Orientazione orizzontale vs. verticale per l'installazione dei collettori solari termici – quando utilizzare ciascuna

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Orizzontale vs. verticale installazione dei collettori – quando utilizzare quale orientamento

Quando decide dove installare i collettori solari termici sul tetto o su una parete, la maggior parte delle persone pensa principalmente all'inclinazione, all'esposizione e all'ombreggiamento. La questione se installare i collettori in modo orizzontale o verticale rimane però notevolmente trascurata – fino al momento in cui l'installatore arriva sul posto e scopre che semplicemente non c'è abbastanza spazio. Oppure quando, dopo un anno di funzionamento, si rivela che l'orientamento del supporto causa problemi di areazione, stagnazione o distribuzione non uniforme del flusso. Questo articolo si dedica esattamente a questa tematica in profondità: cosa si intende esattamente per orientamento orizzontale e verticale, come questa scelta influenza l'idraulica, la potenza e l'installazione, e in quali situazioni si rivela conveniente ciascuna variante.

Che cosa intendiamo con il termine "orientamento del collettore" – chiarimento terminologico

Prima di immergersi nella sostanza tecnica, è necessario chiarire i termini, poiché in pratica ci si imbatte in due cose diverse che le persone chiamano nello stesso modo.

Orientamento del collettore rispetto all'orizzontale (inclinazione) – si tratta dell'angolo in cui il piano del collettore è inclinato rispetto al piano orizzontale. L'inclinazione ideale per il centro della Slovacchia si aggira intorno ai 35–45°, che è tra l'altro il motivo per cui i collettori sui tetti inclinati con un'inclinazione standard funzionano così bene.

Orientamento della lunga lato del collettore – e di questo si tratta in tutto l'articolo. Un collettore piano standard ha forma rettangolare e può essere installato in modo che il suo lato lungo sia parallelo al bordo del tetto (orizzontale, "sdraiato") oppure perpendicolare ad esso (verticale, "raddrizzato"). Questa scelta influisce in modo determinante non solo sull'aspetto dell'installazione, ma anche sull'idraulica, la resistenza idraulica, l'areazione e la costruzione del supporto.

Struttura del collettore piano e come è correlata all'orientamento

La maggior parte dei collettori piani utilizzati nella tecnologia solare residenziale e commerciale ha un sistema di assorbimento a H o a serpentina. Nel sistema a H, si tratta di una serie di tubi capillari paralleli (riser) collegati tra due tubi di raccolta (header) posizionati ai bordi superiore e inferiore dell'assorbitore. Esattamente la posizione degli header e la direzione del flusso del fluido all'interno dell'assorbitore sono fondamentali per comprendere perché l'orientamento è importante.

Nell'installazione orizzontale, gli header sono posizionati a sinistra e a destra (sui lati corti), il fluido scorre attraverso l'intera larghezza del collettore attraverso i tubi riser corti. Nell'installazione verticale, gli header sono posizionati in alto e in basso (sui lati lunghi), il fluido deve attraversare l'intera altezza del collettore. Questo apparentemente piccolo cambiamento ha conseguenze decisive per l'areazione, la resistenza idraulica e il comportamento del collettore in caso di stagnazione.

Idraulica: perché l'orientamento è più importante di quanto sembri

Questa è la parte tecnica più importante dell'intera tematica. Gli ingegneri esperti di impianti solari vi diranno che l'idraulica del collettore è uno degli aspetti più sottovalutati negli impianti domestici.

Aereazione – fattore critico

L'impianto solare deve essere perfettamente areato. L'aria all'interno del collettore causa riscaldamenti localizzati, riduce il rendimento e può portare al danneggiamento dell'assorbitore. Per un'adeguata areazione, il fluido e l'aria devono fluire nella stessa direzione – verso l'alto, verso la valvola di areazione posizionata nel punto più alto del sistema.

Nell'orientamento verticale del collettore (lato lungo verticale), i tubi riser sono effettivamente orientati verticalmente, il fluido scorre dal basso verso l'alto (in un collegamento corretto), l'aria sale naturalmente verso l'header superiore e da lì verso il tubo di distribuzione verso la valvola di areazione. Questo è lo stato idraulico ideale.

