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29

PUBBLICAZIONE PERIODICA DI INFORMAZIONE TECNICO-PROFESSIONALE

Direttore responsabile: Marco Caleffi

Responsabile di Redazione: Fabrizio Guidetti

Hanno collaborato a questonumero: Mario Doninelli,

Marco DoninelliEzio Prini

Claudio Ardizzoia

IdraulicaPubblicazione registrata presso

il Tribunale di Novara al n. 26/91 in data 28/9/91

Editore:Poligrafica Moderna S.p.A. Novara

Stampa:Poligrafica Moderna S.p.A. Novara

Basi cartografiche di propriet eper concessione dell IstitutoGeografico De Agostini.

Copyright Idraulica Caleffi. Tutti idiritti sono riservati. Nessunaparte della pubblicazione puessere riprodotta o diffusa senza ilpermesso scritto dellEditore.

CALEFFI S.P.A.S.R. 229, N. 25

28010 Fontaneto dAgogna (NO)TEL. 03228491 FAX 0322863305

info@caleffi.it www.caleffi.it

3 Gli impianti solari

4 Il sole e la sua offerta di energia

6 I pannelli solari termici - tipologie di maggior utilizzo

8 Serbatoi daccumulo dellenergia solare

10 Regolazione del circuito solare

12 Regolazione dellacqua calda sanitaria

14 Regolazione degli impianti combinati

16 Luogo e modalit di installazionedei pannelli solari

18 Grandezze di base per dimensionare gli impianti a pannelli

20 Circolazione del fluido vettore

21 Collegamento e bilanciamento dei pannelli

22 Possibili casi di surriscaldamento

24 Componenti e dimensionamento del circuito solare

27 Impianti sanitari che utilizzano energia solare

28 Schema: Impianto solare per produzione acqua calda sanitaria con caldaia a terradotata di accumulo

29 Schema: Impianto solare per produzione acqua calda sanitaria con integrazione di calorenel serbatoio di accumulo

30 Schema: Impianto solare centralizzatoper produzione acqua calda sanitariacon distribuzione ad impianti autonomi

31 Schema: Impianto solare a doppio serbatoio daccumulo e scambiatore di calore

32 Linea solare

33 Gruppi di circolazione

34 Regolatore di temperatura differenziale

35 Valvole a sfera motorizzate

SommarioSP

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29

PUBBLICAZIONE PERIODICA DI INFORMAZIONE TECNICO-PROFESSIONALE

Sono ormai abbastanza chiari i segni di un rinnovatointeresse per lenergia solare. Non si avvertiva piniente di simile dagli anni Settanta: vale a dire daglianni della prima grave crisi petrolifera.Allora furono molte le speranze riposte in questaforma di energia pulita, facilmente disponibile epraticamente inesauribile.I risultati ottenuti furono per molto deludenti, sia acausa di aspettative teoriche troppo ottimistiche,sia a causa di errori tecnici. Infatti, come vedremonelle pagine che seguono, la realizzazione di questiimpianti facile e semplice solo in apparenza.

Oggi siamo comunque in grado di evitare gli erroridel passato. Tuttavia ci non basta ad assicurareuna rinascita certa e stabile del solare, perch isuoi costi sono ancora assai elevati. Sononecessari anche adeguati incentivi, giustificati dalfatto che il solare pu limitare il consumo deicombustibili fossili, che ormai stannocompromettendo i delicati equilibri termici ebiologici del nostro pianeta.

Va considerato che la difesa dellambiente e dellanostra salute non pu essere lasciata unicamentealle leggi di mercato, perch il mercato ignoraqueste realt di primaria importanza. Ignora, adesempio, i danni causati dallo smog, oppure quelliconnessi alla troppa anidride carbonica immessanellatmosfera. E pertanto non pu porvi rimedio.Spetta dunque ai poteri pubblici correggere questecarenze: ad esempio, incentivando luso di energiemeno dannose di quelle finora imposte propriodalle leggi di mercato. E in merito c da augurarsiche anche il nostro Paese sappia imboccare la viagiusta, abbandonando politiche e metodi che cihanno saldamente relegato agli ultimi posti inEuropa.

Forse (ma si sa le cose semplici non piacciono ainostri legislatori) basterebbe andare a vedere cosahanno fatto in Germania, in Austria o in Svizzera:Paesi con meno sole del nostro, ma dove ilsolare di gran lunga pi diffuso.

GLI IMPIANTI SOLARIIngg. Marco e Mario Doninelli dello studio S.T.C.

