EDIFICIO & ENERGIA

Collettori solari a piastra sul tetto di una palestra a Sesto Alto Adige

Il modo migliore per produrre acqua calda sanitaria è quello con l'uso di un collettore solare, perché riduce notevolmente i consumi e costi dell'energia. I costi di un collettore si finanziano in pochi anni con i risparmi ottenuti.

 

Un collettore solare con una superficie captante di 4-6 metri quadrati produce, in estate e spesso anche in inverno, sufficiente acqua calda sanitaria per soddisfare le esigenze di una famiglia composta da 4 persone. Un collettore solare può essere anche integrato nel sistema di riscaldamento. In questo caso preriscalda l'acqua nel serbatoio e la caldaia deve solo portare la temperatura dell'acqua fino a quella che occorre per il riscaldamento.

 

Con l'ausilio di un collettore solare, in una villetta media può essere sostituito circa il 20-30 % dell'energia fossile normalmente utilizzata. Nel 2000, in Europa risultavano installati un milione di collettori solari, più di 10 milioni di metri quadrati. Il 60 % dei collettori si trovava in Germania, oltre 40 m² 1000 abitante; in Danimarca 44 m², in Grecia 235 m² e in Austria 270 m². In Italia erano però solo 4-5 m² per ogni 1000 abitanti, nonostante il fatto che gli apporti solari siano molto più elevati rispetto a quelli dell'Europa centrale e che un collettore produce spesso sufficiente acqua calda anche in inverno. 

La forma più semplice di un collettore solare è un tubo nero che si espone al sole. L'acqua nel tubo si riscalda notevolmente, perché l'involucro nero del tubo assorbe un'elevata parte della radiazione. Quando il sole non c'è più, il tubo, e con esso anche l'acqua, si raffredda rapidamente. Con i collettori solari si cerca di riscaldare una quantità maggiore di acqua e di prolungare il processo di raffreddamento al massimo possibile.

 

Un impianto solare termico è composto principalmente da tre elementi:

I più diffusi collettori sono quelli a piastra e a tubi sottovuoto.

Collettore a piastra con isolamento termico trasparente

Un normale collettore a piastra è composto da una cassa termicamente isolata e coperta da un vetro protettivo. Nella cassa c'è l'assorbitore, una lastra metallica sulla quale sono saldati dei tubi. In alcuni assorbitori i tubi sono già integrati. Nei tubi si trova un liquido che, quando si riscalda sotto il sole, sale alla cima del collettore dove si trova uno scambiatore che trasferisce il calore all'acqua fredda.

 

Il liquido si raffredda, scende e il processo ricomincia da capo. L'acqua calda viene raccolta in un serbatoio termicamente ben isolato dal quale viene distribuita ai punti di presa. Il rendimento dei collettori solari si riduce sensibilmente ad alte temperature che rallentano la circolazione del liquido, nonché in caso di nuvolosità. Altre perdite d'energia avvengono per riflessione, conduzione e convezione.

 

Alcuni collettori sono dotati di un isolamento termico trasparente (ITT) posto sopra l’assorbitore e quindi nella cassa non c'è più aria che possa circolare e disperdere il calore. Il rendimento di questi collettori è più alto, perché le perdite di energia avvengono solo per riflessione del vetro coprente e per conduzione del calore attraverso i materiali, ma non per convezione. Questi collettori possono essere montati anche verticalmente e quindi integrati nelle facciate.

I collettori a piastra più economici sono quelli con il con bollitore integrato (serbatoio d'acqua calda). Questi collettori, che funzionano senza l'ausilio di una pompa, sono dimensionati per coprire il fabbisogno giornaliero d’acqua calda sanitaria di una famiglia (250-300 litri). Da punto di vista estetico, la loro installazione su una falda del tetto è discutibile e non tutti i regolamenti comunali la consentono, ma contro il loro impiego sui tetti piani dei grandi palazzi residenziali non c’è niente da obiettare. 