Nell'orientamento orizzontale del collettore (lato lungo orizzontale), i tubi riser sono corti, ma gli header sono orientati verticalmente (su un tetto inclinato). L'areazione è comunque possibile, ma dipende da un collegamento corretto – l'ingresso del fluido deve sempre essere nell'header inferiore e l'uscita nell'header superiore. Lo scambio di questi due punti provoca l'incastro dell'aria nei tubi riser.

Resistenza idraulica ed uniformità del flusso

Nell'inserimento di più collettori in serie o in parallelo, l'orientamento gioca un ruolo importante anche in termini di bilanciamento del flusso. I collettori orizzontali collegati in serie tendono a presentare una maggiore resistenza idraulica, poiché il fluido deve superare un percorso più lungo attraverso i raccordi. Al contrario, il collegamento in parallelo di collettori orizzontali è più semplice da bilanciare dal punto di vista idraulico, poiché ogni collettore presenta le stesse condizioni geometriche.

Nel caso di collettori verticali collegati in parallelo, è fondamentale rispettare il principio di collegamento invertito (collegamento Tichelman), in cui il tubo di ingresso e uscita va collegato ai lati opposti del campo collettori. In questo modo si garantisce una resistenza idraulica uguale per ogni collettore nel campo, condizione necessaria per un flusso uniforme e quindi per una distribuzione uniforme della potenza.

Dimensioni pratiche e limiti spaziali

Qui arriviamo a ciò che nella pratica decide spesso l'orientamento, ovvero semplicemente ciò che entra. Un collettore piano standard ha dimensioni tipicamente intorno a 2 000 × 1 000 mm (per una superficie di 2 m²) oppure ad esempio 2 033 × 913 mm. Questi numeri vanno attentamente considerati già prima dell'ordine del supporto.

Tetto inclinato – pendenza e larghezza della fascia

Su un tetto inclinato è fondamentale la disponibilità di altezza della fascia tetto tra gronda e falda (o tra due lucernai, finestre di tetto, canne fumarie, ecc.). Un tetto residenziale medio ha una distanza tra gronda e falda di 4 a 7 metri – con una pendenza del 35° corrisponde a una distanza orizzontale di 3,5 a 6 metri.

Se ad esempio la fascia tetto (misurata lungo la pendenza) è alta 2,5 m, un collettore con dimensioni 2,0 × 1,0 m può essere installato verticalmente (la lunghezza maggiore = 2 m lungo la pendenza), ma non orizzontalmente (la lunghezza maggiore andrebbe trasversalmente, quindi nella larghezza del tetto, che richiederebbe almeno 2 m per un solo collettore e una larghezza complessiva sproporzionata per più unità). Al contrario, in una zona stretta del tetto vicino a una canna fumaria, dove lo spazio orizzontale è solo 1,2 m, un collettore può essere installato soltanto orizzontalmente.

Dal punto di vista del supporto: per l'inserimento nel rivestimento del tetto (sistema in-roof) è generalmente preferibile l'orientamento orizzontale, poiché il supporto occupa meno altezza sul tetto e si adatta più facilmente alla trave del tetto. Per l'installazione sopra il tetto (on-roof), invece, l'orientamento verticale è meccanicamente più stabile, poiché i ganci di fissaggio possono essere distribuiti su una maggiore altezza.

Tetto piano – logica diversa, limiti diversi

Su un tetto piano la situazione è diversa. Poiché il collettore deve essere sollevato su un telaio (per garantire una pendenza sufficiente, generalmente 30–45°), l'orientamento del collettore rispetto al telaio determina direttamente l'aspetto del telaio, la sua larghezza e profondità della base, e come carica la struttura del tetto.

