Unità di regolazione e gruppi pompa per impianti solari

Il collettore solare termico sul tetto è la parte più visibile di un impianto solare per il riscaldamento dell'acqua, ma senza l'unità di regolazione e il gruppo pompa resterebbe solo una lastra di metallo sotto il vetro, in grado di riscaldarsi e raffreddarsi da sola. Sono esattamente l'unità di regolazione e il gruppo pompa a decidere se il calore del collettore arriva davvero dove serve – nel serbatoio solare, dove viene immagazzinato come acqua calda sanitaria. In pratica si tratta di due componenti che vengono comunemente consegnate e installate insieme, pur avendo funzioni diverse: una "decide", l'altra "agisce".

L'installazione solare per il riscaldamento dell'acqua (installazione solare per acqua calda) in generale è composta da collettori solari sul tetto, che riscaldano il fluido termovettore (miscela di acqua e sostanza antigel), un serbatoio solare con scambiatore, un'unità pompa e un'unità di regolazione. È importante avere aspettative realistiche – un sistema del genere integra, non sostituisce completamente la fonte principale di calore (caldaia, pompa di calore), e copre al massimo il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria nei mesi estivi, quando c'è abbastanza irraggiamento solare e il consumo di calore per il riscaldamento è minimo o inesistente.

In questo articolo ci soffermiamo in dettaglio proprio su quella parte del sistema che spesso viene sottovalutata durante la scelta, pur avendo un impatto diretto su quanto calore venga effettivamente utilizzato: l'unità di regolazione (solare), il gruppo pompa, la connessione con tubazioni e serbatoio, nonché componenti correlati come il vaso di espansione. Se sta valutando un'installazione solare completa da zero, le consigliamo di leggere prima l'articolo Come scegliere un impianto solare per il riscaldamento dell'acqua, dove troverà un contesto più ampio per la scelta dei singoli componenti.

L'unità di regolazione confronta continuamente le temperature e attiva la pompa solo quando ha senso trasferire il calore nel serbatoio.

Come funziona l'unità di regolazione (solare)

L'unità di regolazione è la "mente" dell'intero circuito solare. Il suo compito è confrontare continuamente la temperatura del collettore e quella del serbatoio tramite sensori (sonde di temperatura) installati in entrambi i punti. Quando il collettore è più caldo del serbatoio di una differenza preimpostata, l'unità di regolazione accende il circolatore del gruppo pompa e il fluido termovettore inizia a circolare – in questo modo il calore viene trasferito dal collettore al serbatoio. Quando la differenza scende sotto la soglia prestabilita (ad esempio la sera, oppure quando il serbatoio si è sufficientemente riscaldato), l'unità spegne la pompa per evitare che il calore torni indietro al collettore e si disperda attraverso il collettore raffreddandosi.

Questa logica sembra semplice, ma in pratica gestisce molteplici situazioni contemporaneamente – la fase iniziale al mattino, quando il collettore è ancora freddo, il passaggio temporaneo di nuvole, quando la temperatura del collettore cambia rapidamente, e la protezione da sovrariscaldamento, quando il serbatoio è già pieno e il collettore continua a produrre calore senza un posto dove scaricarlo. Un'unità di regolazione di qualità non è quindi solo un semplice termostato con due sensori, ma un dispositivo in grado di valutare diversi stati operativi contemporaneamente e proteggere così l'intero sistema e la pompa da un inutile usura.

Un esempio di tale unità di regolazione è Euroster 813 Solar – una regolazione solare progettata appositamente per controllare la pompa in base alla differenza di temperatura tra collettore e serbatoio. Si tratta di un tipico rappresentante della categoria: un'elettronica compatta che si collega ai sensori e al circolatore del gruppo pompa, e da quel momento decide automaticamente quando avviare e quando fermare il sistema.

