Pompe di calore solari Grundfos – a cosa servono e come funzionano
Grundfos pompe circolatrici solari – a cosa servono e come funzionano
Gli impianti solari termici negli ultimi anni sono diventati una componente comune in case familiari, strutture ricreative e edifici commerciali. Che si tratti della preparazione dell'acqua calda sanitaria, dell'assistenza al riscaldamento o dell'approvvigionamento per piscine, dietro ogni impianto solare funzionante c'è un dispositivo poco visibile, ma fondamentale – la pompa circolatrice solare. Ed è proprio qui che entra in gioco Grundfos con la sua serie Solar, progettata appositamente per queste condizioni impegnative. In questo articolo esamineremo cosa fanno effettivamente le pompe solari, perché non si può semplicemente collegare una pompa circolatrice tradizionale a un collettore solare e come scegliere il modello giusto per il Suo sistema specifico.
Cos'è un circuito solare e perché ha bisogno di una pompa speciale
Il circuito solare è un anello idraulico chiuso che collega i collettori solari sul tetto al bollitore per acqua calda sanitaria o al cambio termico. In questo circuito circola un fluido termovettore – di norma una miscela non congelante a base di glicole propilenico e acqua in proporzione 40 – 60 %. Questa miscela ha proprietà fisiche molto diverse rispetto all'acqua pura: è più densa, ha una viscosità più elevata (soprattutto a basse temperature), un punto di ebollizione più alto e un comportamento chimico più aggressivo rispetto ai normali elastomeri e componenti in ottone.
Inoltre, i collettori solari raggiungono durante i caldi giorni estivi temperature del fluido comprese tra 120 – 180 °C, e in caso di stagnazione (quando la pompa non funziona o il serbatoio è pieno) la temperatura nel collettore può superare anche i 200 °C. Tali condizioni distruggerebbero semplicemente una pompa circolatrice progettata per un sistema di riscaldamento con temperature fino a 95 – 110 °C.
Da ciò deriva che la pompa solare deve soddisfare diversi requisiti rigorosi:
- Resistenza termica minima fino a 130 °C (per picchi brevi anche fino a 140 °C)
- Compatibilità materiale con le miscele a base di glicole e altri fluidi solari
- Guarnizioni in EPDM o PTFE, non in gomma NBR
- Blocchi di scorrimento in grado di funzionare senza lubrificazione a base di olio (il fluido è l'unico lubrificante)
- Resistenza alle condizioni di cavitazione causate da vapore e aria durante la stagnazione
- Capacità di riprendere la circolazione dopo il riempimento del circuito con vapore
Proprio per questo Grundfos ha sviluppato la serie Solar – pompe progettate fin dall'inizio per applicazioni solari e non solo versioni "modificate" delle pompe circolatrici standard.
Grundfos Solar 15-80 e Solar 25-120 – parametri e differenze
Grundfos offre nella serie solare di base principalmente due modelli che coprono la stragrande maggioranza degli impianti residenziali e commerciali di piccole dimensioni. Vediamo i dettagli:
Grundfos Solar 15-80, 130 mm
Grundfos Solar 15-80, 130 mm è un modello compatto destinato a sistemi solari di piccole dimensioni. I numeri nel nome non sono casuali – "15" indica il diametro del collo di attacco (DN 15, quindi ½"), "80" esprime l'altezza di sollevamento massima in decimi di metro (quindi 8 metri di colonna d'acqua) e "130 mm" è la distanza assiale tra le attacchi. Questo modello è ideale per sistemi solari con 2 – 4 collettori piani o 1 – 2 collettori tubolari, che corrispondono a una famiglia media con 3 – 5 persone.
La portata massima di questa pompa è circa 3 m³/h, che a una portata raccomandata per i collettori solari di 15 – 25 l/(m²·h) è sufficiente per una superficie di collettori fino a circa 8 – 12 m². La potenza del motore varia tra 45 – 65 W a seconda della velocità impostata. La pompa ha tre velocità regolabili manualmente, quindi è possibile adattare il flusso in base al sistema specifico.