Collettore a tubi sottovuoto (Solvis)

I collettori a tubi sottovuoto (heatpipe) sono composti da una serie di tubi nei quali si trova l'assorbitore. Il principio di funzionamento è lo stesso dei collettori a piastra, ma il sottovuoto in cui si trova l'assorbitore non conduce calore. Il sottovuoto consente inoltre l'impiego di materiali più efficienti che, essendo sensibili all'umidità non possono essere usati nei normali collettori. L'assenza di perdite per convezione e conduzione rende questi collettori più efficaci rispetto ai normali collettori solari.

L'acqua sanitaria prodotta dal collettore si raccoglie in un serbatoio termicamente ben isolato dal quale viene distribuita ai punti di presa. I migliori serbatoi sono quelli in acciaio inossidabile disponibili in varie dimensioni. Il serbatoio deve essere dimensionato in rapporto al fabbisogno della famiglia. Per ogni componente della famiglia occorre una capienza di 50-80 litri.

Il serbatoio può essere collocato in qualunque luogo della casa, la posizione più conveniente è però quella in prossimità della caldaia. Così, nei periodi in cui il collettore non riesce a portare l’acqua alla temperatura desiderata, si può aggiungere del calore tramite la caldaia e si ha l’opportunità di integrare il collettore solare anche nel sistema di riscaldamento (a bassa temperatura = 40-50°C). In questo caso il collettore serve a preriscaldare l’acqua. Il seguente grafico mostra un relativo impianto.

Volendo utilizzare il collettore solare per il preriscaldamento occorrono, secondo il tipo, circa 8-15 m² di superficie captante.

Di solito i collettori solari si montano su una falda del tetto esposta verso Sud. Deviazioni da Sud verso Sudest o Sudovest riducono gli apporti solari nella misura del 10% circa; deviazioni di oltre i 45° sono da evitare. Poiché in estate il riscaldamento dell'acqua non comporta nessun problema, l'inclinazione del collettore dovrebbe essere tale da permettere di ricevere gli apporti più alti nella mezza stagione e in inverno, cioè tra i 45° e i 65° circa. I normali tetti hanno però un'inclinazione attorno ai 20° e quindi i collettori montati su di essi ricevono i massimi apporti proprio in estate. In questo caso, l'inclinazione ottimale può essere ottenuta tramite un supporto fisso inclinato a 45°, oppure un supporto regolabile. Gli esempi realizzati finora non sono molto soddisfacenti dal punto di vista architettonico, pertanto si preferisce aumentare leggermente le superfici captanti affinché il collettore produca la quantità di calore richiesta in inverno. Si può però anche valutare il montaggio verticale del collettore e la sua integrazione nella facciata, così gli apporti invernali saranno maggiori rispetto a quelli ottenibili con un'inclinazione del 20° circa.

Collettori solari di una piscina privata

I collettori solari per il riscaldamento di piscine sono molto più semplici di quelli per la produzione di acqua calda sanitaria. Essi consistono solo in assorbitori, sono privi di isolamento termico e di vetri coprenti e vengono collegati direttamente alla rete che alimenta la piscina. Gli assorbitori hanno forma di strisce (materassi) e sono componibili secondo le esigenze. Il materiale dell'assorbitore (PP, EPDM) è resistente alla corrosione (cloro, intemperie), ai raggi UV e alle escursioni termiche (da -10 fino a + 70°C). Gli assorbitori possono essere posati su superfici inclinati e orizzontali (tetti). Il loro funzionamento ottimale lo raggiungono nell'intervallo di temperatura compreso tra 0 e 20°K al di sopra della temperatura dell'ambiente (aria) circostante. In un giorno di sole, quando la temperatura dell'aria è di soli 20°C, l'assorbitore può riscaldare l'acqua fino una temperatura di 35-40°C circa. La costruzione è semplice ed economica e il loro utilizzo conviene non solo per piccole piscine private, ma anche per quelle comunali, perché il periodo d'uso può essere prolungato. 

Da: Uwe Wienke: Aria Calore Luce, Roma 2005