Nella scelta dell'unità di regolazione è utile considerare anche che si tratta di un componente che, in caso di guasto, può essere sostituito relativamente facilmente in autonomia, senza intervenire sul resto del circuito – per questo motivo si vende spesso anche come sostituzione autonoma, non solo come parte di un'installazione completa. Se sta risolvendo un problema in un sistema esistente, troverà ulteriori informazioni sull'argomento nell'articolo Assistenza tecnica, riempimento e guasti comuni negli impianti solari.

Gruppo pompa – il cuore del circuito solare

Mentre l'unità di regolazione decide, il gruppo pompa (unità pompa) garantisce fisicamente il movimento del fluido termovettore. Non si tratta solo della pompa stessa – l'unità pompa include la pompa, valvole di chiusura, termometri e manometri (per il controllo della temperatura e della pressione nel circuito direttamente sul posto) e una valvola di sicurezza. Tutti questi componenti sono integrati in un unico blocco compatto, che semplifica notevolmente l'installazione e la manutenzione successiva – invece di diversi componenti singoli disposti per la stanza tecnica, l'idraulico ha un unico blocco compatto che si collega facilmente alle tubazioni del collettore e al serbatoio.

Questa soluzione ha un significato pratico anche in termini di manutenzione futura. Se in futuro dovesse essere necessario sostituire la pompa o controllare la pressione nel circuito, le valvole di chiusura sull'unità pompa permettono di isolare la sezione interessata senza dover svuotare l'intero sistema. Il manometro direttamente sull'unità serve inoltre come controllo visivo rapido – se la pressione nel circuito solare chiuso scende sotto il valore normale di esercizio, è il primo segnale che potrebbe esserci una perdita o che il circuito debba essere riempito.

L'unità di controllo e l'unità pompa vengono quasi sempre acquistate e installate insieme – una senza l'altra non avrebbe senso, poiché l'unità di controllo necessita di una pompa da azionare, e il gruppo pompa necessita dell'unità di controllo che le indica quando deve funzionare. Nella pianificazione del budget per il sistema solare, quindi, tenga conto di entrambi gli articoli come un unico complesso funzionale.

Collegamento con le tubazioni e la distribuzione tra collettore e stanza tecnica

L'unità pompa è generalmente installata nella stanza tecnica, immediatamente accanto al serbatoio, mentre i collettori sono sul tetto – tra loro deve quindi passare una tubazione, attraverso cui scorre il fluido termico avanti e indietro. Questa distribuzione ha due realizzazioni comuni. La prima è il tubo in rame o in acciaio inox, che sul tetto e nel pozzo viene ulteriormente isolato con un isolamento termico resistente agli agenti esterni. La seconda, sempre più apprezzata, è la tubazione flessibile pre-isolata 2 in 1 – un mantello flessibile, in cui sono integrate la tubazione di alimentazione e quella di ritorno (ritorno) in un unico corpo, già isolato in fabbrica.

L'vantaggio della tubazione flessibile 2 in 1 è soprattutto nel tempo di installazione – essendo già isolata, l'installatore non deve aggiungere ulteriore isolamento direttamente sul tetto o in un pozzo stretto, dove con tubazioni rigide e materiali isolanti si lavora molto peggio. La flessibilità del tubo facilita inoltre il passaggio attraverso aperture e angoli strutturali, dove un tubo rigido richiederebbe più giunzioni e adattatori.

Nei pressi del collegamento del collettore, dove il tubo è esposto a elevate temperature e deve inoltre sopportare i movimenti causati dall'espansione termica della struttura del tetto, si utilizza comunemente un breve tratto di tubo in acciaio inox flessibile – comunemente chiamato tubo a onde. Si tratta di un tubo in acciaio inox flessibile, resistente alle alte temperature del fluido solare e in grado di compensare i piccoli movimenti nell'area del collegamento, dove un tubo rigido potrebbe rompersi o allentarsi con il tempo.

Un confronto più dettagliato dei due tipi di distribuzione, incluso quando conviene optare per la tubazione flessibile e quando invece per il tubo tradizionale con tubo a onde, lo trova nell'articolo dedicato Tubazioni solari e tubi in acciaio inox a onde – come funzionano.

Prezzi orientativi dei principali componenti del circuito solare menzionati nell'articolo.