Per le installazioni su tetti piani esistono supporti specializzati, ad esempio supporto per 2 collettori su tetto piano, oppure KS2100 – supporto base per i primi 2 collettori su tetto piano/pendenza fino a 15°. Questi sistemi sono in genere ottimizzati per un'orientazione specifica del collettore (di norma verticale, con la lunghezza maggiore rivolta verso l'alto), e questa orientazione non va modificata – il sistema del telaio è progettato per trasferire il carico alla base in modo ottimale.

Sui tetti piani con pendenza fino a 15° vale un'ulteriore regola importante: con un'orientazione orizzontale del collettore aumenta il rischio di stagnazione dell'acqua e di sporco nel tubo inferiore, poiché la pendenza del telaio potrebbe non essere sufficiente per il deflusso naturale del condensato. L'orientamento verticale elimina questo problema.

Prendimento di energia e produzione annua – l'orientamento del supporto ha influenza?

Dal punto di vista della pura potenza energetica (quantità di energia solare captata) è molto più importante l'orientamento del collettore rispetto al sole – quindi la pendenza e l'azimut – rispetto al fatto che il lato lungo sia rivolto verso l'alto o di lato. Due collettori identici nello stesso luogo, con la stessa pendenza e azimut, avranno la stessa potenza indipendentemente dal fatto che siano orizzontali o verticali. Questo è importante ricordarlo per non attribuire erroneamente differenze di potenza all'orientamento, dove in realtà non esistono.

Lei orientazione si manifesta indirettamente:

Ombreggiamento: Nell'installazione orizzontale di più collettori disposti uno accanto all'altro (campo) i collettori in fila possono ombreggiare quelli dietro di loro in misura minore, poiché sono più bassi. L'orientazione verticale con collettori disposti uno accanto all'altro in fila ha un'altezza complessiva minore, riducendo l'ombreggiamento quando il sole è basso.
Accumulo di neve: I collettori con orientazione orizzontale hanno una lunghezza orizzontale maggiore del telaio inferiore, dove la neve può accumularsi. L'orientazione verticale ha un bordo inferiore più piccolo, e la neve scivola via più rapidamente.
Condensa e scarico dell'acqua: Come abbiamo menzionato, l'orientazione verticale scarica meglio la condensa e previene l'acqua stagnante nel tubo inferiore.

Supporto e sua costruzione in base alle diverse orientazioni

La scelta dell'orientazione del collettore determina direttamente quale supporto Lei dovrà utilizzare. I sistemi di supporto sono in genere progettati per un'orientazione specifica, oppure sono modulare e permettono entrambe.

Per le installazioni "incorporate nel tetto" (integrazione nel rivestimento del tetto) è disponibile ad esempio un supporto per l'incorporazione di due collettori, che è costruito per l'orientazione orizzontale dei collettori nel piano del tetto. Se in seguito Lei intende espandere il sistema, può aggiungere un supporto per l'incorporazione di un ulteriore collettore – questo approccio modulare è vantaggioso proprio perché non modifica la struttura di base, ma aggiunge semplicemente un modulo.

Nelle installazioni su tetto piano noti che ad esempio il kit di fissaggio per collettori su tetto piano fino a un'inclinazione di 15° per il collettore KS 2100F 1,82 m² è dimensionato per un tipo specifico di collettore. Ciò significa che l'orientazione è in tale sistema rigidamente definita – la si modifica solo se Lei ha prestato attenzione e ha scelto un supporto che espressamente lo permette.

Portata e fissaggio – dipendenza dall'orientazione

Il carico meccanico del supporto dipende da come sono fissati i punti di ancoraggio. L'orientazione orizzontale del collettore richiede in genere più punti di fissaggio lungo il lato più lungo (il bordo superiore e inferiore del telaio), poiché il collettore è "steso" traverso il tetto. Questi punti di fissaggio devono sostenere il vento che agisce sull'intera superficie. L'orientazione verticale concentra il carico su un numero minore di punti, ma con una forza maggiore (momento minore), quindi l'ancoraggio deve essere più robusto nei punti di fissaggio.

Per saperne di più sul fissaggio corretto del supporto senza compromettere l'isolamento idrorepellente, si veda l'articolo Come fissare correttamente il supporto dei collettori sul tetto senza danneggiare l'isolamento idrorepellente nel nostro Centro di Conoscenza.

