Serbatoio solare con serbatoio integrato TÜV: come funziona e quando conviene
Serbatoio solare con bollitore per acqua calda sanitaria integrato: principio, vantaggi e scenari pratici tipici
Quando il cliente chiede un serbatoio solare, nella sua mente ha generalmente un'immagine semplice: un grande contenitore d'acqua in cui i collettori trasferiscono il calore. La realtà è però un po' più complessa – e qui entra in gioco la costruzione con bollitore per ACS (acqua calda sanitaria) integrato. Questo tipo di serbatoio ha un'architettura interna specifica che cambia radicalmente il modo in cui si prepara l'ACS, la sua qualità e l'efficienza energetica complessiva del sistema. Nei prossimi paragrafi analizzeremo esattamente cosa significa questa costruzione, quando è sensato sceglierla e dove invece ha i suoi limiti.
Se sta cercando un'introduzione generale sull'argomento della scelta dei serbatoi, si riferisca al nostro articolo Come scegliere un serbatoio solare: volume, scambiatori e tipo di sistema, dove troverà un panorama più ampio. Qui ci concentreremo specificamente sul sistema "serbatoio dentro serbatoio" e sulle sue implicazioni pratiche.
Cos'è il bollitore per ACS integrato – costruzione "serbatoio dentro serbatoio"
Il serbatoio solare classico è sostanzialmente un grande cilindro d'acciaio con uno o due scambiatori tubolari (spirali) all'interno. Il fluido solare scorre attraverso queste spirali e trasferisce il calore all'acqua accumulata nel serbatoio. L'ACS si prepara quindi direttamente da questa acqua accumulata (cosa igienicamente problematica) o attraverso un ulteriore scambiatore.
Il serbatoio con bollitore per ACS integrato funziona in modo diverso. All'interno del grande guscio esterno (volume accumulativo, talvolta indicato come "acqua solare" o "acqua calda da caldaia") è collocato un serbatoio separato più piccolo – il bollitore integrato. Questo serbatoio interno è riempito con acqua potabile. L'acqua accumulativa nel volume esterno circonda quindi il serbatoio interno da tutte le parti e riscalda il suo contenuto attraverso la parete del bollitore integrato.
Si tratta quindi di uno scambiatore di calore con una superficie enorme – l'intera superficie del bollitore integrato trasferisce calore all'ACS. Questo è il punto tecnico fondamentale rispetto alla classica spirale tubolare, che ha in genere una superficie di 1–3 m², mentre la parete del bollitore integrato può avere una superficie efficace di 4–8 m² o anche di più, a seconda del volume.
Come funziona esattamente il trasferimento di calore nel bollitore integrato
Il principio fisico è semplice: il volume accumulativo esterno del serbatoio viene riscaldato dal circuito solare (attraverso uno scambiatore tubolare o uno scambiatore a mantello nella parte inferiore del serbatoio) e, eventualmente, anche dallo scambiatore della caldaia. Questa acqua – chiamiamola "accumulativa" – scorre in un circuito chiuso e non è direttamente destinata al consumo. Può contenere additivi (ad esempio, inibitori di corrosione) e la sua composizione chimica non è regolata da norme igieniche per l'acqua potabile.
Il serbatoio interno è riempito con acqua potabile reale proveniente dalla rete idrica. Questa acqua è sottopressione della rete idrica domestica (tipicamente 2–4 bar). Quando si apre il rubinetto con acqua calda, l'acqua fredda entra nel serbatoio interno dal basso, spinge fuori l'acqua già riscaldata verso l'alto e questa esce verso gli apparecchi. Nessuna pompa, nessuna regolazione – il sistema funziona in modo passivo, solo sulla base della pressione della rete.
Il calore si trasferisce esclusivamente attraverso la parete del bollitore integrato (tipicamente acciaio inox con spessore 1,5–3 mm). L'area di questo trasferimento è, come abbiamo detto, molto più grande rispetto a una spirale tubolare classica. Il risultato è che l'ACS si riscalda molto velocemente – in un sistema correttamente dimensionato e con un volume esterno sufficientemente riscaldato, si può disporre di una grande portata d'acqua calda senza un calo significativo di temperatura.
