SOLARE TERMICO - SIDE SRL Vendita diretta - Impianti termoidraulici, elettrici e opere edili - energie rinnovabili

L'uso termico dell'energia solare
Riscaldamento dell'acqua sanitaria
Uno dei modi più evidenti di usare l'energia solare è il riscaldamento dell'acqua sanitaria. Questo tipo di applicazione sembra essere interessante, poiché in molte case unifamiliari e plurifamiliari l'acqua calda sanitaria si ottiene con la caldaia, e proprio nei mesi estivi questi impianti mostrano un pessimo rendimento. Dall'altro canto, d'estate l'offerta di energia solare è molto grande, perciò basta una superficie limitata di collettori solari (circa 6-10 m2 per una famiglia composta da 4 a 8 persone) e un accumulo relativamente piccolo (0,5-1 m3). Inoltre la temperatura dell'acqua calda, generalmente usata, è relativamente bassa, e quindi si possono ottenere dei buoni rendimenti anche con un impianto relativamente semplice. In linea di massima si usa una superficie che assorbe la maggior parte della radiazione solare e che quindi si riscalda. Questo calore viene poi trasportato mediante un termovettore liquido (di solito si usa l'acqua con una sostanza anticongelante) al serbatoio tramite uno scambiatore di calore. Per i periodi, in cui l'insolazione non è sufficiente, si deve provvedere ad un riscaldamento ausiliario.
La forma più semplice di un "collettore solare" è costituita da un tubo o da una stuoia in materia plastica che abbia una superficie più assorbente possibile (ad esempio nera) e attraverso la quale scorra direttamente l'acqua da riscaldare. Se questi tubi o queste stuoie vengono esposti in un posto molto soleggiato, come ad esempio un tetto, sono molto utili per il riscaldamento dell'acqua. I "collettori" di questo tipo subiscono però delle perdite di calore relativamente grandi a causa di radiazione e trasmissione termica, per cui già una leggera diminuzione della temperatura esterna comporta una notevole riduzione del rendimento. Per questo motivo il campo d’impiego è limitato soprattutto al riscaldamento dell’acqua di piscine.
Una forma più sofisticata è costituita dal collettore solare piano. L'energia solare irradiata viene trasformata in calore nell'assorbitore costituito da una lastra metallica di colore nero opaco. Attraverso questa lastra metallica passa il termovettore che cede il calore formatosi. La parte posteriore del collettore è provvista di un isolamento termico per ridurre la perdita di calore. Una copertura trasparente impedisce il raffreddamento immediato della superficie dell'assorbitore causato dall'aria nell'ambiente. Una copertura in vetro, ad esempio, ha il compito di riflettere parte della radiazione a onde lunghe emanata dall’ assorbitore (effetto serra). In questo modo le perdite di calore si possono ridurre notevolmente. Normalmente l'assorbitore del collettore è fatto di metallo (rame, alluminio, acciaio). Per ridurre le perdite di calore in molti collettori le superfici metalliche sono provviste di un cosiddetto rivestimento selettivo che assorbe bene la luce visibile ed emana poca radiazione ad onde lunghe. Per quanto riguarda le normali temperature di regime che oscillano tra i 40°C e i 60°C, le perdite per conduzione termica nelle pareti posteriori e laterali costituiscono soltanto il 10% circa di tutte le perdite di calore del collettore. Normalmente non ha quindi molto senso usare degli strati isolanti che superino i 5-10 cm. E molto importante tenere conto della "temperatura di inattività" del collettore. Con un'insolazione molto forte l'assorbitore può raggiungere anche 150°C-200°C, ed e molto importante che l'isolante termico non venga danneggiato (ad esempio quando viene montato).
Un altro tipo di collettore solare è il cosiddetto collettore a tubo. Per questi collettori si usa come "materiale isolante" un vuoto d'aria. Grazie alla loro struttura tubolare questi collettori dispongono di un'alta resistenza alla pressione e possono quindi reggere una depressione molto forte. E grazie al vuoto, le perdite di calore subite dai collettori a tubo sono minori e il rendimento è più alto. In base alle perdite di calore notevolmente ridotte i collettori di questo tipo sono in grado di raggiungere dei rendimenti relativamente buoni anche con temperature esterne basse. Sono però anche molto più costosi dei collettori piani e perciò vengono impiegati soprattutto in zone con temperature esterne basse.