3

Il sole costituito da una grande massaincandescente con volume 1.300.000 voltesuperiore a quello della terra e con temperatureche possono raggiungere i 16.000.000C.La superficie di tale massa emette, in modopressoch costante, radiazioni elettromagnetichela cui potenza pari a circa 400.000 miliardi dimiliardi di kW: pi o meno la potenza ottenibilefacendo esplodere ogni secondo 3.500 miliardi dibombe uguali a quella di Hiroschima. E una talepotenza, i cui valori vanno ben oltre la nostracapacit di immaginazione, ha, come la bomba diHiroschima, origine nucleare.

Sul sole, infatti, avvengono continue fusioninucleari che trasformano quattro nuclei di idrogeno(il costituente principale del sole) in un nucleo dielio. La massa di questultimo inferiore a quelladata dalla somma dei nuclei di idrogeno e ladifferenza trasformata in energia. Le fusioninucleari sono autoregolate in modo tale dagarantire unemissione di energia sostanzialmentestabile nel tempo.

Naturalmente le riserve di idrogeno che il sole puutilizzare non sono illimitate.

4

IL SOLEE LA SUA OFFERTA DI ENERGIA

Comunque per altri 5 miliardi di anni nondovrebbero esserci problemi. Poi il sole diventerlentamente meno luminoso e si spegner.

Valori della radiazione solare

Prima di entrare nellatmosfera terrestre, laradiazione solare ha una potenza (valutata rispettoad una superficie ad essa perpendicolare) di circa1.350 W/m2. Sulla terra, invece, la sua potenza sensiblmente inferiore in quanto latmosferaagisce da filtro nei confronti dei raggi solari.I normali valori sono circa 1.000 W/m2 con cielosereno, 100150 W/m2 con cielo coperto.

Insolazione annua [ kWh/m2 ] in base ai valori dellAtlante Europeo delle radiazioni solari

50

55

45

40

35

4 atomiidrogeno

1 atomoelio

Energia

Schema fusione nucleare allinterno delle stelle

16001750

14001600

11001200

10001100

900100012001400

5 la quantit di energia solare che, nel corso diun intero anno, pu essere captata da unasuperficie unitaria rivolta a Sud. Il suo valoredipende dalle caratteristiche climatiche del luogo edalla sua posizione: latitudine, longitudine, altezzasul livello del mare.

Conoscere questa grandezza serve a quantificarelenergia termica ottenibile (in un certo luogo) con unimpianto solare e quindi a valutare se risultaconveniente o meno la sua realizzazione.

Una delle fonti pi autorevoli in merito senzaltrolAtlante Europeo delle Radiazioni Solari i cuidati, relativi a rilievi condotti su base decennale,sono raccolti in mappe e tabelle.LAtlante Europeo delle Radiazioni Solari riporta ivalori dellinsolazione annua non solo in relazionealle principali localit europee, ma anche in baseallorientamento e allinclinazione della superficieunitaria rispetto al piano orizzontale.

Nella pagina a lato, sono riportate indicazionirelative allinsolazione annua nei Paesi europeiriferite ad una superficie unitaria rivolta a Sud einclinata di un angolo pari alla latitudine del luogo.Come daltra parte facile prevedere, i valori relativial nostro Paese (specie se confrontati con lamaggior parte degli altri Paesi europei) evidenzianosituazioni molto favorevoli alluso del solare.

Insolazione annua Sistemi di utilizzo dellenergia solare

Per lo sfruttamento dellenergia solare si utilizzanosistemi normalmente definiti passivi o attivi.

I sistemi passivi sono quelli che si avvalgono dimezzi e accorgimenti strettamente integratinegli edifici e che per il loro funzionamento nonrichiedono fonti di energia esterne. Ad esempio,sono quelli che prevedono luso di serre, lucernari,frangisole, superfici riflettenti, oppure strutture adelevata inerzia termica, quali i muri di Trombe, i muria cambiamento di fase e le pareti ad acqua.

I sistemi attivi sono, invece, quelli che siavvalgono di veri e propri impianti tecnici disupporto, con mezzi per captare, convertire,trasportare e utilizzare lenergia solare. Sono, inpratica i sistemi a pannelli fotovoltaici e termici.

I pannelli fotovoltaici traformano direttamentelenergia solare in energia elettrica.

I pannelli (o collettori) termici trasformano,invece, lenergia solare in calore, che pu esseresfruttato, ad esempio, per attivare turbine di specialicentrali elettriche, oppure per eseguire trattamentiindustriali e agricoli, oppure ancora per produrreacqua calda sanitaria e riscaldare ambienti. Ed essenzialmente di questi pannelli e di questultimoimpiego che ci occuperemo nelle pagine cheseguono.

