Quale serbatoio solare ho bisogno

La domanda "che tipo di serbatoio solare ho bisogno" suona a prima vista semplice, in realtà si tratta però della somma di diversi singoli decisioni che si influenzano a vicenda. Il serbatoio non si sceglie mai in modo isolato – la sua costruzione, il numero degli scambiatori e il modo di collegamento sono direttamente connessi a che tipo di collettori avrete sul tetto, come si effettuerà il riscaldamento supplementare nei periodi in cui non c'è abbastanza sole, e con che tubazioni e gruppo pompa si collegherà l'intero circuito. Chi risolve il serbatoio separatamente rispetto al resto dell'installazione, spesso finisce con una vasca che è sottodimensionata rispetto alla superficie dei collettori, oppure al contrario troppo grande e costosa rispetto al consumo reale di acqua calda in casa.

In questo articolo vedremo in che modo il serbatoio solare si differenzia da un normale scaldabagno elettrico, perché può senso considerare due scambiatori invece di uno solo, come si collega la scelta del serbatoio al tipo di collettori (piano versus a vuoto) e che cosa serve, oltre alla vasca stessa – dalla centralina di controllo alla pompa e al circuito di tubazioni, fino all'ancoraggio dei collettori e alla vaschetta di espansione. L'obiettivo è che dopo la lettura Lei sappia formulare al fornitore le domande giuste e comprenda perché Le consiglia esattamente quella combinazione di componenti che Le propone.

Se sta risolvendo un caso concreto – una casa unifamiliare, una villetta, oppure sta semplicemente aggiungendo al Suo caldaio esistente un riscaldamento solare dell'acqua – Le consigliamo di leggere anche il nostro manuale più esteso Come scegliere un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua, che descrive la scelta dell'intera installazione. Questo articolo invece si concentra specificatamente sul serbatoio e sui componenti che con esso sono direttamente connessi.

Che cos'è un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua e che ruolo gioca il serbatoio

L'installazione solare è composta da quattro componenti interconnessi.

Un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua, talvolta indicato anche come impianto solare termico per acqua calda, è composto da quattro parti fondamentali: collettori solari termici installati sul tetto (o sulla facciata o a terra), un serbatoio solare con scambiatore, un gruppo pompa e una centralina di controllo. I collettori riscaldano il fluido termico – una miscela di acqua e di una sostanza antigel – che circola in un circuito chiuso fino al serbatoio, dove cede il calore all'acqua sanitaria attraverso lo scambiatore.

È importante chiarire fin da subito che il sistema solare integra, ma non sostituisce in modo completo la fonte principale di calore, che è il caldaio o la pompa di calore. In pratica, il solare copre al massimo il riscaldamento dell'acqua sanitaria in estate, quando c'è abbastanza irraggiamento solare e il consumo di calore per il riscaldamento è zero o minimo. Nei mesi intermedi e in inverno il sole fornisce solo una parte dell'energia necessaria e il resto deve essere fornito dalla fonte principale. Per questo motivo il serbatoio – e soprattutto la sua costruzione interna con gli scambiatori – è un elemento chiave dell'intera installazione, perché è il punto in cui l'energia solare si incontra con l'energia del caldaio o della pompa di calore e dove il calore si accumula per essere utilizzato in qualsiasi momento della giornata.

Il serbatoio quindi non è solo una "vasca per l'acqua". È un accumulatore termico e al contempo il punto in cui si incontrano due o più fonti di calore. Per questo motivo non conviene risparmiare né affrettare la decisione quando si sceglie il serbatoio – un serbatoio scelto male può limitare le prestazioni anche di buoni collettori ben progettati.

Il serbatoio solare versus il normale scaldabagno – in che cosa consiste la reale differenza

Un normale scaldabagno elettrico o combinato riscalda l'acqua direttamente – o con una resistenza elettrica, o con un unico scambiatore collegato al caldaio. Il serbatoio solare ha invece almeno uno scambiatore termico collegato al circuito solare, e molto spesso ne ha anche un secondo destinato al riscaldamento supplementare da caldaia o da un'altra fonte. L'acqua nel serbatoio solare si riscalda sempre in modo indiretto – il fluido solare circola separatamente nel suo circuito chiuso e mai entra in contatto diretto con l'acqua sanitaria che Lei successivamente fa uscire dal rubinetto.