Praticamente, ecco come funziona: un serbatoio con un volume esterno di 300 litri e un bollitore integrato da 60–80 litri può fornire ACS a 45–55 °C anche in caso di consumo rapido (ad esempio, doccia + lavabo contemporaneamente), purché l'acqua accumulativa sia riscaldata a 65–70 °C. Maggiore è il gradiente termico (differenza tra l'acqua accumulativa e l'ACS desiderata), più efficiente è il trasferimento di calore.
Vantaggi igienici: perché il bollitore integrato è più sicuro
Questo è forse il motivo più importante per considerare la costruzione "serbatoio dentro serbatoio". Nel classico serbatoio monostadio, in cui l'ACS viene riscaldata direttamente nel volume accumulativo, esistono due rischi igienici fondamentali:
- Legionella pneumophila – batterio che si moltiplica più rapidamente tra 25–45 °C e in acqua ferma. Se il serbatoio non viene regolarmente riscaldato a una temperatura disinfettante (min. 60 °C, ideale 70 °C), il rischio di colonizzazione è reale. Nei serbatoi con grandi quantità di acqua potabile, dove in alcune zone la temperatura scende, questo rischio è particolarmente grave.
- Corrosione e contaminazione – in un serbatoio con acqua potabile direttamente nel volume accumulativo, il materiale deve essere certificato per il contatto con l'acqua potabile, l'anodo deve essere in buono stato e l'acqua non deve contenere alcun additivo.
Nel sistema con bollitore integrato questi problemi scompaiono o si riducono notevolmente. Il volume d'acqua potabile è molto più piccolo (60–120 litri invece di 200–400 litri), il che facilita il riscaldamento regolare. Inoltre, poiché l'ACS è sempre sottopressione e scorre nel sistema ad ogni consumo, non è ferma – questo riduce in sé il rischio di proliferazione batterica. L'acqua accumulativa nel volume esterno può contenere additivi senza limitazioni igieniche, il che allunga la durata del serbatoio.
Differenze rispetto al serbatoio con due scambiatori
Il serbatoio con due scambiatori a spirale è un tipo molto diffuso sul mercato slovacco. La spirale inferiore è collegata al circuito solare, quella superiore a quello della caldaia, e l'intero volume del serbatoio è costituito da acqua potabile. Offriamo ad esempio come serbatoio solare con due scambiatori incluso l'isolamento.
Quali sono le vere differenze nella pratica?
- Capacità di potenza in caso di prelievo: Il serbatoio "serbatoio dentro serbatoio" ha in genere una potenza oraria molto più elevata in caso di prelievo di ACS. La grande superficie dello scambiatore garantisce che anche in caso di un lungo prelievo (ad esempio, il riempimento di una vasca da bagno) la temperatura non scenda tanto quanto in un serbatoio con scambiatore a spirale dello stesso volume.
- Volume di ACS disponibile: Al contrario, il serbatoio interno ha un volume disponibile inferiore – tipicamente 60–120 litri di acqua calda immediatamente disponibile. Un serbatoio con un volume totale di 300 litri e una spirale vi darà 300 litri di ACS (anche se si raffredderanno gradualmente), mentre il serbatoio "serbatoio dentro serbatoio" ne darà solo 60–80 litri del serbatoio interno. Se il volume esterno è sufficientemente riscaldato, il serbatoio interno si ricarica velocemente – ma in caso di un rapido prelievo di grandi quantità d'acqua (ad esempio, il riempimento di una vasca da bagno da 150 litri) Lei potrebbe avvertire una riduzione della temperatura.
- Sicurezza igienica: Il serbatoio "serbatoio dentro serbatoio" è più igienicamente sicuro, come abbiamo descritto sopra.
- Prezzo: I serbatoi con serbatoio interno sono in genere più costosi – sono costrutti in modo più complesso, con una maggiore quantità di materiale. La differenza può essere del 15–40 % rispetto al serbatoio classico dello stesso volume esterno.
- Peso e dimensioni: Il serbatoio con un serbatoio interno è più pesante e più grande per lo stesso volume di accumulo, poiché deve contenere anche la struttura del serbatoio interno. Maggiori informazioni sulle differenze dimensionali Le trova nell'articolo Dimensioni e collegamenti dei serbatoi solari: cosa controllare prima dell'acquisto.