Sistema passivo del tipo a serra

Sistema attivo con pannelli solari

6Possono essere ad alta o a bassa temperatura.

I pannelli ad alta temperatura sono dotati dispecchi per concentrare i raggi solari. Il loro costo,assai elevato, li rende convenienti solo peresigenze particolari e alquanto limitate.

I pannelli a bassa temperatura sono costituiti dasemplici assorbitori. Sono utilizzati soprattutto perprodurre acqua calda e riscaldare ambienti, epossono essere cos suddivisi:

I PANNELLI SOLARI TERMICITIPOLOGIE DI MAGGIOR UTILIZZO

Pannelli a fluido liquido con protezione

Sono costituiti da:

- un assorbitore metallico (in rame, alluminio o acciaio) che incorpora anche i tubi di passaggio del fluido vettore;

- una lastra in vetro o in plastica con buona trasparenza alle radiazioni emesse dal sole ed elevata opacit a quelle emesse dallassorbitore;

- un pannello di materiale isolante, posto sotto lassorbitore;

- un involucro di contenimento per proteggere i componenti di cui sopra e limitare le dispersioni termiche del pannello.

Questi pannelli possono produrre acqua calda finoa 9095C. La loro resa diminuisce per in modosensibile oltre i 6570C.Non richiedono soluzioni duso complesse, hannoun buon rendimento e costi relativamente bassi.Per tali motivi sono i pannelli maggiormenteutilizzati negli impianti civili.Per impianti di piccole dimensioni sono disponibilianche con serbatoio incorporato.

Pannelli a fluido liquido senza protezione

Sono costituiti da un assorbitore realizzato inmateriale plastico. Per mancanza di coperturanon sono in grado di superare i 4045C. Perquesto, in pratica, sono utilizzati prevalentementeper riscaldare piscine.Il basso costo il loro principale vantaggio.Sono per soggetti a problemi di invecchiamentoche dipendono sia dai materiali, sia dallatecnologia utilizzati per la loro produzione.

Pannello a fluido liquido senza protezione

Superficievetrata

Pannello a fluido liquido con protezione

Involucro dicontenimento

Materialeisolante

Assorbitoredi calore

7Sono costituiti da una serie di tubi in vetrosottovuoto allinterno dei quali sono postiassorbitori a strisce. una tecnica costruttiva che consente di limitare ledispersioni termiche dei pannelli ed assicurare,pertanto, rendimenti pi elevati: caratteristica chepu risultare molto utile nelle zone con bassetemperature esterne.

I pannelli con tubi sottovuoto possono produrreacqua calda fino a temperature di 115120C: ciofino a temperature che possono essere utilizzate incampo industriale, alimentare e agricolo, oppure perprodurre acqua refrigerata con laiuto di appositigruppi frigoriferi.

Il costo assai elevato il principale limite di questipannelli.

Pannelli a fluido liquido con tubi sotto vuoto

Sono costituiti da un contenitore a scatola consuperficie superiore trasparente (in vetro o inplastica) e con isolamento termico sia sul fondoche sulle pareti laterali.Lassorbitore una semplice lastra metallica (inacciaio o in rame) sopra cui, e talvolta anche sotto,scorre libero un flusso daria.

Questi pannelli non hanno una resa elevata inquanto laria un vettore poco idoneo a scambiaree a trasportare calore. Tuttavia hanno il vantaggio dicostare poco e di non richiedere lintervento di unoscambiatore. Inoltre sono molto leggeri e, adifferenza dei pannelli con fluido vettore liquido, nonsono esposti a pericoli di congelamento o diebollizione.Sono utilizzati soprattutto per riscaldare ariaambiente e per essiccare prodotti agricoli.

Pannelli ad aria del tipo a cassetta

Pannello a fluido liquido con tubi sotto vuoto

Sezioni tubi in vetro

con tubi fluidoseparati

con tubi fluidoconcentrici

Vetro

Vuoto

Superficievetrata

Involucro dicontenimento

Materialeisolante

Assorbitoredi calore

Pannello ad aria del tipo a cassetta

8Lenergia solare non sempre disponibile. Diconseguenza, per poter utilizzare i servizi adessa connessi in modo continuo serve laiuto disistemi daccumulo: sistemi che possono essererealizzati con sostanze liquide, solide (ad esempiopietre o ciottoli) oppure a scambio di fase (adesempio sali fusi).