Grundfos Solar 25-120, 180 mm
Grundfos Solar 25-120, 180 mm è un modello più grande adatto a installazioni solari più estese. Il collo DN 25 (1") permette un flusso maggiore senza perdite di pressione eccessive, l'altezza di sollevamento massima di 12 m di colonna d'acqua copre distribuzioni più lunghe e complesse. La distanza assiale di 180 mm corrisponde allo standard europeo per le stazioni solari di grandi dimensioni.
Questo modello gestisce una superficie di collettori fino a 20 – 30 m², che corrispondono a sistemi con produzione combinata di acqua calda sanitaria e supporto al riscaldamento, o a impianti solari per case familiari più grandi o complessi residenziali con più unità. La potenza del motore varia tra 60 e 100 W, sempre con tre velocità regolabili manualmente.
Entrambi i modelli condividono caratteristiche costruttive tipiche delle pompe solari Grundfos: rotore in acciaio inox, corpo pompa in ghisa con trattamento superficiale anti-corrosione, blocchi di scorrimento in grafite e ceramica, guarnizioni in EPDM e tensione di alimentazione 230 V / 50 Hz.
Come funziona realmente una pompa solare – la fisica dietro
Per comprendere il funzionamento di una pompa solare dobbiamo prima capire cosa succede nel circuito solare. I collettori solari assorbono la radiazione solare e la trasmettono al fluido termovettore. La pompa spinge questo fluido attraverso i collettori, dove si riscalda, e attraverso lo scambiatore di calore nel serbatoio di accumulo, dove cede la sua energia all'acqua in riserva. Il fluido raffreddato torna quindi al collettore – e il ciclo si ripete.
Grundfos Solar utilizza la tecnologia di pompa a rotore bagnato (wet rotor) – il rotore del motore è direttamente a contatto con il fluido termovettore, che lo raffredda e lubrifica anche i cuscinetti a strisciamento. Questo elimina la necessità di un sigillo meccanico e allunga notevolmente la durata della pompa. Un vantaggio del design a rotore bagnato è anche il funzionamento silenzioso – il rumore è notevolmente inferiore rispetto alle pompe a rotore asciutto, il che è importante in caso di installazione in edifici residenziali.
L'operatività della pompa è controllata da un regolatore solare esterno (ad esempio Grundfos DMS/DMH o regolatori di Resol, Deltasol ecc.). Il regolatore confronta la temperatura del collettore (sensore T1) con la temperatura del serbatoio di accumulo (sensore T2). Se la differenza di temperatura è maggiore dell'isteresi impostata (tipicamente 5 – 8 °C), il regolatore accende la pompa. Quando la differenza scende al di sotto del valore minimo (tipicamente 2 – 3 °C), la pompa si spegne. Questo semplice, ma efficace algoritmo impedisce che la pompa circoli inutilmente il fluido e raffreddi il serbatoio.
Nella pratica, ci si imbatte anche nella situazione di stazionamento – si verifica quando il serbatoio è completamente carico e il sole splende comunque. La temperatura nel collettore supera il punto di ebollizione della miscela di glicole (con il 50% di propilenglicole è circa 165 °C alla pressione atmosferica), il fluido evapora e i vapori spingono il liquido indietro nel vaso di espansione. La pompa deve essere in grado di resistere a questi vapori caldi senza danni – e proprio per questo le pompe solari Grundfos sono costruite appositamente.
Dettagli costruttivi e materiali che fanno la differenza in pratica
Quando ho visto in pratica sistemi in cui i clienti hanno installato una pompa circolatrice Grundfos UPS o un modello standard simile invece di una pompa solare, il risultato è sempre stato lo stesso: dopo 1 – 3 stagioni i problemi iniziano. Guarnizioni in gomma NBR strappate, rotorini arrugginiti, sigilli d'asse bloccati o componenti in plastica fusi all'interno del corpo della pompa. Non si tratta di una mancanza di qualità delle pompe standard – semplicemente non sono costruite per tali condizioni.
Le pompe solari Grundfos Solar si differenziano in questi elementi costruttivi chiave:
- Guarnizioni in EPDM (caucciù etilene-propilene-diene): L'EPDM è resistente a temperature fino a 150 °C e compatibile con le miscele di glicole. Le guarnizioni comuni in NBR si degradano a 120 °C e in contatto con il glicole.