Quando il serbatoio con serbatoio interno per ACS si rivela veramente conveniente
Non ogni famiglia o azienda trae lo stesso vantaggio da questa costruzione. Dall'esperienza pratica vediamo che questa scelta ha senso soprattutto nei seguenti scenari:
Scenario 1: Casa familiare con maggiori esigenze igieniche o pressione idrica
Una famiglia di 4–5 persone, sistema solare per la produzione di ACS e riscaldamento supplementare con caldaia a condensazione a gas. Esigenza: l'acqua calda deve essere immediatamente disponibile con buona pressione (doccia idromassaggio, due circuiti da bagno contemporaneamente). In questo caso il serbatoio con serbatoio interno eccelle – l'acqua potabile è sottopressione di sistema (non gravitazionale), il flusso è alto e la temperatura è stabile. Il volume disponibile di 80 litri del serbatoio interno gestisce un prelievo normale, e mentre dura la doccia, il volume esterno di accumulo ricarica costantemente il serbatoio interno.
Scenario 2: Chalet o casa estiva con limiti di pressione idrica
Questa situazione è esattamente l'opposta – il serbatoio con serbatoio interno può essere problematico se la pressione in entrata è debole o se il chalet utilizza un impianto gravitazionale da un serbatoio in quota. In questo caso il serbatoio classico con scambiatore a spirale è una scelta migliore.
Scenario 3: Sistema solare combinato con pompa di calore
La pompa di calore e il sistema solare insieme formano una fonte combinata. Il volume esterno di accumulo del serbatoio è riscaldato da entrambe le fonti, il serbatoio interno di ACS è sempre disponibile con acqua igienicamente non problematica. Questo è uno degli utilizzi ideali, poiché l'acqua di accumulo nel volume esterno può essere impostata a una temperatura più alta per un trasferimento più efficiente, e la pompa di calore lavora con un volume maggiore, il che migliora la sua efficienza (minor numero di cicli).
Scenario 4: Palazzo residenziale o pensione con diversi prelievi contemporanei
Nelle piccole pensioni (6–15 camere) o negli edifici residenziali con produzione centralizzata di ACS il serbatoio con serbatoio interno può essere molto efficiente. Un grande volume esterno di accumulo (500–1 000 litri) conserva l'energia, il serbatoio interno con una grande superficie di trasferimento è in grado di soddisfare anche i picchi di prelievo (ad esempio, le docce mattutine degli ospiti). Le raccomandiamo in questo caso di utilizzare serbatoi di grandi dimensioni e di dimensionare correttamente anche i collettori solari e la fonte della caldaia.
Dimensionamento: quale volume del serbatoio esterno e del serbatoio interno Le servono
Il dimensionamento del serbatoio con serbatoio interno ha due criteri separati che vanno affrontati singolarmente – ed è uno degli aspetti in cui i clienti commettono più frequentemente errori.
Il volume esterno (di accumulo) si dimensiona in base alla potenza installata dei collettori solari e alla fonte supplementare. Regola base: 40–60 litri di accumulo per ogni metro quadrato di collettore. Per una casa familiare con 5–6 metri quadrati di superficie dei collettori, quindi, Le serviranno 200–360 litri di volume esterno. Lo trova anche nell'articolo Quale volume di serbatoio solare Le serve per la Sua casa.
Il serbatoio interno ACS si dimensiona in base al consumo giornaliero di ACS e al prelievo massimo. La norma di base parla di 35–50 litri di ACS per persona e giorno (a 45 °C). Per una famiglia di 4 persone, quindi, 140–200 litri di consumo giornaliero. Poiché il serbatoio interno viene costantemente "ricaricato" dal volume esterno, non deve avere lo stesso volume del consumo giornaliero – basta il 40–60 % di questo valore, quindi 60–120 litri del serbatoio interno. La parte restante è coperta dal trasferimento continuo di calore dal volume esterno.