Fissaggio dei collettori e sua influenza sull'installazione del gruppo pompa

Anche se all'apparenza potrebbe non sembrare direttamente correlato, il modo in cui i collettori vengono fissati sul tetto ha un impatto anche su come verrà condotta la tubazione verso l'unità pompa e quali saranno i requisiti per l'installazione in termini di lunghezza e tracciato della distribuzione. I collettori vengono fissati con una struttura specializzata in base al tipo di tetto – tetto inclinato (con vari tipi di copertura come tegole, lamiera o onduline), tetto piano (dove si utilizza una struttura con inclinazione regolabile, generalmente 15° o più, per il lavaggio automatico con la pioggia) oppure fissaggio a parete o a terra. La struttura deve sempre corrispondere esattamente alle dimensioni del tipo specifico di collettore che viene montato su di essa.

Nel caso di un tetto piano, una soluzione tipica è ad esempio un kit di fissaggio con inclinazione regolabile, che garantisce che il collettore abbia anche su un tetto altrimenti orizzontale un'inclinazione minima di 15° – non solo per un angolo ottimale di incidenza dei raggi solari, ma anche per permettere all'acqua piovana di scorrere via in modo autonomo e rimuovere polvere e sporco che altrimenti ridurrebbero il rendimento.

La scelta del tipo di fissaggio si effettua sempre all'inizio del progetto, poiché determina la posizione esatta del collettore sul tetto e quindi anche la lunghezza del tracciato della tubazione (sia essa tradizionale o tubazione flessibile 2 in 1) verso la stanza tecnica con l'unità pompa. Un'analisi completa delle opzioni di fissaggio in base al tipo di tetto la trova nell'articolo Fissaggio dei collettori – tetto inclinato, tetto piano, parete, dove è incluso anche un esempio concreto di kit di fissaggio per tetto piano con collettore KS 2100F.

Accumulatore solare e la sua connessione con l'unità di controllo

L'unità di controllo e il gruppo pompa sarebbero inutili senza un serbatoio appropriato sull'altro lato del circuito. L'accumulatore solare ha, rispetto al normale scaldabagno elettrico, almeno uno scambiatore di calore collegato al circuito solare – spesso anche un secondo scambiatore destinato al riscaldamento supplementare tramite caldaia. Grazie a questo, l'acqua nell'accumulatore si riscalda in modo indiretto: il fluido solare circola separatamente nel proprio circuito chiuso (guidato appunto dall'unità pompa e controllato dalla regolazione solare) e non entra mai in contatto diretto con l'acqua potabile, che utilizzerete in seguito ad esempio per la doccia o per il lavaggio.

Proprio nella parte inferiore di questo scambiatore è solitamente installato uno dei sensori dell'unità di controllo – misura la temperatura dell'acqua nell'accumulatore e la confronta con la temperatura del collettore. Se l'accumulatore non è dimensionato correttamente o non ha lo scambiatore solare nella posizione giusta, l'unità di controllo non ha dati precisi a disposizione e il sistema potrebbe non funzionare in modo efficiente, anche se la regolazione e la pompa sono in buono stato. La scelta dell'accumulatore adatto è quindi altrettanto importante quanto la scelta dell'unità di controllo – ne parliamo in dettaglio nell'articolo Quale accumulatore solare Le serve.

Vaso di espansione, riempimento e sfiato del circuito solare

Il circuito solare è un sistema chiuso a pressione che, durante l'operazione, subisce variazioni di temperatura molto significative – dalla fredda notte fino alle alte temperature del fluido termovettore durante un sole estivo. Questo fluido si espande in volume quando si riscalda, e poiché il circuito è chiuso, ha bisogno di un posto dove compensare questo volume in eccesso. Proprio a questo scopo serve il proprio vaso di espansione del circuito solare, separato dal vaso di espansione dell'impianto di riscaldamento.

