridurre l’inquinamento e tradurre l’utilizzo delle risorse ambientali in effettivo vantaggio economico per le famiglie.

 

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