- Rotorino in acciaio inox AISI 316: Resistenza alla corrosione causata dal fluido solare degradato (con l'invecchiamento il pH cambia e il fluido diventa più aggressivo).
- Cuscinetti a strisciamento in grafite-ceramica: Funzionano in modo affidabile anche a temperature elevate e non richiedono lubrificazione. Non utilizzano cuscinetti a rullini con gabbie in plastica, che falliscono a 130+ °C.
- Corpo pompa in ghisa con vernice epossidica: La ghisa resiste meglio agli shock termici rispetto ai materiali plastici, la vernice epossidica protegge dalla corrosione.
- Temperatura operativa massima 130 °C (picchi brevi 140 °C): Questo è un valore garantito dal produttore per l'uso continuativo, non solo un test di laboratorio.
A titolo di confronto: la pompa circolatrice standard Grundfos UPS 25-30 è un'ottima pompa circolatrice per il riscaldamento, ma la sua temperatura operativa massima è 110 °C e le guarnizioni non sono compatibili con il glicole. Per questo motivo non è adatta per essere installata in un circuito solare. Per saperne di più sulla differenza tra i tipi di pompe, si veda l'articolo Grundfos UPS vs. pompe solari Grundfos – quale si adatta al Suo sistema in questo Centro informativo.
Dimensionamento – come scegliere la grandezza corretta della pompa solare
La scelta della grandezza corretta della pompa è una delle fasi di progettazione del sistema solare più sottovalutate. Una pompa sottodimensionata non permette un flusso sufficiente, il che porta all'overriscaldamento dei collettori e all'invecchiamento rapido del fluido termovettore. Una pompa sovradimensionata, pur circolando il fluido velocemente, aumenta il consumo elettrico e abbrevia il tempo necessario per riscaldare il fluido nei collettori – l'efficacia del sistema cala.
Regola base per il dimensionamento: un flusso di 15 – 25 litri all'ora per ogni metro quadrato di superficie del collettore. Con un flusso maggiore il fluido non si riscalda abbastanza (piccolo delta-T), con un flusso minore invece le condizioni di stazionamento si verificano troppo presto.
Esempio di calcolo: Una casa familiare ha 8 m² di collettori solari piani. Il flusso raccomandato è 15 × 8 = 120 litri all'ora, che corrisponde a 0,12 m³/h. Questo numero è molto al di sotto del flusso massimo della Grundfos Solar 15-80 (3 m³/h), quindi anche il modello più piccolo soddisfa il requisito del flusso. Decisiva è allora l'altezza manometrica – le perdite di carico nel sistema.
Le perdite di carico si calcolano come somma:
- Perdite nei tubi (dipende dal diametro, lunghezza e flusso)
- Perdite nei collettori solari (in genere 0,1 – 0,5 bar a seconda del tipo)
- Perdite nello scambiatore di calore del serbatoio (0,2 – 0,8 bar)
- Perdite in valvole, rubinetti e stazione solare (0,1 – 0,3 bar)
Nella pratica, in una casa unifamiliare tipica con 6 – 10 m di tubazione del collettore (rame DN 18 × 1 mm) e 1 – 2 collettori piani, la perdita di pressione totale risulta essere di 0,3 – 0,7 bar, corrispondente a 3 – 7 m di colonna d'acqua. Il Solar 15-80 con una massima altezza manometrica di 8 m vaso WC copre la maggior parte di tali applicazioni.
Per sistemi più grandi – ad esempio una combinazione di ACS solare + supporto di riscaldamento per una casa con 5+ persone, superficie dei collettori 12 – 25 m², tubazioni più lunghe o collettori tubolari (a vuoto) con perdite di pressione più elevate – è più adatto il Solar 25-120. Per saperne di più sul corretto procedimento di calcolo dimensionale, si veda l'articolo Quale potenza di pompa Grundfos è necessaria per la Sua casa.