Esempi concreti di bollitori per acqua calda sanitaria per famiglie di diverse dimensioni:
- 2–3 persone, 4 m² di collettori: volume esterno 200–250 litri, serbatoio interno 50–70 litri – vedi ad esempio il bollitore da 250 litri
- 4–5 persone, 6 m² di collettori: volume esterno 300 litri, serbatoio interno 70–90 litri – il bollitore da 300 litri è qui la scelta comune
- 6+ persone o sistema combinato con riscaldamento: volume esterno 400 litri e più, serbatoio interno 90–120 litri – per tali applicazioni è adatto il bollitore da 400 litri
Importante avvertenza pratica: non sottodimensioni mai il serbatoio interno a scapito del volume esterno. Abbiamo visto sistemi in cui l'installatore ha scelto un bollitore con un serbatoio interno troppo grande (ad esempio 150 litri) e un volume esterno piccolo (200 litri) – il risultato è che il volume esterno si riscalda, ma durante l'uso si raffredda troppo velocemente e la trasmissione del calore all'acqua calda sanitaria diminuisce. Il serbatoio interno deve sempre essere più piccolo del volume esterno, idealmente in un rapporto 1:3 a 1:5.
Collegamento, regolazione e connessione con altri dispositivi
Il bollitore con serbatoio interno ha diversi punti di collegamento che devono essere correttamente installati. Una configurazione comune include:
- Ingresso/uscita del circuito solare (scambiatore inferiore) – tipicamente filettatura G 3/4" o G 1"
- Ingresso/uscita del circuito caldaia (scambiatore superiore o scambiatore a mantello) – stessi dimensioni
- Ingresso dell'acqua fredda potabile nel serbatoio interno (dal basso)
- Uscita dell'acqua calda sanitaria dal serbatoio interno (verso l'alto)
- Valvola di scarico del volume esterno
- Valvola di scarico del serbatoio interno
- Staffa di immersione per il sensore di temperatura (di norma 1–2 pezzi, per diverse zone del bollitore)
- Valvola di sicurezza per la protezione della pressione del serbatoio interno (obbligatoria, regolata in genere a 6–8 bar)
Per un corretto collegamento idraulico del bollitore con la caldaia e il circuito solare è fondamentale la scelta del collettore di distribuzione. Per sistemi multizonali (circuito solare + circuito caldaia + eventualmente riscaldamento a pavimento) una soluzione elegante è ad esempio l'installazione industriale di collettore/zona di raccolta in acciaio inox con valvole a sfera 6/4"x1", che permette un chiaro isolamento idraulico dei singoli circuiti.
La regolazione funziona su un principio semplice: il regolatore solare monitora la temperatura del collettore e della zona inferiore del volume esterno. Se il collettore è più caldo di 5–8 °C rispetto al bollitore, la pompa solare si attiva. La regolazione della caldaia monitora la temperatura della zona superiore del bollitore (o la temperatura del serbatoio interno, se presente un sensore) – quando la temperatura scende al di sotto del valore impostato (ad esempio 55 °C), la caldaia riscalda.
Per saperne di più sulle procedure di collegamento specifiche, si prega di consultare l'articolo Collegamento del bollitore solare con la caldaia e il collettore e Installazione del bollitore solare: procedura, posizionamento e requisiti per l'installazione.
Materie prime, durata e protezione contro la corrosione
Il guscio esterno del bollitore è in genere in acciaio al carbonio con rivestimento smaltato interno o (meno frequentemente) in acciaio inox. Poiché il volume esterno non contiene acqua potabile, i requisiti per il materiale sono inferiori rispetto a un normale bollitore per acqua calda sanitaria. L'anodo di magnesio in questa zona protegge contro la corrosione e il suo controllo regolare è indispensabile – consigliamo ogni 2 anni, per ulteriori informazioni si prega di consultare l'articolo Mantenimento del bollitore solare: pulizia, controllo dell'anodo e dello scambiatore.
Il serbatoio interno per acqua calda sanitaria è generalmente realizzato in acciaio inox (AISI 304 o una qualità superiore per acque più aggressive). L'acciaio inox non richiede un'anodo e resiste all'acqua potabile comune, purché il contenuto di cloruri non sia estremamente elevato. Per acque con un alto contenuto di calcio (durezza superiore a 30 °dH) può depositarsi incrostazione calcarea all'interno del serbatoio interno, che riduce la trasmissione del calore. Un'eliminazione regolare (chimica o meccanica) è in questi casi indispensabile – la frequenza dipende dalla durezza dell'acqua e dal volume di consumo.