Questo isolamento dei circuiti ha un motivo pratico: il fluido termico contiene una componente antigel e a temperature elevate nei collettori (che possono essere in estate molto più alte della temperatura dell'acqua sanitaria normale) un contatto diretto con l'acqua potabile non sarebbe né igienico né tecnico. Lo scambiatore funge quindi da barriera termica e al contempo da mezzo di trasferimento – trasferisce il calore, ma separa i mezzi.

Negli accumuli con due scambiatori (spesso indicati come bivalenti) lo scambiatore inferiore è generalmente collegato al circuito solare e il superiore al caldaio o ad un'altra fonte di riscaldamento supplementare. L'organizzazione non è casuale – il fluido solare ha nel corso della giornata una temperatura variabile e l'installazione a bassa quota dello scambiatore permette di sfruttare anche un riscaldamento moderato del collettore per il preriscaldamento dell'acqua fredda che entra nell'accumulo in basso. Lo scambiatore superiore riscalda in caso di bisogno l'acqua alla temperatura desiderata, indipendentemente dal fatto che il sole stia splendendo o meno.

Quando quindi confronta le offerte e qualcuno Le propone un "serbatoio solare", conviene chiedere esattamente quanti scambiatori contiene e come sono collegati – questa è una proprietà fondamentale che determina se il serbatoio può funzionare autonomamente con il solare e in combinazione con un caldaio esistente.

Quanti scambiatori ha bisogno – solare autonomo, oppure combinazione con caldaio

Nella decisione del numero degli scambiatori nel serbatoio è decisiva la risposta a una semplice domanda: deve funzionare il solare in modo completamente autonomo (ad esempio in un edificio senza un'altra fonte di calore, oppure dove il riscaldamento supplementare è risolto da un altro, separato scaldabagno), oppure deve far parte di un unico serbatoio insieme al caldaio esistente o alla pompa di calore?

Se la risposta è la seconda opzione – che è il caso più frequente nelle case unifamiliari con riscaldamento centralizzato – ha bisogno di un serbatoio con due scambiatori, rispettivamente un serbatoio che è già progettato in anticipo come bivalente solare. In questa configurazione l'installazione funziona automaticamente: quando c'è abbastanza calore solare, il riscaldamento è effettuato esclusivamente dal circuito solare e il caldaio non si accende affatto. Quando non c'è abbastanza sole (giorni nuvolosi, inverno, consumo elevato di acqua calda), l'energia mancante viene automaticamente integrata dallo scambiatore di riscaldamento supplementare collegato al caldaio. Proprio in questa combinazione si vede meglio che il solare integra veramente la fonte principale di calore, come abbiamo menzionato nella parte introduttiva – non si tratta di una sostituzione del caldaio, ma di una riduzione delle ore di funzionamento del caldaio soprattutto nella parte più calda dell'anno.

Per saperne di più su come il riscaldamento solare collabora esattamente con la caldaia esistente, comprese le raccomandazioni pratiche per il cablaggio, si prega di consultare l'articolo separato Riscaldamento solare come integrazione alla caldaia.

Qual è la relazione tra il tipo di collettori e la scelta del bollitore

Il bollitore e i collettori formano un unico sistema funzionale, quindi conviene decidere su entrambi insieme, non in modo sequenziale. Sul mercato si incontrano comunemente due tipi di collettori – piani e a vuoto (a tubi) – e le loro caratteristiche influenzano direttamente il funzionamento del bollitore nella pratica.