Montaggio su parete – caso speciale

L'installazione a facciata dei collettori è meno comune, ma in pratica si incontra ad esempio durante le ristrutturazioni di case unifamiliari senza tetto adatto, oppure per l'approvvigionamento termico di serra invernali. Qui valgono regole diverse.

Sulla parete l'orientazione orizzontale del collettore è vantaggiosa dal punto di vista estetico (il collettore sembra una parte naturale della facciata) e in termini di carico sulla parete (distribuzione più uniforme del peso). Lo svantaggio è un'inclinazione peggiore – la maggior parte delle parete è verticale (90°), che è troppo ripida per l'estate e comunque non ideale per l'inverno. Per questo motivo i collettori a facciata vengono utilizzati soprattutto dove la priorità è la produzione invernale (ad esempio piscina durante la stagione, oppure supporto del riscaldamento invernale nei mesi intermedi).

Per la tecnica dell'installazione a facciata e gli errori più comuni si veda l'articolo Montaggio del fissaggio dei collettori solari su parete – procedura e errori comuni.

Campi combinati di collettori – orientazione mista

Nella pratica, a volte si incontra la situazione in cui il cliente ha due diverse aree sul tetto – ad esempio un campo principale con un'inclinazione normale e un campo sopra il tetto del garage con una striscia più stretta. In questo caso una soluzione può essere combinare le orientazioni: i collettori sul tetto principale disposti verticalmente, quelli sul garage orizzontalmente. Dal punto di vista idraulico non è un problema, se ogni gruppo viene collegato come un circuito separato con il proprio regolatore di portata, oppure se l'intero campo viene correttamente bilanciato idraulicamente.

Se Lei sta valutando di espandere un sistema esistente con un ulteriore collettore, legga anche l'articolo Ampliamento del sistema solare – come aggiungere un ulteriore collettore a un supporto esistente, dove tratteremo questo argomento in dettaglio.

Decalogo del processo decisionale – passo dopo passo

Dall'esperienza sappiamo che la maggior parte degli installatori segue questi passaggi quando sceglie l'orientazione:

Misura lo spazio disponibile – l'altezza della striscia del tetto (in base all'inclinazione) e la larghezza della striscia del tetto (orizzontale). Questi due numeri sono la base di tutto.
Conosca le dimensioni del collettore – lato lungo e lato corto. Di norma 1 980–2 100 mm × 900–1 000 mm.
Verifica quanti collettori sono previsti – un solo collettore si adatta quasi sempre, ma con due o più inizi a incontrare limiti spaziali.
Controlla il tipo di supporto – è progettato per un'orientazione specifica, oppure è universale?
Valuta l'idraulica – dove saranno i punti di collegamento del collettore (ingresso/uscita) e dove passerà il tubo attraverso il tetto fino alla stanza tecnica?
Controlla lo svuotamento dell'aria – il punto più alto del campo dei collettori sarà accessibile per il rubinetto di svuotamento?
Valuta l'estetica – il cliente preferisce in genere che i collettori siano visivamente in armonia con la copertura del tetto. L'orientazione orizzontale appare più "ampia", l'orientazione verticale più "snella".
Verifica la statica – in caso di montaggio a facciata, fai controllare la portata della parete da un tecnico strutturale, in caso di montaggio sul tetto verifica i punti di fissaggio.
Tieni conto della neve e del vento – nelle aree con alta nevicata l'orientazione verticale è vantaggiosa in termini di scivolamento della neve.
Consulterai l'installatore o il progettista – se la situazione è complessa (più collettori, tetto complicato), un'investimento in una consulenza si ripaga sempre.

