Tipologie di funzionamento

Testo di Paola Rochira

Sistemi a circolazione naturale
Tutti i sistemi a circolazione naturale si basano sul principio che il fluido del circuito primario, riscaldato dal sole, diminuisce la propria densità, diventa più leggero e sale verso l'alto, provocando un movimento convettivo naturale del fluido medesimo, mentre contemporaneamente la parte di fluido che ha già ceduto calore attraverso lo scambiatore, più densa e pesante, tende a scendere verso il punto di captazione inferiore del collettore, chiudendo il ciclo di funzionamento.
I vantaggi legati a questo sistema sono rappresentati dalla semplicità del circuito, che non necessita di pompa di circolazione o di centraline di controllo, dai ridotti costi di installazione (sono spesso forniti in kit monoblocco completi di accumulo e pannelli integrati in un unico dispositivo) e di pochi interventi di manutenzione, in quanto è ridotto sia il rischio di guasti che di inversione del ciclo di funzionamento.
Nel caso delle utenze stagionali inoltre il sistema può essere ulteriormente semplificato mediante l'adozione dell'acqua da riscaldare come fluido termovettore.
Negli impianti a circolazione naturale il serbatoio di accumulo dell'acqua deve essere sempre posizionato più in alto del pannello ed a breve distanza dal medesimo. L'ingombrante sagoma dell'accumulo, che generalmente rimane visibile sul piano copertura, rende particolarmente difficile l'adozione di questo sistema vista la difficile integrazione nel costruito. La migliore soluzione tecnica ed estetica è il posizionamento del serbatoio nel sottotetto ad una quota superiore rispetto a quella del pannello solare. Ciò permette di ridurre al minimo le dispersioni termiche e di avere un facile accesso al serbatoio per eventuali manutenzioni ed integrazioni del liquido del circuito primario. La loro adozione è quindi relegata agli interventi nei quali la forma dell'edificio consente o una scarsa visibilità del dispositivo (es. collocazione su tetti piani di edifici medio-alti) o una diversa collocazione interna dell'accumulo (es. nel sottotetto ad una quota superiore).
Dal punto di vista prestazionale, la posizione esterna dell'accumulo favorisce le dispersioni di energia e la sua disposizione orizzontale non permette di sfruttare le stratificazioni termiche utili, che si instaurano invece naturalmente nei serbatoi verticali. Spesso inoltre la capienza degli accumuli è limitata dalla elevata rigidità delle configurazioni disponibili, soprattutto nel caso dei sistemi monoblocco, in cui la capienza massima prevista per l'accumulo è di circa 300 litri. I sistemi solari a circolazione naturale possono essere utilizzati solo per l'acqua sanitaria e non per l'integrazione al riscaldamento degli ambienti.

Sistemi a circolazione forzata
Il principio di funzionamento di un impianto a circolazione forzata differisce da quello a circolazione naturale per il fatto che il fluido contenuto nel collettore solare scorre nel circuito chiuso per effetto della spinta fornita da una pompa, comandata da una centralina (o termostato), attivata a sua volta da sonde poste sul collettore e nel serbatoio.
Se l'apporto energetico fornito dal circuito solare è insufficiente (cattivo tempo, ore notturne), oppure si verifica un elevato consumo di acqua calda, la temperatura nella parte superiore dell'accumulatore scende e la centralina elettronica comanda l'inserimento del sistema di riscaldamento ausiliario. Il dispositivo integrativo ad alimentazione tradizionale può essere a combustibile (di salito a gas, a gasolio o a legna) oppure elettrico (con resistenza elettrica).
I vantaggi di questo tipo di impianto sono rappresentati dalla possibilità di scegliere liberamente le modalità più opportune di integrazione nell'edificio, grazie all'assenza di condizioni vincolanti per il posizionamento reciproco dei collettori e del serbatoio, che può quindi essere sistemato in ambienti protetti da sollecitazioni termiche e ambientali esterne.
In questi sistemi l'accumulo non è soggetto a limitazioni dimensionali predefinite. La maggiore velocità di circolazione del fluido termovettore consente inoltre una maggiore efficienza del sistema in termini di trasporto del calore. I sistemi a circolazione forzata sono più complessi e devono essere installati da personale specializzato, inoltre sono un po' più costosi, ma in cambio offrono una maggiore efficienza perché rendono più rapida la circolazione del fluido, con conseguente maggiore assorbimento della radiazione solare. Le applicazioni tipiche della circolazione forzata sono, oltre alla produzione di acqua calda per uso sanitario nel caso in cui la circolazione naturale non è applicabile, il riscaldamento ambientale, il mantenimento in temperatura dell'acqua di piscina, l'acqua calda nei condomini e nell'industria.

Impianti a circolazione forzata a svuotamento
Questi impianti permettono di risolvere il problema del surriscaldamento del fluido termovettore, che può verificarsi quando il calore generato dal sistema solare non viene utilizzato per un lungo periodo di tempo ed il fluido può raggiungere temperature estremamente alte. Quando si dovessero raggiungere temperature attorno a 160-170 °C il fluido antigelo si trasforma chimicamente, cessa di svolgere la sua normale funzione mettendo a rischio il corretto funzionamento dell'impianto nel periodo invernale.
Negli impianti forzati a svuotamento questo non accade poiché, ad impianto fermo, il fluido termovettore defluisce dai collettori all'interno di un serbatoio di drenaggio, in quanto le pompe di circolazione fermandosi permettendo al fluido ancora presente nel circuito di tornare al serbatoio.

Fonti:
A. Magrini e D. Ena, Tecnologie solari attive e passive. Pannelli fotovoltaici e applicazioni integrate in edilizia, EPC Libri, Quaderni per la progettazione, Roma 2002

http://www.minambiente.it
http://www.enerpoint.it

Si rimanda alla consultazione diretta del testo e dei siti su citati per una migliore conoscenza sull'argomento.

Schema di funzionamento di un sistema a circolazione naturale

Schema di funzionamento di un sistema a circolazione naturale

Schema di funzionamento di un sistema a circolazione forzata

Schema di funzionamento di un sistema a circolazione forzata

Schema di funzionamento di un sistema a circolazione forzata a svuotamento

Schema di funzionamento di un sistema a circolazione forzata a svuotamento

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