I collettori piani hanno una superficie assorbente coperta da vetro temperato in un telaio isolato. Sono più economici, meccanicamente più resistenti – ad esempio rispetto ai grandini – e nelle nostre condizioni climatiche spesso sono sufficienti per il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria. I collettori a vuoto (a tubi) raggiungono un rendimento maggiore soprattutto a basse temperature esterne e a bassa intensità di irraggiamento solare, ma sono più costosi e fragili. Questo significa che i collettori a vuoto riescono a trasferire calore più efficacemente anche in giorni freddi e poco soleggiati, il che può spostare leggermente l'utilizzabilità del bollitore verso i mesi primaverili e autunnali. Nei collettori piani, invece, l'effetto più forte è concentrato nei mesi estivi con alta intensità di irraggiamento solare.

Per il bollitore stesso, da questo deriva una raccomandazione pratica: quando si progetta l'insieme, conviene armonizzare la dimensione del bollitore con la superficie e il tipo di collettori in modo che la vasca possa accumulare l'energia che i collettori effettivamente forniscono in una giornata tipica soleggiata, ma senza essere inutilmente sovradimensionata rispetto al consumo reale di acqua calda nella casa. Questo equilibrio è meglio discuterlo con il fornitore che conosce i parametri specifici dei collettori e del bollitore, poiché si tratta dell'interazione di diversi componenti, non di un numero universale.

Un confronto dettagliato dei due tipi di collettori, incluso quando conviene il supplemento per la tecnologia a vuoto, si trova nell'articolo Collettori solari piani vs. a vuoto.

Unità di controllo e gruppo pompa – come influenzano il funzionamento del bollitore

Il bollitore con il numero corretto di scambiatori è solo la metà della soluzione. Affinché il calore dal collettore arrivi realmente nel bollitore nel momento giusto, è necessaria un'unità di controllo (solare) e un gruppo pompa.

Così l'unità di controllo attiva e disattiva automaticamente la circolazione del fluido solare.

L'unità di controllo confronta la temperatura del collettore e quella del bollitore tramite sensori installati in entrambi i punti. Quando il collettore è più caldo del bollitore di una differenza preimpostata, l'unità attiva la pompa circolatrice del gruppo solare e il fluido inizia a circolare – il calore si trasferisce dal collettore al bollitore attraverso lo scambiatore. Quando la differenza scende sotto la soglia impostata (ad esempio in caso di nuvolosità o quando il bollitore è già sufficientemente riscaldato), la pompa si spegne automaticamente per non consumare inutilmente energia elettrica e per evitare il ritorno del calore dal bollitore al collettore più freddo.

Una soluzione collaudata per questa funzione è la regolazione Euroster 813 Solar, che serve esattamente per controllare la pompa in base alla differenza di temperatura tra collettore e bollitore.

L'unità pompa è invece un blocco compatto che include la pompa circolatrice, le valvole di chiusura, i termometri, i manometri e la valvola di sicurezza. Grazie al fatto che tutti questi componenti sono raggruppati in un unico blocco, l'installazione diventa molto più semplice (l'idraulico non deve assemblare il circuito da singoli componenti sul posto), così come l'assistenza successiva, poiché tutti gli elementi per il controllo della pressione, del flusso e della temperatura sono in un unico posto, facilmente accessibili.

Quando si sceglie il bollitore, si deve sempre tenere in considerazione anche con quale unità di controllo e gruppo pompa collaborerà – si tratta di un'insieme in cui i componenti devono essere tra loro compatibili, non solo singolarmente funzionali. Per informazioni più dettagliate sui diversi tipi di unità di controllo e gruppi pompa si prega di consultare l'articolo Unità di controllo e gruppi pompa dei sistemi solari.

Tubazioni e isolamento tra collettore e serbatoio

Il collegamento tra il collettore solare termico sul tetto e il serbatoio nella stanza tecnica è un altro elemento che influisce su quanto calore effettivo riesca a raggiungere il serbatoio partendo dal tetto. Esistono in sostanza due soluzioni. La prima è il tubo in rame o in acciaio inox tradizionale, che deve essere piegato, saldato e successivamente isolato con un isolamento termico resistente alle alte temperature, direttamente in cantiere.