Di seguito considereremo solo sistemi con serbatoiche contengono acqua: in pratica gli unici adottatiin impianti solari ad uso civile.

Quelli a doppio serpentino servono, invece, ancheper riscaldare lacqua (se necessario) fino allatemperatura duso richiesta. Sono utilizzati inimpianti di piccole e medie dimensioni.

SERBATOI DACCUMULODELLENERGIA SOLARE

Serbatoi ad intercapedine

Presentano, in corrispondenza della loro superficielaterale, unintercapedine entro cui pu circolare ilfluido proveniente dai pannelli. Sono utilizzatisoprattutto in impianti di piccole dimensioni.

Serbatoi a serpentini

Possono essere a semplice o a doppio serpentino.Quelli a semplice serpentino servono solo adaccumulare calore.

Serbatoio a semplice serpentino

Serbatoio a doppio serpentino

Att

acch

i circ

uito

pan

nelli

sol

ari

Acqua calda

Serbatoio ad intercapedine

Acqua fredda

Acqua calda

Acqu

a fre

dda

Att

acch

i circ

uito

pan

nelli

sol

ari

Acqua calda

Acqu

a fre

dda

Att

acch

i circ

uito

pan

nelli

sol

ari Att

acch

i circ

uito

cal

daia

9Serbatoi combinati

Sono serbatoi a doppio contenitore chiamatianche tank in tank che in inglese significaserbatoio nel serbatoio. Sono utilizzati inimpianti solari combinati: cio in impianti solariche provvedono sia alla produzione di acquacalda sanitaria sia al riscaldamento.Il serbatoio grande contiene lacqua che serve afar funzionare limpianto di riscaldamento. Quellopiccolo contiene, invece, lacqua che serve adalimentare limpianto sanitario.

I serbatoi tank in tank rendono pi facile esemplice la realizzazione degli impianti solaricombinati in quanto consentono di allacciaredirettamente al serbatoio tutti i circuiti, e cio:

- il circuito solare,

- il circuito di integrazione calore della caldaia,

- il circuito dellimpianto di riscaldamento,

- il circuito dellacqua calda sanitaria.

Sono serbatoi utilizzati soprattutto in impianti dipiccole e medie dimensioni.

Serbatoi senza scambiatori interni

Sono costituiti da semplici serbatoi daccumulo.Lo scambio termico col fluido proveniente daipannelli realizzato con scambiatori esterni apiastre o a fascio tubiero.Gli scambiatori a piastre sono pi compatti. Quellia fascio tubiero, avendo sezioni di passaggio piampie, sono meno esposti ai pericoli di bloccodovuti a incrostazioni e depositi di sporco.

Rispetto a quelli interni, luso degli scambiatoriesterni:

- consente lo scambio termico di potenze pi elevate;

- d la possibilit di servire pi serbatoi con un solo scambiatore;

- facilita, data lautonomia dei serbatoi dagli scambiatori, la realizzazione di varianti ed integrazioni del sistema di accumulo.

Questi serbatoi e il relativo sistema di scambiotermico sono utilizzati in impianti di medie e grandidimensioni.

Serbatoio combinato (tank in tank) Serbatoio semplice con scambiatore esterno

Att

acch

i circ

uito

pann

elli

sola

ri

Acqu

a fre

dda

Acqua caldaAcqua fredda Acqua calda

Att

acch

ici

rcui

to c

ald

aia

Att

acch

i circ

uito

pan

nelli

sol

ari

Att

acch

i circ

uito

risc

alda

men

to

10

una regolazione che si basa essenzialmentesulluso di termoregolatori differenziali: strumenticostituiti da:

- un regolatore che consente di impostare la differenza di temperatura (t) voluta;

- due sonde atte a rilevare la temperatura dei pannelli e del serbatoio daccumulo.

Se tra i pannelli e il serbatoio, le sonde registranodifferenze di temperatura superiori al (t) di taraturadel regolatore, la pompa del circuito solare vieneattivata, in caso contrario resta disattivata.

Per la taratura dei termoregolatori differenziali consigliabile adottare valori di (t) variabili da 5a 8C. Simili intervalli di temperatura sononecessari per tener adeguatamente conto:

1. delle perdite di calore che si verificano lungo i tubi del circuito solare;

2. della necessit di avere (affinch avvenga uno scambio di calore significativo) un salto termico di qualche grado agli attacchi dello scambiatore;

3. del fatto che limpianto deve essere messo in funzione solo quando lenergia utile superiore a quella consumata dalla pompa di circolazione.