Il sistema viene riempito e sfiato manualmente o elettricamente tramite una pompa di riempimento, con valvole di riempimento, in modo simile a come si riempie e si sfiata un circuito di riscaldamento tradizionale. L'aria rimasta nel circuito dopo il riempimento, infatti, ostacolerebbe il flusso continuo del fluido e potrebbe causare rumori della pompa o un riscaldamento irregolare del collettore. Proprio per questo motivo, sull'unità pompa sono disponibili anche valvole di riempimento e sfiato direttamente nel blocco compatto insieme al manometro – grazie a queste, il tecnico può controllare durante il riempimento come si sviluppa la pressione nel circuito e riconoscere quando il sistema è correttamente riempito e sfiato.

Il controllo della pressione nel circuito solare (come nel circuito di riscaldamento) fa parte dei compiti fondamentali della manutenzione regolare – una caduta significativa della pressione tra i controlli indica di norma una perdita, che è meglio risolvere prima che si manifesti come un'interruzione del flusso o un guasto alla pompa. Maggiori informazioni sui guasti tipici e su quanto spesso è sensato controllare il sistema, Le troverà nell'articolo Assistenza tecnica, riempimento e guasti comuni negli impianti solari.

Influenza del tipo di collettore sull'impostazione dell'unità di controllo

L'unità di controllo funziona in modo fondamentalmente identico, indipendentemente dal tipo di collettore installato sul tetto – confronta sempre la temperatura del collettore con quella dell'accumulatore e in base a questo accende o spegne la pompa. Il tipo di collettore, però, influenza quanto velocemente e quanto marcatamente si modifica la sua temperatura durante il giorno, il che si riflette indirettamente anche sulla frequenza con cui l'unità di controllo accende e spegne la pompa.

I collettori piani hanno una superficie assorbitrice ricoperta da vetro temperato in un telaio isolato – sono più economici, meccanicamente più resistenti (ad esempio rispetto alla grandine) e in condizioni climatiche come le nostre soddisfano di norma il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria. I collettori a vuoto (a tubi) hanno un rendimento più elevato soprattutto a basse temperature esterne e a bassa intensità di irraggiamento solare, ma sono più costosi e fragili. Indipendentemente dal tipo di collettore che Lei sceglie, l'unità di controllo e il gruppo pompa rimangono praticamente identici – la differenza sta principalmente nel fatto che i collettori a vuoto riescono a produrre calore anche in condizioni meno favorevoli, per cui l'unità di controllo attiverà la pompa più frequentemente rispetto a un collettore piano. Un confronto dettagliato dei due tipi lo trova nell'articolo Collettori solari piani vs. a vuoto.

Impianto solare come integrazione alla caldaia – il ruolo dell'unità di controllo nel passaggio tra le fonti

Come già menzionato nell'introduzione, l'impianto solare integra, ma non sostituisce in modo completo la fonte principale di calore, che è la caldaia o la pompa di calore. In pratica, l'accumulatore ha spesso anche un secondo scambiatore collegato alla caldaia – che riscalda ulteriormente l'acqua nei momenti in cui non c'è abbastanza irraggiamento solare (ad esempio in giornate nuvolose, quasi al mattino o durante l'inverno). L'unità di controllo del circuito solare si occupa esclusivamente della parte solare – decide l'attivazione della pompa tra collettore e accumulatore – mentre il riscaldamento supplementare tramite caldaia è gestito da una regolazione separata della caldaia, che di norma rileva la temperatura nella parte superiore dell'accumulatore e, se necessario, riscalda ulteriormente, quando il guadagno solare da solo non è sufficiente.

I due circuiti di controllo (solare e caldaia) funzionano quindi in parallelo, in modo autonomo ma coordinato, grazie al fatto che entrambi hanno un sensore nell'accumulatore in posizioni diverse – il sensore solare vicino allo scambiatore solare in basso, il sensore della caldaia più vicino alla parte superiore dell'accumulatore. Grazie a questa disposizione, la caldaia entra in funzione solo quando il guadagno solare non è sufficiente, il che in pratica risparmia energia soprattutto nei mesi estivi. Un contesto più ampio su come l'impianto solare collabora con la caldaia esistente lo trova nell'articolo Riscaldamento solare come integrazione alla caldaia.