Esempi concreti tratti dalla pratica

Esempio 1: Casa unifamiliare, tetto inclinato 35°, altezza limitata

Il cliente voleva installare 3 collettori su un tetto a sud con un'altezza del piano di appoggio di soli 1,8 m (misurata lungo l'inclinazione del tetto, dallo spiovente al cornicione). Il collettore KS 2100F ha le dimensioni 2 033 × 913 mm. L'installazione verticale (2 m di altezza) non sarebbe passata. La soluzione è stata l'installazione orizzontale: il lato corto (0,91 m) lungo l'altezza del tetto, il lato lungo (2,03 m) orizzontale. Tutti e tre i collettori si sono adattati uno accanto all'altro in una larghezza di 3 × 2,03 = 6,09 m. Dal punto di vista idraulico sono stati collegati in serie con un condotto Tichelman, l'areazione avviene attraverso l'estremità superiore di ogni collettore in un tubo comune superiore.

Esempio 2: Tetto piano di un edificio residenziale, 6 collettori per la produzione di ACS

Su un tetto piano con una superficie disponibile di 8 × 4 m è stato necessario installare 6 collettori per la produzione di acqua calda sanitaria per l'edificio residenziale. È stato utilizzato un sistema modulare di telaio con orientamento verticale dei collettori: i collettori stavano in verticale, il telaio era inclinato di 38°. Sei collettori disposti in due file da tre. Questa distribuzione ha minimizzato l'altezza dell'intero campo (e quindi l'ombreggiamento da parte del cornicione e degli edifici vicini) e al contempo ha permesso una idraulica pulita con un collegamento invertito.

Esempio 3: Chalet, parete a sud, spazio limitato sul tetto

Il proprietario del chalet non aveva un tetto adatto (orientamento a nord, piano senza inclinazione, senza statica per l'installazione). La soluzione è stata l'installazione a facciata di due collettori su una parete a sud. Poiché la parete aveva una larghezza di 3,5 m e un'altezza tra finestra e finestra di 1,5 m, è stata scelta un'orientazione orizzontale. I collettori sono stati utilizzati per riscaldare un boiler elettrico da 150 l destinato esclusivamente ai soggiorni estivi. L'installazione funziona senza problemi – l'orientazione orizzontale qui era l'unica scelta sensata.

Errori frequenti nella scelta dell'orientamento del collettore

Dalle decine di ordini emerge che gli errori si ripetono. I più comuni sono:

Scelta dell'orientamento in base a una foto da Internet – ogni tetto è diverso, una foto di un progetto tedesco o austriaco non corrisponde necessariamente alle Sue condizioni.
Non considerare la posizione dell'attacco – i collettori hanno le giunzioni su un lato specifico. Se li gira in modo errato, l'idraulica non funziona o i tubi sono disposti in modo inutilmente complicato.
Ignorare le indicazioni del produttore – la maggior parte dei produttori di collettori indica nella documentazione tecnica l'orientamento raccomandato per un comportamento idraulico ottimale.
Installazione senza considerare un eventuale ampliamento futuro – se prevede di collegare in futuro un altro collettore, l'orientamento e il sistema di fissaggio devono permetterlo. Sulle possibilità di ampliamento parliamo anche nell'articolo Ampliamento del sistema solare – come aggiungere un altro collettore a un supporto esistente.
Campo di collettori senza bilanciamento idraulico – con un collegamento in parallelo di diversi collettori con orientamenti diversi, il flusso può essere irregolare, il che riduce l'efficienza dell'intero sistema.

Domande frequenti (FAQ)

Può installare un collettore in orizzontale anche se il produttore raccomanda un'orientazione verticale?

Nella maggior parte dei casi sì, ma deve verificare attentamente due aspetti: la posizione dell'attacco (l'ingresso deve sempre essere nel tubo inferiore, l'uscita in quello superiore) e l'areazione. Alcuni collettori hanno le giunzioni su un lato, non all'estremità dei tubi verticali – in tal caso un'installazione orizzontale potrebbe causare un accumulo d'aria nel sistema. Legga sempre il foglio tecnico del collettore specifico.

Che influenza ha l'orientamento del collettore sulle condizioni di garanzia?

La maggior parte dei produttori lega le condizioni di garanzia al rispetto delle istruzioni di installazione, non esplicitamente a un'orientazione specifica – purché l'installazione sia conforme al foglio tecnico. Se però l'installatore sceglie un'orientazione che è chiaramente indicata come inadatta (ad esempio alcuni collettori a vuoto possono essere installati esclusivamente in verticale), le garanzie potrebbero essere invalidate.