Di seguito passeremo brevemente in rassegna glischemi pi utilizzati per regolare i circuiti solari.

REGOLAZIONEDEL CIRCUITO SOLARE

Regolazione con termostato[schema 1]

Entrambe le pompe sono attivate o disattivate daun semplice termostato. una regolazione, inpratica, utilizzata solo per riscaldare piscine.

Regolazione con termoregolatore differenziale[schema 2]

Se la differenza di temperatura fra le sonde S1 e S2supera il t impostato, la pompa attivata, in casocontrario resta disattivata.

Regolazione con termoregolatore differenzialee valvola di by-pass modulante [schema 3]

Il regolatore agisce sulla pompa come nel casoprecedente, inoltre (azionando la valvola diby-pass) mantiene costante il t prefissato. una regolazione che migliora lo scambio termicofra pannelli e accumulo. Tuttavia, per il suo costoelevato, utilizzata solo in impianti medio-grandi.

Regolazione con termoregolatori differenzialie scambiatore di calore esterno [schema 4]

La pompa A attivata solo quando la differenza ditemperatura fra le sonde S1 e S2 supera il valoret1. La pompa B attivata solo quando ladifferenza di temperatura fra le sonde S3 e S4supera il valore t2.

Regolazione con termoregolatore differenzialeRegolazione con termostato

2

1

21T

11

Regolazione con termoregolatori differenzialie doppio serbatoio daccumulo [schema 5]

Il primo regolatore agisce sulla pompa e sullavalvola modulante in modo analogo a quanto vistoper lo schema 3.

Il secondo regolatore apre, invece, la valvola a trevie deviatrice (facendo passare il fluidoproveniente dai pannelli nel serpentino delserbatoio ad alta temperatura) solo se latemperatura della sonda S3 supera quella dellasonda S4.

Regolazione con termoregolatori differenziali e doppio serbatoio di accumulo

Regolazione con termoregolatori differenzialie scambiatore di calore esterno

Regolazione con termoregolatore differenzialee valvola di by-pass modulante

3 4

M

1

2

1

3

4

2

1 2

5

M

1

2 4

1 2

3Accumulo

temperaturamedia

Accumulotemperatura

alta

Valvolamodulante

Valvoladeviatrice

Pompa A

Pompa B

12

Questi i principali schemi utilizzati:

REGOLAZIONEDELLACQUA CALDA SANITARIA

Regolazione con valvola deviatricee caldaia a terra con accumulo [schema 2]

una regolazione che funziona in modo simile aquella dello schema 1. Per queste caldaie non sussistono, per, i pericolidi surriscaldamento considerati per le murali, inquanto la temperatura dellaccumulo regolata daappositi termostati interni alle caldaie stesse.

Regolazione con riscaldamento integrativonel serbatoio daccumulo [schema 3 e 4]

Se la temperatura dellacqua scende al di sotto delsuo valore di utilizzo, un termostato (tarato in basea tale temperatura) attiva la pompa delriscaldamento integrativo effettuato nella parte altadel serbatoio per sfruttare al meglio lastratificazione dellacqua.

Valvoladeviatrice

Mis

cela

tore

Regolazione con valvola deviatricee caldaia murale

Regolazione con riscaldamento integrativonel serbatoio daccumulo e senza ricircolo

Cal

dai

a

Miscelatore

1 3

Pan

nelli

sol

ari

Valvoladeviatrice

Miscelatore

Regolazione con valvola deviatricee caldaia a terra con accumulo

2

Pan

nelli

sol

ari

Pan

nelli

sol

ari

Regolazione con riscaldamento integrativonel serbatoio daccumulo e con ricircolo

Cal

dai

a

Miscelatore

4

Pan

nelli

sol

ari

Regolazione con valvola deviatricee caldaia murale [schema 1]

Se lacqua proveniente dal serbatoio daccumulo a temperatura inferiore a quella richiesta (eimpostata sul termostato) la valvola deviatricemanda lacqua alla caldaia. In caso contrario, lavalvola manda direttamente lacqua al miscelatore.

Nota: Per evitare pericolosi surriscaldamenti si devono utilizzare solo murali con sistemi che regolano direttamente (e non in base alla portata) la temperatura dellacqua sanitaria.

13

Regolazione con doppio bollitoree valvola deviatrice [schema 5 e 6]

Come negli schemi 1 e 2, la valvola deviatrice ha ilcompito di stabilire se lacqua derivata dalserbatoio solare ha bisogno o meno di unriscaldamento integrativo.