Per rendimento di un collettore solare si intende il rapporto tra potenza utile ceduta dal collettore e la potenza dell'energia solare irradiata sulla superficie del collettore. Strumenti efficaci per la valutazione della qualità di un collettore sono le caratteristiche che indicano la resa in relazione alla differenza tra la temperatura media del liquido contenuto nel collettore e la temperatura dell'aria esterna. Questo divario di temperatura spesso si divide ancora per l'energia solare irradiata sulla superficie del collettore; così si ottiene un decorso quasi lineare. Per poter determinare l'inclinazione ottimale dei collettori solari c'è una regola molto semplice. Il valore massimo di energia irradiata nel corso di un anno si ottiene con un angolo d'inclinazione del collettore pari al grado di latitudine geografica (che per l'Alto Adige e tra 46° e 47°). Il valore massimo invernale si ottiene con un'inclinazione del collettore uguale al grado di latitudine più 15°, quello estivo invece con un'inclinazione del collettore uguale al grado di latitudine meno 15° (in Alto Adige quindi a rispettivamente circa 60° e 30°). Oltre all'inclinazione orizzontale è molto importante anche l’orientamento dei collettori. L’orientamento ideale consiste nell’esposizione del collettore verso sud. La diminuzione del rendimento è lieve, fin quando la deviazione da sud non superi i 15°. La deviazione dall’esposizione verso sud nel caso ideale non dovrebbe però superare i 30°.


Integrazione del riscaldamento
Aumentando la superficie del collettore adeguatamente, l’acqua calda prodotta può essere usata non solo come acqua sanitaria, ma anche per l'integrazione nel riscaldamento degli ambienti. Il principio di funzionamento dell'impianto rimane invariato. Affinché questo tipo d’impianto possa però funzionare bene, si devono considerare alcuni criteri di progettazione. Poiché l'impianto dovrebbe servire all'integrazione del riscaldamento nelle mezze stagioni e durante l'inverno, negli intervalli dell'anno in cui l'insolazione è più bassa che d'estate, la superficie del collettore prevista deve essere di dimensioni adatte. Inoltre, in questi periodi le temperature esterne sono basse, e quindi i collettori solari devono essere protetti il meglio possibile da perdite di calore. Inoltre anche il serbatoio termico deve essere più grande per poter garantire d'inverno un'integrazione del riscaldamento il più continuativo possibile e per poter fungere nelle mezze stagioni anche da caldaia sostitutiva. Per un buon funzionamento dell'impianto è vantaggioso applicare un sistema di riscaldamento che può funzionare anche con basse temperature dell'acqua, poiché un'inferiore temperatura media dell'acqua contribuisce a ottenere dei buoni rendimenti dei collettori anche con una temperatura dell'aria esterna bassa. Inoltre diminuiscono in questo modo le perdite nel serbatoio termico e durante il trasporto dell'acqua calda dai collettori al serbatoio e dal serbatoio agli ambienti da riscaldare.
Con una bassa temperatura dell'acqua funzionano particolarmente bene i sistemi di riscaldamento a superficie come il riscaldamento a pavimento, a parete o a soffitto. Ma anche i radiatori con grandi superfici, i cosiddetti radiatori a bassa temperatura, sono molto efficienti. Progettato correttamente, d'inverno questo sistema può servire per preriscaldare l'acqua che poi viene portata alla temperatura necessaria per il riscaldamento nella caldaia tradizionale con consumi inferiori di energia. Nelle mezze stagioni, questo sistema può sostituire la caldaia per periodi più o meno lunghi, a seconda della progettazione e delle condizioni meteorologiche. Per una realizzazione finanziariamente sostenibile e per un buon funzionamento dell'impianto è però indispensabile che gli ambienti da riscaldare e l'edificio nel suo insieme abbiano un buon isolamento termico e che quindi non presentino un fabbisogno di energia termica troppo elevato, che si tratti dunque di una cosiddetta "casa a basso consumo di energia". Gli impianti che sono progettati per l'integrazione del riscaldamento degli ambienti durante l'inverno, d'estate forniscono però quantitativi di energia termica molto più elevati di quelli necessari per il riscaldamento dell'acqua sanitaria, va quindi previsto come poter utilizzare questa eccedenza di energia, ad esempio nel riscaldamento di una piscina. Se questa possibilità non dovesse sussistere, si deve provvedere al raffreddamento dei collettori, ad esempio con l'aiuto di acqua d'irrigazione o simili..