Installazione – quando nell'ordine entra in gioco l'unità di controllo e il gruppo pompa

Nell'installazione di un impianto solare completo, l'unità di controllo e il gruppo pompa vengono integrati solo in una fase avanzata, dopo che i collettori sono fissati sul tetto con l'adatta struttura di montaggio e che è pronto il collegamento tubolare (tubazione tradizionale o flessibile 2in1) verso la stanza tecnica. Successivamente, il gruppo pompa viene collegato al tubo e all'accumulatore, vengono installati i sensori sul collettore e nell'accumulatore, a questi viene collegata l'unità di controllo e infine l'intero circuito viene riempito e sfiato tramite le valvole di riempimento del gruppo pompa.

Solo dopo il riempimento e l'impostazione dell'unità di controllo (ad esempio l'impostazione della differenza di temperatura richiesta per l'attivazione della pompa) è possibile avviare il sistema in funzione di prova e verificare se la pompa reagisce correttamente alle variazioni di temperatura. Il procedimento completo dell'installazione passo dopo passo, incluso l'ordine dettagliato di tutti i passaggi, dal collettore all'accumulatore, lo trova nell'articolo Installazione dell'impianto solare – procedura passo dopo passo.

Esempi pratici

Due casi reali – integrazione della caldaia con il solare e sostituzione dell'unità di controllo guasta.

Casa familiare con tetto inclinato e caldaia a gas esistente

Una casa familiare con una famiglia di quattro persone e una caldaia a condensazione a gas risolve il problema del consumo elevato di gas per il riscaldamento dell'acqua calda sanitaria, soprattutto in estate, quando la caldaia non viene praticamente utilizzata per il riscaldamento eppure rimane in funzione solo per il riscaldamento dell'acqua. Durante un'ispezione del tetto (copertura tradizionale in tegole, inclinazione adatta per un fissaggio diretto) si propone come soluzione l'integrazione del bollitore esistente con un serbatoio solare a doppio scambiatore – uno per il circuito solare, l'altro rimane collegato alla caldaia originale come fonte di supporto per il riscaldamento supplementare.

I collettori vengono fissati al tetto inclinato con una struttura di montaggio adatta al tipo di copertura, il collegamento tra i collettori e la stanza tecnica viene realizzato con un tubo flessibile preisolato 2in1, poiché il percorso passa attraverso una struttura del tetto abbastanza stretta, dove con tubazioni tradizionali e isolamento aggiuntivo si lavorerebbe molto più lentamente. Nella stanza tecnica, all'alimentatore nuovo viene installata una pompa con relativa unità di controllo, che gestisce autonomamente la pompa solare, indipendentemente dalla regolazione originale della caldaia. Il risultato è che durante i mesi estivi il riscaldamento dell'acqua avviene prevalentemente con l'energia solare e la caldaia interviene solo in caso di lunghe condizioni nuvolose.

Casa vacanze con tetto piano e regolazione originale guasta

Nella casa di villeggiatura con tetto piano era già installato da anni un sistema solare per il riscaldamento dell'acqua, ma l'unità di controllo originale aveva iniziato a presentare malfunzionamenti – la pompa non reagiva sempre ai cambiamenti di temperatura, il sistema non si attivava nemmeno in condizioni soleggiate, oppure, al contrario, funzionava anche quando non aveva senso. Poiché i collettori, il fissaggio al tetto piano e l'installazione tubolare erano funzionali e in buono stato, come soluzione si è optato per la sostituzione dell'unità di controllo stessa con una nuova, senza intervenire sul resto del sistema.

In questa occasione è stata controllata anche l'unità pompa – le valvole di chiusura hanno permesso di isolare il tratto di tubo interessato, controllare il manometro e verificare che la pressione nel circuito fosse regolare e che la pompa stessa fosse funzionante. Dopo la sostituzione dell'unità di controllo e un breve riprogrammamento della differenza di temperatura necessaria per l'attivazione della pompa, il sistema ha nuovamente reagito in modo affidabile all'irraggiamento solare. Questo caso dimostra che l'unità di controllo è un componente tipico che può essere sostituito autonomamente, senza dover intervenire sui collettori, sui tubi o sul serbatoio, purché queste parti siano in buono stato.