Il serbatoio solare agisce da preriscaldatore e ciconsente di evitare gli inconvenienti di cui sopra.Pu, cio, partire a freddo ed accumulare caloreanche a bassa temperatura.

Regolazione centralizzata con distribuzionealle caldaie di impianti autonomi [schema 7]

una soluzione che consente di produrre acquacalda con un impianto solare centralizzato e didistribuirla poi ad impianti autonomi. Consenteanche di contabilizzare lenergia termica di originesolare ceduta ad ogni alloggio.Per evitare forti surriscaldamenti dellacquaerogata dalle murali dalloggio (ved. nota pag. 12)vanno utilizzate solo caldaie idonee.

Va, comunque, considerato che il riscaldamentointegrativo attuato direttamente nel serbatoiodaccumulo fa crescere la temperatura di tuttalacqua contenuta nel serbatoio stesso: fatto chepu limitare la quantit di calore scambiabile fra ipannelli e laccumulo.

Queste regolazione sono utilizzate soprattutto inimpianti medio-grandi.

Regolazione centralizzata con distribuzione alle caldaie di impianti autonomi

7

Pan

nelli

sol

ari

Valvoladeviatrice

Miscelatore

Regolazione con doppio bollitoree valvola deviatrice

5

Cal

dai

a

Pan

nelli

sol

ari

Valvoladeviatrice

Miscelatore

Regolazione con doppio bollitore,valvola deviatrice e ricircolo

6

Cal

dai

a

Miscelatore

Pan

nelli

sol

ari

Vedi nota pag. 12

14

La regolazione di questi impianti deve tendere aminimizzare le temperature di esercizio necessarieper riscaldare. Pi bassi sono i loro valori e meglio sfruttabile il calore derivabile dai pannelli solari. Atal fine va assicurato anche buon isolamentotermico delle strutture edilizie e vanno sceltiterminali di riscaldamento a bassa temperatura: adesempio pannelli radianti a pavimento.

REGOLAZIONEDEGLI IMPIANTI COMBINATI

Regolazione per due serbatoi daccumulocon valvola deviatrice [schema 2]

Lacqua calda sanitaria prodotta con doppiobollitore come nei corrispondenti casi visti inprecedenza.

Il riscaldamento deriva energia termica sia dallacaldaia che dal serbatoio solare.In particolare deriva energia termica dal serbatoiosolare quando la temperatura della sonda S1supera quella della sonda S2. In tal caso, la valvoladeviatrice fa passare il fluido di ritorno attraverso ilserpentino superiore del serbatoio solare.

Regolazione per due serbatoi daccumulocon scambiatore di calore [schema 3]

un sistema sostanzialmente analogo a quelloprecedente. Lunica variante riguarda lo scambiotermico fra il fluido del riscaldamento e quello delserbatoio solare, che in questo caso avviene conlaiuto di uno scambiatore esterno.

Regolazione per serbatoio daccumulotipo tank in tank [schema 1]

Il termostato del serbatoio attiva la pompadellapporto di calore integrativo quando latemperatura dellacqua scende al di sotto delvalore necessario per:

- assicurare, nel serbatoio interno, acqua calda sanitaria alla temperatura richiesta;

- alimentare i terminali di riscaldamento con le temperature di esercizio previste.

un sistema di regolazione adottabile soprattuttoin impianti medio-piccoli.

Regolazione per serbatoio daccumulo tipo Tank in tank

1

15

Regolazione per due serbatoi daccumulo con valvola deviatrice

Regolazione per due serbatoi daccumulo con scambiatore di calore

2

Regolazioneclimatica

2

1

Valvoladeviatrice

2

Regolazioneclimatica

2

1

Valvoladeviatrice

Circuito di recuperoenergia termica solare

Circuito di recuperoenergia termica solare

16

I pannelli solari devono essere installati su superficiin grado di garantire una buona insolazione, unancoraggio sicuro e unadeguata manutenzione.

Per ottenere una buona insolazione sono tre gliaspetti da considerare: (1) la formazione di possibilizone dombra, (2) langolo di orientamento deipannelli e (3) il loro angolo di inclinazione rispetto alpiano orizzontale.