Installazione della pompa solare in pratica
La pompa solare deve essere installata sempre sulla tubazione di ritorno del circuito solare (ramo freddo), cioè sul tubo che conduce il fluido raffreddato dal serbatoio ai collettori. I motivi sono due: in primo luogo, sul ramo di ritorno la temperatura del fluido è inferiore, il che prolunga la durata della pompa. In secondo luogo, la pressione nel ramo di ritorno è maggiore grazie al vaso di espansione, il che riduce il rischio di cavitazione.
La posizione dell'installazione deve essere orizzontale – l'albero della pompa deve essere orizzontale. L'installazione verticale con motore in basso non è ammessa (il mezzo potrebbe inondare i cuscinetti), l'installazione verticale con motore in alto è ammessa per la maggior parte dei modelli Solar, ma Grundfos raccomanda la posizione orizzontale per massimizzare la durata.
Nella pratica, durante l'installazione si utilizzano le cosiddette stazioni solari (Grundfos Solar Station, Roth, Resol ecc.), che integrano in un unico blocco compatto la pompa, le valvole a sfera, la valvola di ritorno, la valvola di sicurezza, il termometro, il misuratore di portata e il manometro. Questa soluzione è più semplice da installare, idraulicamente bilanciata e esteticamente più pulita.
L'alimentazione elettrica della pompa è semplice: alimentazione 230 V / 50 Hz tramite regolatore solare. Il regolatore, in base alla differenza di temperatura (T1 collettore − T2 serbatoio), accende e spegne la pompa. Si raccomanda una sezione minima del cavo di 1,5 mm², la lunghezza del cablaggio non dovrebbe superare i 20 m senza aumentare la sezione. La pompa non ha un proprio termostato né un modulo di controllo – è un dispositivo meccanico puro controllato esternamente.
Qualora Lei fosse interessato a un dettagliato procedimento di installazione, incluso l'incorporamento idraulico, l'areazione e l'adattamento del regolatore, legga l'articolo Installazione della pompa circolatrice Grundfos passo dopo passo in questo Centro informativo.
Mantenimento delle pompe solari Grundfos Solar
Le pompe solari sono progettate come dispositivi a basso mantenimento – in condizioni ideali funzionano per anni senza richiedere interventi. Nonostante ciò, esistono alcuni passaggi di manutenzione preventiva che prolungano in modo significativo la durata del sistema:
Controllo e sostituzione del fluido termovettore
Secondo le mie esperienze, questo è l'aspetto del mantenimento dei sistemi solari più frequentemente trascurato. Il propilene glicole invecchia nel tempo – si ossida, modifica il pH e perde gli inibitori di corrosione. Si raccomanda un controllo del pH ogni 2 anni. Se il pH scende sotto 7,0 (il fluido diventa acido), è necessaria la sostituzione del fluido, altrimenti si verifica corrosione della pompa e dei collettori. Un buon fluido termovettore a base di propilene glicole dovrebbe avere un pH compreso tra 7,5 e 9,0. La sostituzione del fluido si raccomanda ogni 5 – 10 anni, indipendentemente dai risultati delle misurazioni.
Controllo della pressione operativa
Il circuito solare dovrebbe avere una pressione di 1,5 – 2,5 bar a freddo (a 20 °C) in base al progetto. Una riduzione della pressione sotto i 1 bar indica una perdita o un riempimento insufficiente. Un controllo visivo regolare del manometro sulla stazione solare rileva i problemi prima che causino cavitazione della pompa. Se la pompa funziona a una pressione inferiore a 0,5 bar, si corre il rischio immediato di danni da cavitazione.
Controllo visivo delle guarnizioni e delle giunzioni
Una volta all'anno (ideale prima della stagione, quindi a primavera) controlli le guarnizioni visibili della stazione solare, le viti di collegamento della pompa e i tubi flessibili, se utilizzati. Il fluido termovettore è abbastanza colorato (tipicamente arancione o rosa) e una perdita è visibile. Al primo segno di perdita, è necessario sostituire la guarnizione – il fluido invecchiato con un pH basso è aggressivo e una piccola perdita si deteriora rapidamente.