FAQ – domande frequenti sulle unità di controllo e pompe

Come posso verificare che l'unità di controllo solare funziona correttamente?
L'indicazione fondamentale del corretto funzionamento è che la pompa si attiva quando il collettore è sensibilmente più caldo del serbatoio (tipicamente durante il giorno soleggiato) e si spegne quando la differenza di temperatura scende o quando il serbatoio è già sufficientemente riscaldato. Se la pompa non reagisce affatto ai cambiamenti climatici, oppure, al contrario, funziona ininterrottamente indipendentemente dal sole, è un segnale che bisogna controllare l'impostazione o la funzionalità dell'unità di controllo e dei sensori.

L'unità di controllo decide, l'unità pompa garantisce fisicamente la circolazione del fluido.

Qual è la differenza tra unità di controllo e unità pompa?
L'unità di controllo è l'elettronica che valuta le temperature ricevute dai sensori installati sul collettore e sul serbatoio e decide quando la pompa deve funzionare. L'unità pompa è un blocco meccanico che garantisce fisicamente la circolazione del fluido – contiene la pompa stessa, le valvole di chiusura, i termometri, i manometri e la valvola di sicurezza. L'unità di controllo quindi "decide", l'unità pompa "esegue".

Deve avere l'unità pompa una valvola di sicurezza?
Sì, la valvola di sicurezza è una componente standard dell'unità pompa, poiché si tratta di un sistema chiuso e a pressione soggetto a forti variazioni termiche. La valvola di sicurezza protegge il circuito da una pressione eccessiva che potrebbe verificarsi, ad esempio, in caso di guasto del vaso di espansione o di un surriscaldamento estremo del collettore.

È possibile installare l'unità pompa su un sistema solare più vecchio?
Se i collettori, l'installazione tubolare e il serbatoio sono funzionali e in buono stato tecnico, la sostituzione separata dell'unità pompa o dell'unità di controllo è una soluzione comune, come abbiamo visto anche nel secondo esempio pratico sopra. Non è necessario modificare l'intero sistema a causa del guasto di una singola componente.

Con che frequenza si deve controllare la pressione nel circuito solare?
Il manometro sull'unità pompa permette un'analisi visiva rapida della pressione in qualsiasi momento, ma è utile effettuarla regolarmente come parte della manutenzione ordinaria della stanza tecnica. Un calo significativo della pressione tra un controllo e l'altro è solitamente il primo segnale di una perdita nel circuito.

Perché la pompa non funziona, pur essendo presente il sole?
La causa più comune è che il serbatoio è già sufficientemente caldo e la differenza di temperatura rispetto al collettore è scesa al di sotto della soglia impostata, quindi l'unità di controllo non attiva intenzionalmente la pompa – non ha senso pompare il calore in un serbatoio già riscaldato. Un'altra possibilità è un guasto del sensore, dell'unità di controllo o della pompa stessa, oppure una pressione insufficiente nel circuito.

Può l'unità di controllo essere programmata anche per altre funzioni, ad esempio per il riscaldamento supplementare?
L'unità di controllo del circuito solare si occupa esclusivamente della parte solare del sistema – quindi del funzionamento della pompa tra collettore e serbatoio. Il riscaldamento supplementare tramite caldaia è gestito da una regolazione separata della caldaia, collegata a un sensore autonomo nella parte alta del serbatoio, indipendentemente dall'unità di controllo solare.

È necessario un tecnico specializzato per l'installazione dell'unità pompa e dell'unità di controllo?
L'installazione include lavori su circuiti a pressione, fluidi termovettori ed elettricità per il collegamento dei sensori e della pompa, quindi si consiglia di affidarla a un tecnico con esperienza nei sistemi solari – allo stesso modo del fissaggio dei collettori sul tetto o del collegamento a un serbatoio o caldaia esistente.

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