LUOGO E MODALIT DI INSTALLAZIONEDEI PANNELLI SOLARI

Zone dombra

Lambiente circostante pu indurre ombre suipannelli, riducendo in tal modo la loro resa.Pertanto, prima di decidere dove installare ipannelli, bisogna verificare se ci sono ostacoliin grado di impedire o limitare lirraggiamentodiretto: ostacoli, ad esempio, costituiti da edifici,muri, alture o anche da vegetazione dalto fusto. Inogni caso, lombra indotta da tali ostacoli deveessere molto limitata o di breve durata, per nonpenalizzare troppo la resa dei pannelli.

120 90 60 30 0 30 60 90 120

10

20

30

40

50

60

70

80

10

20

30

40

50

60

70

80

=

Ang

olo

alte

zza

sola

re

=

Ang

olo

alte

zza

sola

re

Diagramma solare 44 Latitudine Nord

Est Sud Ovest

21 dic21 gen/nov

21 feb/ott

21 mar/sett

21 apr/ago

21 mag/lug21 giu

0

Sud

ore 6

ore 7

ore 8

ore 9

ore 10

ore 11ore 12 ore 12

ore 11

ore 10

ore 9

ore 8

ore 7

ore 6

= 46

= 22

= 35

= 58

= 69

21 giugno

21 dicembre

21 febbraio/ottobre

21 marzo/settembre

21 aprile/agosto

Altezza solare alle ore 12

17

Lesistenza o meno di ombre provocate da ostacolie la loro durata nel tempo pu essere determinatacon laiuto di diagrammi solari, in grado di darci laposizione del sole relativamente ad ogni giornodellanno e ad ogni ora. Il diagramma solare riportato nella pagina a lato riferito ad una latitudine di 44 Nord, pi o meno lalatitudine di Milano.

Oltre alle ombre indotte dallambiente circostante,vanno considerate anche quelle che i pannellipossono proiettare su se stessi quando sonodisposti a schiera.

Alle latitudini del nostro Paese, per evitare taliombre possono essere adottate, tra schiera eschiera, le distanze minime deducibili dalla tabellasotto riportata.

Zone dombra indotte dai collettori

Angolo di orientamento dei pannelli rispetto a Sud

d

h

Funzionamento solo periodo estivo

per = 30 d = h 2,0per = 45 d = h 2,2per = 60 d = h 2,3

Funzionamento periodo annuale

per = 30 d = h 2,6per = 45 d = h 3,2per = 60 d = h 3,5

Distanza di posa minima fra i pannelli

Angolo di orientamento

Nel nostro emisfero lorientamento ideale deicollettori quello rivolto a Sud. Tuttavia ancheorientamenti diversi non sono particolarmentepenalizzanti.

Ad esempio con variazioni dorientamento di 30rispetto a Sud, lenergia solare annua ricevutadiminuisce solo del 2,5%, mentre con variazioni di45 diminuisce del 34%.

Angolo di inclinazione dei pannellirispetto al piano orizzontale

Angolo di inclinazione

Se i pannelli sono posti su un tetto inclinato, ingenere conviene mantenere la stessa inclinazionedel tetto.

Se, invece, i pannelli sono posti su superfici piane,alle nostre latitudini conviene assumere i seguentiangoli di inclinazione:

= 2040 per impianti a funzionamento estivo = 5065 per impianti a funzionamento invernale = 4060 per impianti a funzionamento annuo

18

Sono quattro le grandezze di base che servono adimensionare gli impianti a pannelli solari:

1. la superficie dei pannelli,

2. la potenza specifica di progetto,

3. il salto termico del fluido vettore,

4. il volume dei serbatoi daccumulo.

Di seguito prenderemo in esame tali grandezze econsidereremo i valori che ad esse possono essereassegnati.

Il fabbisogno giornaliero di acqua calda pu esserea sua volta determinato con i seguenti valori:

Se, per la distribuzione dellacqua calda, previstoun circuito di ricircolo devono essere messe inconto anche le sue dispersioni termiche.

GRANDEZZE DI BASE PER DIMENSIONAREGLI IMPIANTI A PANNELLI

FABBISOGNO GIORNALIERODI ACQUA CALDA A 45C

Abitazioni civili

Comfort elevato 75 l/(persona/giorno)

Comfort medio 50 l/(persona/giorno)

Comfort basso 35 l/(persona/giorno)

Lavatrice 20 l/(1 lavaggio giorno)

Lavastoviglie 20 l/(1 lavaggio giorno)

Pensioni e Agriturismo

Livello elevato 75 l/(persona/giorno)

Livello medio 50 l/(persona/giorno)

Hotel e Ristoranti

Comfort elevato 75 l/(persona/giorno)

Comfort medio 50 l/(persona/giorno)

Comfort basso 35 l/(persona/giorno)

Servizio cucina

Servizio medio 10 l/(giorno/pasto)

Servizio elevato 15 l/(giorno/pasto)

SUPERFICI NETTE PANNELLI PIANI CORRELATE AL FABBISOGNO GIORNALIERO

DI ACQUA CALDA A 45C

Italia Nord 1,2 m2 per fabbisogno 50 l/giorno

Italia Centro 1,0 m2

Italia Sud 0,8 m2

Nota:Per pannelli a tubi sotto vuoto, le superfici sopra riportate possono essere ridotte del 20%.