La seconda soluzione è il tubo flessibile pre-isolato 2 in 1 – ossia, il tubo di mandata e di ritorno uniti in un unico involucro flessibile e già isolato. Questa soluzione riduce in modo significativo il tempo di installazione, poiché il tubo non necessita di ulteriore isolamento né sul tetto né nel pozzo o nel passaggio attraverso la struttura della casa – l'isolamento è già incluso nella fornitura direttamente in fabbrica.

Nei pressi del collegamento al collettore si utilizza spesso anche un breve tratto di tubo flessibile in acciaio inox – tubo corrugato, che resiste alle alte temperature del fluido solare direttamente nel punto del collettore e al contempo compensa i piccoli movimenti della struttura, che con un tubo fisso potrebbero causare tensioni nella giunzione.

Confronto dei prezzi dei componenti menzionati nell'articolo.

La scelta tra tubazioni tradizionali e tubo flessibile pre-isolato non dipende solo dal prezzo, ma anche dalla disponibilità della tratta (lunghezza, numero di curve, passaggio attraverso la struttura) e dalle possibilità temporali dell'azienda installatrice. Per un confronto completo tra le due soluzioni, visiti l'articolo Tubazioni solari e tubi corrugati in acciaio inox – come funzionano.

Fissaggio dei collettori – perché è legato anche alla scelta del serbatoio

Anche se all'apparenza il fissaggio dei collettori sembra un argomento completamente autonomo, non collegato al serbatoio, in realtà determina che tipo e quanti collettori è possibile installare realmente su un certo tetto – e quindi, indirettamente, anche che dimensione di serbatoio abbia senso collegare a quella superficie di collettori.

I collettori vengono fissati con una struttura di montaggio specializzata, in base al tipo di tetto. Su un tetto inclinato, la struttura varia in base al tipo di copertura – tegole, lamiera, onduline – poiché ogni tipo di copertura richiede un modo diverso di fissaggio al tetto senza comprometterne l'acquaroggiamento. Su un tetto piano si utilizza un'inclinazione regolabile, di norma almeno 15°, che non è un numero casuale – questa inclinazione garantisce che l'acqua piovana possa scorrere naturalmente lungo la superficie del collettore e lo pulisca parzialmente, mantenendo così la sua efficienza. L'alternativa è il fissaggio su una facciata o a terra, che si utilizza quando il tetto non è adatto o disponibile.

Importante è che la struttura di montaggio deve corrispondere esattamente alle dimensioni del tipo specifico di collettore – non si tratta quindi di un componente universale, ma di una soluzione "su misura" per un certo modello. Un esempio è la struttura progettata specificamente per il collettore piano KS 2100F con superficie di 1,82 m².

Se il tetto, per forma, orientamento o staticità, limita il numero e la superficie dei collettori che è possibile installare, bisogna tenerne conto già nella progettazione del serbatoio – non ha senso progettare un serbatoio grande per una piccola superficie di collettori, che il tetto non permette di espandere. Per saperne di più sulle possibilità di fissaggio su diversi tipi di tetti, visiti l'articolo Fissaggio dei collettori – tetto inclinato, tetto piano, facciata.

Vaso di espansione e riempimento del circuito solare

Il circuito solare è un sistema chiuso a pressione, che ha il proprio vaso di espansione. Il suo compito è compensare la dilatazione volumetrica del fluido termovettore alle alte temperature – quando il fluido nel collettore si scalda molto durante l'estate calda, il suo volume aumenta, e senza un vaso di espansione la pressione nel circuito chiuso supererebbe la soglia sicura.

Il sistema viene riempito e sfiatato con una pompa manuale o elettrica, attraverso valvole di riempimento, in modo simile a come si riempie e si sfiata un circuito di riscaldamento tradizionale. Questo compito fa parte dell'installazione e in seguito anche della manutenzione regolare, poiché la pressione e lo stato del fluido nel circuito solare è utile controllare periodicamente, come nel sistema di riscaldamento.