Test della portata e Delta-T
Se il sistema ha un misuratore di portata (che dovrebbe avere), controlli la portata durante un giorno soleggiato. Dovrebbe corrispondere al valore progettuale (tipicamente 15 – 25 l/m²·h). Una riduzione della portata può indicare un accumulo parziale nel cambio (depositi da fluido degradato), una bolla d'aria nel sistema, o un problema iniziale con la pompa. La Delta-T tra collettore e serbatoio, in condizioni di carico normali, dovrebbe essere di 5 – 15 °C.
Il piano annuale completo per il controllo preventivo lo trova nell'articolo Manutenzione e assistenza tecnica pompe Grundfos – cosa controllare ogni anno.
Pompe solari Grundfos vs. altre pompe Grundfos – dove utilizzare cosa
I clienti ci chiedono ripetutamente se non si potrebbe utilizzare qualcosa di più economico e disponibile al posto della pompa solare specifica. Andiamo a chiarire i dettagli:
Grundfos UPS 25-30 (vedi pagina prodotto) è una eccellente pompa circolatrice per il circuito di riscaldamento con temperature fino a 95 °C e acqua pulita o inibita con max. 10 % di glicole. Non è adatto per il circuito solare con glicole e temperature fino a 130 °C – le guarnizioni in NBR resistono al contatto con glicole concentrato a 120 °C per massimo alcuni mesi.
Grundfos UNILIFT KP 150 A1 (GRUNDFOS UNILIFT KP 150 A1) e UNILIFT KP 250 A1 (GRUNDFOS UNILIFT KP 250 A1) sono pompe sommerse per lo scarico dell'acqua – appartengono a una categoria completamente diversa e non sono adatti né per applicazioni solari né per quelle di riscaldamento. Il loro posto è nel pompaggio dell'acqua piovana, nella drenatura in caso di allagamenti, nella protezione di scantinati, ecc.
La conclusione è chiara: per il circuito termico solare sempre Grundfos Solar. Per il riscaldamento Grundfos UPS o i più recenti Alpha/Magna. Per lo scarico Grundfos UNILIFT. Ogni serie è stata progettata per condizioni specifiche e il loro utilizzo fuori contesto si ripercuote negativamente.
Durata e economicità delle pompe solari
Una pompa solare di qualità Grundfos Solar ha una durata di 15 – 25 anni con installazione e manutenzione corrette. Il consumo elettrico varia da 45 a 100 W a seconda del modello e della velocità impostata. Con un tempo medio di funzionamento del sistema solare in Europa centrale (1 400 – 1 800 ore all'anno) e un consumo medio di 60 W, ciò corrisponde a un consumo annuo di circa 84 – 108 kWh, che a un prezzo dell'elettricità di 0,20 €/kWh corrisponde a 17 – 22 € all'anno. In termini economici, non è un costo rilevante rispetto a quanto il sistema solare risparmia per il riscaldamento dell'acqua.
A titolo di confronto: la modernizzazione con un motore EC (motore elettronicamente commutato) – se le dimensioni del sistema lo permettono – può ridurre il consumo del 40 – 60 %. In questa direzione Grundfos offre diverse varianti e per nuove installazioni consigliamo di consultare il venditore per scegliere questa opzione.
Domande frequenti (FAQ)
Può utilizzare una pompa circolatrice standard (ad es. Grundfos UPS) al posto di una pompa solare?
No, non lo consigliamo. Le pompe circolatrici standard non sono progettate per fluidi termovettori a base di glicole, temperature di esercizio superiori a 110 °C e condizioni di stazionamento a 140 – 180 °C. Le guarnizioni in gomma NBR si degradano, i rotori si corrodono e in generale la durata di una pompa di questo tipo nel circuito solare si riduce a 1 – 3 anni invece dei normali 15 – 25 anni. Inoltre, le condizioni di garanzia del produttore dei collettori e del serbatoio potrebbero annullarsi in caso di utilizzo di una pompa non adatta.
Quale soluzione a base di glicole devo utilizzare per il circuito solare con Grundfos Solar?
Grundfos consiglia un fluido termovettore a base di propilen glicole (non etilen glicole – che è tossico) in una concentrazione di 40 – 50 % in soluzione acquosa. Questa concentrazione protegge dal gelo fino a –25 a –30 °C e ha un punto di ebollizione superiore a 160 °C alla pressione atmosferica. Il fluido deve contenere inibitori di corrosione approvati per il contatto con rame, alluminio e ghisa. Mai utilizzare autoantifrizze (etilen glicole) o soluzioni antigelo non marchiate senza indicazioni per sistemi solari.