La durata di un bollitore con serbatoio interno installato e mantenuto correttamente è di 15–25 anni. I punti critici sono piuttosto l'anodo del guscio esterno e le guarnizioni dei tubi di entrata rispetto al serbatoio interno stesso. Nella scelta del bollitore verifichi sempre lo spessore del guscio esterno (min. 3 mm) e del serbatoio interno (min. 1,5 mm in acciaio inox).
Problemi tipici e come evitarli
Dall'esperienza pratica conosciamo diversi problemi ricorrenti che si verificano nei bollitori con serbatoio interno. Si tratta di:
- Temperatura insufficiente dell'ACS durante l'uso: Spesso causata da una dimensione insufficiente del volume esterno o da una cattiva stratificazione. Soluzione: controllare l'impostazione del regolatore solare, verificare la temperatura del volume esterno presso il sensore, eventualmente aumentare la temperatura di riscaldamento impostata sulla caldaia.
- Deposito di incrostazioni calcaree nel serbatoio interno: Con l'acqua dura (Bratislava, Nitra, alcune aree di Trenčín) le incrostazioni si formano abbastanza velocemente. Si manifestano con una riduzione del flusso e della temperatura dell'ACS. Un'eliminazione annuale è una pratica comune in queste aree.
- Corrosione del guscio esterno a causa di un'anodo esaurito: Se l'anodo non viene sostituito in tempo, la corrosione procede relativamente velocemente. Si manifesta con un peggioramento della qualità dell'acqua di accumulo (torbidità, odore) e, nel peggiore dei casi, anche con perdite. Per ulteriori informazioni si prega di consultare l'articolo Guasti comuni dei bollitori solari: surriscaldamento, corrosione e perdita di pressione.
- Surriscaldamento durante il periodo estivo: Quando il sistema solare è sovradimensionato o il consumo è basso (periodo di vacanza), il volume esterno può surriscaldarsi fino a temperature superiori a 90 °C. Questo in sé non è pericoloso per il bollitore, ma può causare problemi con la vaso di espansione e le valvole di sicurezza. Soluzione: regolatore solare con funzione di raffreddamento (raffreddamento notturno attraverso i collettori), purga del sistema.
Valutazione economica e rendimento
Il serbatoio con recipiente interno costa di più rispetto al serbatoio classico con doppia spirale. La differenza varia tra 150 e 500 euro, a seconda del volume e del produttore. Ma quanto si ripaga questa differenza?
Nel confronto diretto di efficienza energetica: il serbatoio "tank in tank" ha un guadagno solare più elevato del 5–15 %, grazie appunto alla maggiore superficie di scambio termico. La differenza nel rendimento annuo di un sistema solare per una casa unifamiliare con 6 m² di collettori può essere di 150–400 kWh all'anno. A un prezzo dell'elettricità (riscaldamento supplementare con scaldaacqua elettrico come alternativa) intorno a 0,20–0,25 €/kWh corrisponde un risparmio di 30–100 € all'anno. Il rendimento dell'investimento in un serbatoio migliore può quindi essere di 3–10 anni, il che, considerando una durata di vita del serbatoio di 20+ anni, è economicamente sensato.
Oltre a ciò c'è il valore igienico, difficile da quantificare in denaro, ma reale: il serbatoio con recipiente interno soddisfa i requisiti igienici senza bisogno di misure aggiuntive (disinfezione automatica, lampada UV), che rappresentano ulteriori costi nel caso del serbatoio classico con acqua potabile in tutto il volume.
Domande frequenti (FAQ)
Può Lei collegare un serbatoio con recipiente interno TÜV anche senza collettori solari, solo con una caldaia?
Sì, è tecnicamente possibile e a volte anche sensato. La caldaia riscalda il volume esterno di accumulo, che a sua volta riscalda il TÜV nel recipiente interno. Il vantaggio è la sicurezza igienica e l'elevata capacità di prelievo. Lo svantaggio è il costo più elevato del serbatoio rispetto al serbatoio TÜV classico. Se non prevede di installare collettori solari nemmeno in futuro, valuti se questa soluzione si ripaga – un serbatoio con una sola spirale potrebbe essere più economico e sufficiente. Se invece prevede di integrare in futuro un sistema solare, il serbatoio con recipiente interno è già ottimamente preparato per questo sistema futuro.
Quale temperatura operativa esterna è consigliata per la preparazione ottimale del TÜV?