C'è una differenza nell'orientamento dei collettori tra i collettori a vuoto e quelli piani?

Sì, e una differenza sostanziale. Un collettore piano con assorbitore a H è sostanzialmente flessibile – può essere girato correttamente se connesso in modo appropriato. I collettori a tubi a vuoto (heat pipe) sono però progettati esclusivamente per un'orientazione verticale dei tubi, poiché il trasferimento di calore dal heat pipe funziona solo con un certo angolo rispetto all'orizzontale. Un'installazione orizzontale di un collettore a vuoto (tubi orizzontali) comporterebbe un calo fatale delle prestazioni o addirittura l'intera perdita di funzionalità.

Come posso verificare in quale orientazione sono progettati i supporti acquistabili nel negozio online?

In genere è indicato nel nome del prodotto o nella descrizione. Ad esempio, un supporto progettato per l'inserimento nel tetto è tipicamente concepito per un'orientazione orizzontale del collettore (il lato lungo parallelo al tetto). Se non è chiaro, le consigliamo di consultare il manuale di montaggio o di contattare il venditore – le specifiche complete e le dimensioni le trova sempre nel foglio tecnico di ogni supporto.

Può mescolare orientamenti orizzontali e verticali in un unico campo solare?

Dal punto di vista tecnico sì, ma idraulicamente complica il sistema. I collettori con orientamenti diversi hanno una resistenza idraulica diversa (diversa lunghezza del percorso del fluido nei tubi verticali). Con un collegamento in parallelo ciò porta a un flusso irregolare – in alcuni collettori scorre più fluido, altri sono "sottoposti". La soluzione è isolare i gruppi con propri valvole di regolazione, oppure scegliere la stessa orientazione per l'intero campo.

L'orientamento del collettore influenza il peso del supporto e il carico sul tetto?

No direttamente – il collettore ha lo stesso peso indipendentemente dall'orientamento. Ma la forma del supporto e la distribuzione dei punti di fissaggio cambia. L'orientamento orizzontale richiede più ganci per il tetto distribuiti su una maggiore larghezza, il che distribuisce il carico su più punti. L'orientamento verticale concentra il carico su meno, ma più robusti, supporti. In entrambi i casi il carico statico sul tetto è lo stesso, ma i punti di trasmissione delle forze sono diversi – un aspetto che può essere rilevante per tetti vecchi o indeboliti.

Conclusione – l'orientamento del collettore non è una sciocchezza

La scelta tra installazione orizzontale e verticale dei collettori è una decisione che influenzerà non solo l'estetica della sua installazione, ma anche il comportamento idraulico del sistema, la semplicità dell'areazione, la resistenza alla neve e al vento, e infine anche l'affidabilità a lungo termine dell'intero impianto solare. Non è una decisione che si prende a caso o solo in base a come appare una foto.

Nella maggior parte dei casi vale questa regola semplificata: l'orientamento verticale è idraulicamente più pulito e adatto per campi di collettori di grandi dimensioni e per tetti piani, l'orientamento orizzontale è necessario là dove lo spazio sul tetto o sulla parete non lo permette diversamente. Il supporto giusto per la Sua situazione lo trova nella nostra categoria fissaggio dei collettori, dove i prodotti sono suddivisi in base al tipo di tetto e al numero di collettori.

Se ha dubbi nella scelta, le consigliamo di leggere prima gli articoli correlati nel Centro Informazioni – in particolare Come scegliere il fissaggio corretto per i collettori solari – tetto piano, tetto inclinato o parete, Quale supporto per collettori ha bisogno – inclinazione del tetto, tipo di collettore e dimensione della superficie e Supporto per tetto piano vs. tetto inclinato vs. parete – confronto dei sistemi di fissaggio dei collettori. Questi articoli insieme formano una base completa per una decisione informata, che le eviterà complicazioni inutili durante l'installazione e negli anni di utilizzo.

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