Quanto rumorose sono le pompe solari Grundfos Solar?
Le pompe Grundfos Solar sono considerate pompe a immersione silenziose – il livello sonoro si aggira intorno a 35 – 42 dB(A) con carico normale, il che è paragonabile al rumore di un ventilatore del computer. Nella stanza tecnica non è un problema. Se la pompa inizia a produrre rumori più forti (ronzio, colpi), si tratta di un segnale di bolle d'aria nel sistema o di danni iniziali ai cuscinetti – vedi l'articolo La pompa Grundfos non pompa o ronza – cause e soluzioni.
Cosa succede alla pompa solare in caso di lungo black-out elettrico?
La pompa si ferma e nel collettore si verifica stazionamento. Il fluido evapora, la pressione nel sistema aumenta temporaneamente (per questo è obbligatorio il rubinetto di sicurezza), quindi il vapore si condensa nel vaso di espansione. Al ripristino dell'elettricità e all'accensione della pompa, il sistema in genere riprende la circolazione da solo – il vapore viene spinto nuovamente nel collettore, dove si condensa. Le pompe solari Grundfos Solar sono progettate per cicli di questo tipo. Se si ripete il blocco dopo il riavvio, la causa probabile è un volume insufficiente del vaso di espansione o una pressione pre-carica troppo alta.
Deve cambiare anche il fluido termovettore in caso di sostituzione della pompa?
No, non necessariamente, ma è un'occasione opportuna. In caso di sostituzione della pompa, deve svuotare parzialmente il circuito – momento ideale per prelevare un campione di fluido e misurare il pH. Se il fluido ha più di 8 – 10 anni o ha un pH inferiore a 7,5, è ragionevole cambiarlo in questa occasione. Così si risparmia sui costi di interventi futuri.
Che differenza c'è tra Grundfos Solar 15-80 e Solar 25-120 – come scegliere?
Regola base: Solar 15-80 per sistemi con superficie dei collettori fino a 10 – 12 m² e perdita di carico totale fino a 6 – 7 m WC. Solar 25-120 per superfici 12 – 30 m², impianti più lunghi (oltre 15 m), collettori a tubi vuoti (che hanno perdite di carico più elevate rispetto a quelli piani) e sistemi con funzione combinata TÜV + supporto riscaldamento. In caso di dubbi, consulti sempre il progettista o il venditore – l'underdimensionamento è peggiore dell'overdimensionamento, ma nemmeno una pompa più potente è una panacea per un sistema male progettato. Per ulteriori criteri di selezione veda l'articolo Come scegliere la pompa circolatrice Grundfos giusta per il riscaldamento.
Conclusione – perché investire nella pompa giusta conviene
La pompa solare è, rispetto ai costi complessivi del sistema solare, una voce relativamente piccola – tipicamente 80 – 180 € a seconda del modello. Nonostante ciò, decide se il suo sistema solare funzionerà in modo affidabile per 20 anni o se dovrà risolvere guasti, perdite e riparazioni costose ogni 2 – 3 anni. Grundfos Solar 15-80 e Solar 25-120 sono soluzioni collaudate con una lunga storia in migliaia di installazioni in tutta Europa. Non sono i modelli più economici sul mercato, ma sono affidabili, disponibili i ricambi e la rete di assistenza tecnica Grundfos funziona anche in Slovacchia.
Se non è sicuro che modello è giusto per il suo sistema solare specifico – che superficie hanno i collettori, che tipo (piani vs. a vuoto), quanti metri di tubazione – non esiti a consultare gli altri articoli in questo Centro di Conoscenza. Le domande su scelta, dimensionamento e problemi comuni sono trattate nell'articolo Domande frequenti sulle pompe Grundfos, che trova nella stessa sezione.
Ha una domanda su questo argomento?
Non riesce a decidere o sta affrontando una situazione specifica nella sua casa? Scrivici – siamo felici di aiutare.