Per un funzionamento normale si consiglia di mantenere il volume esterno di accumulo a una temperatura di 65–70 °C. Questo garantisce un sufficiente gradiente termico per il rapido trasferimento di calore verso il recipiente interno e al contempo rappresenta una temperatura in cui le legionelle nell'acqua di accumulo sono inattive. Il sistema solare può riscaldare il volume esterno anche oltre i 80 °C in estate – non è un problema, purché nel sistema siano correttamente dimensionati il vaso di espansione e la valvola di sicurezza.
Deve Lei cambiare l'anodo anche all'interno del recipiente interno nel serbatoio con recipiente interno?
No. Il recipiente interno è standardmente realizzato in acciaio inossidabile, che non necessita di anodo. L'anodo (magnesio o ibrido) protegge esclusivamente la parte esterna del serbatoio (volume di accumulo), purché questa parte esterna sia in acciaio al carbonio smaltato. Si consiglia di controllare l'anodo esterna ogni 2 anni, eventualmente in base alla durezza e all'aggressività dell'acqua.
Che succede se ha Lei un immobile a reddito (pensione, centro ricreativo) – basta un unico grande serbatoio con recipiente interno?
Dipende dal numero delle camere e dal consumo giornaliero di TÜV. Per impianti con un consumo elevato si consiglia invece una cascata di diversi serbatoi (ad esempio 2× 400 litri) piuttosto che un unico serbatoio molto grande. Il motivo è una migliore stratificazione termica, una manutenzione più semplice e una capacità di riserva in caso di guasto di un serbatoio. Non dimentichi di collegare correttamente idraulicamente i circuiti – qui può essere utile ad esempio l'installazione di un collettore/zona di raccolta in acciaio inossidabile per un separazione pulita dei circuiti.
Può accadere che il TÜV nel recipiente interno superi la temperatura sicura?
Sì, in caso di surriscaldamento estremo del volume esterno (ad esempio stagnazione estiva del sistema solare, quando il serbatoio è completamente carico e i collettori continuano a fornire energia) la temperatura del volume esterno può raggiungere anche 90–95 °C. In tal caso anche il recipiente interno si scalda fino a 80–85 °C. Per questo è obbligatorio installare una valvola di sicurezza in uscita del TÜV dal recipiente interno (regolata a 6–8 bar) e un miscelatore termostatico in distribuzione del TÜV (limita la temperatura in uscita a un massimo di 55–60 °C). Senza questi componenti il sistema è pericoloso.
Come riconosce Lei che la potenza di trasferimento di calore attraverso la parete del recipiente interno diminuisce?
Il test più semplice: riempia il serbatoio esterno alla temperatura desiderata (ad esempio 65 °C) e misuri quanto velocemente si riscalda il TÜV con un prelievo chiuso (sensore di temperatura in uscita del TÜV o semplicemente controllando con il rubinetto). Se con una temperatura esterna di 65 °C non raggiunge il TÜV nemmeno 50–55 °C dopo alcuni minuti di inattività senza prelievo, è probabile che il recipiente interno sia incrostato. Lo si deve decalcificare e misurare nuovamente.
Conclusione: si ripaga un serbatoio con recipiente interno TÜV?
La risposta non è né sì né no – dipende dalle condizioni specifiche. Se cerca la massima sicurezza igienica dell'acqua potabile, un elevato rendimento di prelievo dell'acqua calda sotto pressione completa e un sistema che funziona bene in combinazione con i collettori solari e un'ulteriore fonte di calore, il serbatoio con recipiente interno TÜV è una scelta eccellente – e si ripaga a lungo termine. Se ha un sistema semplice, un consumo ridotto di TÜV, un budget limitato o un impianto gravitazionale, il serbatoio classico con doppia spirale può essere una soluzione sufficiente – veda i nostri altri articoli, ad esempio Scaldacqua con un o due scambiatori: quale è più adatto.
Nella scelta del prodotto specifico confronti sempre il volume del serbatoio esterno, il volume del recipiente interno, la superficie di trasferimento termico e la realizzazione materiale del recipiente interno. Questi tre valori dicono del serbatoio molto di più di qualsiasi brochure pubblicitaria.
Ha Lei una domanda su questo argomento?
Non riesce a decidere o sta affrontando una situazione specifica nella Sua casa? Scrivaci – siamo felici di aiutare.