L'uso passivo dell'energia solare
Oltre all'uso dell'energia solare per mezzo di sistemi "attivi", cioè sistemi che si basano su un meccanismo proprio, più o meno complicato, esiste anche la possibilità dell'uso "passivo" dell'energia solare, o meglio l'uso dell'energia solare tramite una determinata disposizione dei componenti architettonici.
Uno dei fattori più importanti è la scelta della posizione dell'edificio (se possibile) e l'orientamento dell'edificio e dei componenti architettonici a seconda dei punti cardinali. Verso sud l'edificio dovrebbe disporre di finestre grandi, affinché, soprattutto d'inverno quando il sole è basso, la sua luce possa entrare nelle stanze e riscaldarle. Per evitare il surriscaldamento delle stanze durante l'estate, le finestre dovrebbero essere protette dall'incidenza della luce solare nelle ore di maggiore esposizione. Ciò si può fare per mezzo di una pensilina abbastanza grande, un balcone oppure degli appositi schermi parasole. Gli ambienti principali, come salotto, cucina, studio, dovrebbero essere orientati verso sud. Il lato dell'edificio orientato verso nord dovrebbe invece disporre di finestre il più piccole possibili da usare per l'incidenza della luce e per l’areazione.

Il riscaldamento passivo degli ambienti si basa sull’"effetto serra". La radiazione solare ad onde corte entra in una stanza passando attraverso una facciata trasparente (finestra)e si trasforma in calore cadendo su superfici e oggetti. Le superfici e gli oggetti nella stanza si riscaldano ed emettono a loro volta radiazione termica a onde lunghe che però passa per il vetro della finestra soltanto in minima parte. La quantità di energia raggiante che entra nella stanza è quindi molto più elevata di quella che esce dall'ambiente, in modo che quest’ultimo si riscalda. Evidentemente l'efficacia del riscaldamento acquista d'intensità, quando le superfici dell'ambiente o dell'edificio non esposte al sole sono protette dalle perdite di calore. Ci vuole però un dimensionamento corretto per evitare il surriscaldamento dell'ambiente.
Se alcune delle superfici interne dell'ambiente (soprattutto quelle irradiate direttamente dal sole) sono costituite da materiali compatti che accumulano il calore, la temperatura nell'ambiente aumenta soltanto di poco durante l'insolazione; il calore accumulato viene ceduto tramite convezione e radiazione a onde lunghe, quando l'insolazione nell'ambiente viene a mancare. Poiché l'emissione di calore avviene per la maggior parte tramite la radiazione superficiale delle pareti e del pavimento, nell'ambiente si crea un clima gradevole, sebbene la temperatura dell'aria sia relativamente bassa.
Un sistema semplice per l'uso passivo dell'energia solare è costituito da ampie finestre, orientate a sud, e di ambienti racchiusi da muri costruiti in un materiale che accumula il calore e che verso l'esterno dispongono di un buon isolamento termico. Le perdite per emissione notturna dovute alle grandi finestre orientate verso sud possono essere ridotte applicando delle coperture mobili (persiane avvolgibili, veneziane). Per poter garantire negli ambienti un clima gradevole anche durante l'estate, è necessario usare un parasole che eventualmente può essere mobile, che non ostacoli la vista e che d'estate riduca l'irradiazione solare delle finestre, per evitare così l'effetto serra indesiderato in questo periodo dell'anno.
Se direttamente dietro la vetrata orientata a sud si dispone un muro di accumulo, questo sistema si definisce "Muro di Trombe". Questo muro funge contemporaneamente da collettore e da accumulatore. Se il lato esterno del muro di accumulo è di colore scuro, il suo potere assorbente aumenta. L'energia assorbita dal muro di accumulo durante il giorno viene ceduta al locale interno in modo abbastanza costante rispettando le oscillazioni dell'insolazione.
Ingrandendo lo spazio tra la superficie in vetro e il muro collettore-accumulatore collocato dietro di essa, in modo da essere utilizzabile, si crea una veranda con un funzionamento analogo al muro di Trombe. La veranda può essere utilizzata per la coltivazione di piante, frutta, verdura oppure semplicemente come integrazione accogliente e sempreverde dell'abitazione. Nella progettazione di verande è indispensabile prevedere una separazione chiudibile, per esempio una porta scorrevole, tra veranda e abitazione per evitare dispersioni di calore dall’abitazione alla veranda nelle ore notturne e nelle giornate prive di insolazione.