Nella composizione di un'installazione solare completa, il vaso di espansione fa parte dell'unità pompa o si aggiunge come componente separato, in base al progetto specifico – in entrambi i casi, però, vale che senza di esso il circuito non può funzionare in modo sicuro. Il procedimento di installazione, incluso il riempimento e lo sfiato del circuito, passo dopo passo, lo trova nell'articolo Installazione del sistema solare – procedura passo passo. Se invece si interessa piuttosto alla gestione dopo anni di utilizzo, quindi alla manutenzione, al riempimento del fluido o ai guasti più frequenti, legga Assistenza tecnica, riempimento e guasti comuni nei sistemi solari.

Riepilogo – su cosa prestare attenzione nella scelta del serbatoio solare

Prima di decidere per un serbatoio specifico, è utile chiarire i seguenti punti:

Prima di tutto, quanti scambiatori necessita il serbatoio – uno, se il solare dovrà funzionare autonomamente, oppure due, se dovrà far parte di un sistema comune con un caldaia esistente o una pompa di calore. In secondo luogo, che tipo di collettori (piani o a vuoto) dovrà riscaldare il serbatoio e come corrisponde alle condizioni reali del tetto e della posizione. In terzo luogo, che tipo di unità di controllo e gruppo di pompe dovrà gestire e alimentare l’intero circuito – questi componenti devono essere compatibili con il serbatoio e calibrati insieme. In quarto luogo, che tipo di tubazioni (classiche o tubazioni flessibili pre-isolate) dovrà trasportare il calore dal collettore fino al serbatoio, e infine, in che modo i collettori saranno fissati sul tetto o sulla facciata, poiché ciò determina la superficie effettivamente disponibile per catturare l’energia solare.

Tutte queste decisioni sono interconnesse – un cambiamento in una parte dell’impianto (ad esempio il passaggio da collettori piani a collettori a vuoto) può influenzare anche il tipo di serbatoio, di unità di pompaggio o di tubazioni che avrà senso utilizzare. Per questo motivo, nella maggior parte dei casi, conviene considerare il serbatoio come parte dell’intero impianto, non come un acquisto isolato.

Esempi concreti dalla pratica

Due esempi concreti di utilizzo di un serbatoio solare nella pratica.

Casa familiare con caldaia a condensazione esistente. In una casa familiare più vecchia è già in funzione da anni una caldaia a condensazione, che garantisce tutto l’anno il riscaldamento e il riscaldamento dell’acqua calda sanitaria in un normale scaldabagno elettrico. Il proprietario ha deciso di integrare il sistema con un riscaldamento solare, per ridurre nel periodo estivo il consumo di gas necessario per il riscaldamento dell’acqua, poiché il riscaldamento in estate non è comunque necessario. La soluzione in questo caso è un serbatoio solare bivalente con due scambiatori – il basso collegato a nuovi collettori piani installati su un tetto inclinato con tegole in ardesia, l’alto mantenuto per la caldaia esistente come fonte di riserva. Grazie all’unità di controllo, che confronta la temperatura del collettore e del serbatoio, la caldaia nei giorni soleggiati estivi si accende praticamente mai per il riscaldamento dell’acqua e si attiva solo quando c’è nuvolo o il consumo notturno è maggiore di quanto il solare abbia riscaldato durante il giorno. Il tubo esistente verso la stanza tecnica è stato sostituito con una tubazione flessibile pre-isolata, poiché il percorso attraverso il seminterrato era stretto e richiedeva un’isolazione aggiuntiva del tubo classico.

Nuova costruzione con tetto piano e pompa di calore. In una nuova costruzione con tetto piano e pompa di calore come fonte principale di calore era necessario risolvere il fissaggio dei collettori fin dall’inizio, poiché un tetto piano senza inclinazione richiede una struttura di montaggio regolabile per raggiungere l’inclinazione raccomandata per il lavaggio automatico con la pioggia. L’investitore ha scelto una combinazione di collettori piani (per il prezzo più basso e la maggiore resistenza durante l’uso) con un serbatoio bivalente, il cui secondo scambiatore è collegato alla pompa di calore invece che a una caldaia a gas. L’intera unità di pompaggio con manometri e valvola di sicurezza è stata installata direttamente nella stanza tecnica insieme all’unità di controllo, il che ha facilitato un eventuale assistenza tecnica futura, poiché tutti gli elementi di controllo sono in un unico posto. Il breve tratto vicino al collettore è risolto con tubazioni flessibili in acciaio inox, che possono sopportare alte temperature e piccoli movimenti della struttura durante le variazioni termiche annuali.

Domande frequenti sulla scelta del serbatoio solare

Deve necessariamente il serbatoio solare avere due scambiatori?
Non necessariamente. Se il solare dovrà funzionare completamente autonomamente, senza collegamento con una caldaia esistente o un’altra fonte di calore, basta un serbatoio con un solo scambiatore collegato al circuito solare. Se dovrà far parte di un sistema comune con una caldaia o una pompa di calore, si necessita di un serbatoio con due scambiatori – uno per il solare, l’altro per il riscaldamento supplementare.

Perché il fluido solare non entra direttamente in contatto con l’acqua che successivamente utilizziamo?
Perché si tratta di due sistemi separati – un circuito chiuso con fluido non congelante e un circuito aperto dell’acqua sanitaria. Lo scambiatore nel serbatoio trasferisce il calore tra loro, ma i due mezzi non si mescolano mai, il che è essenziale da un punto di vista igienico e tecnico.

Influisce il tipo di collettori (piani vs. a vuoto) sulla scelta del serbatoio?
Direttamente sì, poiché il serbatoio deve essere dimensionato in base alla superficie e al tipo di collettori, in modo da poter accumulare efficacemente il calore che i collettori effettivamente forniscono. Le differenze dettagliate tra i due tipi di collettori si trovano nell’articolo separato Collettori solari piani vs. a vuoto.

Che cosa fa esattamente l’unità di controllo del sistema solare?
Confronta la temperatura del collettore e del serbatoio tramite sensori. Quando il collettore è più caldo del serbatoio di una differenza prestabilita, accende la pompa circolatrice del gruppo solare per trasferire il calore al serbatoio. Quando la differenza non è sufficiente, la pompa si spegne.

Che cosa contiene esattamente l’unità di pompaggio e perché è in un unico blocco?
Contiene la pompa circolatrice, valvole di chiusura, termometri, manometri e valvola di sicurezza. Il raggruppamento in un unico blocco compatto semplifica l’installazione e l’assistenza tecnica futura, poiché tutti gli elementi di controllo e di sicurezza sono chiaramente disposti in un unico posto.

Qual è la differenza tra tubazioni classiche e tubazioni flessibili pre-isolate 2v1?
Le tubazioni classiche in rame o in acciaio inox devono essere isolate in loco. La tubazione flessibile pre-isolata 2v1 unisce il lato di alimentazione e il lato di ritorno in un unico involucro flessibile e già isolato, il che riduce il tempo di installazione, poiché non è necessaria un’isolazione aggiuntiva sul tetto né nel pozzo.

Perché le strutture di fissaggio dei collettori sul tetto piano hanno un’inclinazione regolabile?
Perché un tetto piano da solo non ha un’inclinazione sufficiente. Un’inclinazione regolabile, di norma almeno 15°, garantisce che l’acqua piovana scorra via dalla superficie del collettore e lo pulisca parzialmente, mantenendo così la sua efficienza in funzione.

Perché il circuito solare necessita della propria vaschetta di espansione (espansimetro)?
Perché si tratta di un sistema chiuso a pressione e il fluido termico si espande in volume alle alte temperature sui collettori. La vaschetta di espansione compensa questa espansione, in modo che la pressione nel circuito non superi il limite sicuro.

Deve la struttura di montaggio del collettore essere scelta esattamente in base al modello del collettore?
Sì. La struttura di montaggio deve corrispondere esattamente alle dimensioni del tipo specifico di collettore e al tipo di tetto (inclinato con una specifica copertura, piano, eventualmente facciata o terra) – non si tratta di un componente universale che si adatterebbe a qualsiasi collettore.

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