Superficie dei pannelli

Per determinare in modo coerente e rigoroso ilvalore di questa grandezza si dovrebbe procederenel seguente modo:

1. ipotizzare pi soluzioni con superfici dei pannelli variabili: ad esempio, in grado di coprireil 20, 40, 60 e 80% del fabbisogno termicototale richiesto;

2. determinare i costi di realizzazione e di manutenzione degli impianti in base alle soluzioni ipotizzate;

3. quantificare, sempre per tali soluzioni, i risparmi di combustibile ottenibili e i relativi benefici economici su base annua;

4. confrontare fra loro i costi e i benefici economici di cui sopra al fine di determinare i tempi di ammortamento delle diverse soluzioni;

5. scegliere infine, in funzione di tali valori, la soluzione ritenuta pi conveniente.

Si tratta per di operazioni che dipendono da moltiparametri non sempre facili da determinare concertezza, quali ad esempio: la resa effettiva deicollettori, lefficienza del sistema di regolazione ele reali modalit duso dellimpianto.

Inoltre per calcolare i tempi dammortamento, necessario conoscere come varier nel tempoil costo del combustibile di riferimento. Cio, necessario conoscere come varier nel tempo unvalore senzaltro largamente indeterminato, inquanto dipende da imprevedibili scelte dordinepolitico ed economico. Ragione per cui, in genere, conviene determinarela superficie dei pannelli solari in base a dati medipredefiniti, derivati comunque da operazioni similia quelle sopra descritte.

Impianti per acqua calda sanitaria

Per impianti si pu utilizzare la tabella di seguitoriportata, dove le superfici nette dei pannelli sonodate in funzione del fabbisogno giornalierodacqua calda a 45C.

19

Impianti combinati

Per impianti combinati in edifici ad uso abitativotermicamente ben isolati e riscaldati con sistemi abassa temperatura, si pu far riferimento allatabella sotto riportata, dove le superfici dei pannellisono date in funzione della superficie abitata.

Per impianti combinati in edifici ad uso comune(Ospedali, Case di riposo, Scuole, Case dellostudente, Hotel, Pensioni, Alberghi, Uffici, ecc )la superficie dei pannelli pu essere determinataconsiderando tassi di copertura del fabbisognotermico totale variabili dal 20 al 30%.

Impianti per piscine

Per impianti adibiti al riscaldamento di piscine,le superfici nette dei pannelli possono esseredeterminate in base ai seguenti valori.

EDIFICI AD USO ABITATIVOSUPERFICI NETTE PANNELLI PIANI

Impianti di piccole dimensioni

Italia Nord 0,90 0,70 m2 ogni 10 m2 sup. abitata

Italia Centro 0,75 0,60 m2

Italia Sud 0,65 0,50 m2

Impianti medio-grandi

Italia Nord 0,75 0,60 m2 ogni 10 m2 sup. abitata

Italia Centro 0,60 0,50 m2

Italia Sud 0,50 0,40 m2

Nota:Per pannelli a tubi sotto vuoto, le superfici sopra riportate possono essere ridotte del 20%.

q = 400 (kcal/h)/m2

t = 10C

RISCALDAMENTO PISCINESUPERFICI NETTE PANNELLI PIANI

Piscine esterne 0,60 0,40 m2 ogni m2 sup. piscina

Piscine coperte 0,40 0,30 m2 ogni m2 sup. piscina

Potenza specifica di progetto

la potenza captabile e trasferibile al fluidovettore da un metro quadrato di pannello coninsolazione massima. Serve (come vedremo inseguito) a determinare la portata del circuito solaree a dimensionare il relativo scambiatore di calore.

Il valore di questa grandezza dipende da molteplicifattori quali: linsolazione massima del luogo, latipologia e le caratteristiche costruttive deipannelli, gli angoli di orientamento e inclinazione,le temperature dellaria esterna e di funzionamentodellimpianto. Tuttavia, senza significativi errori,per pannelli piani con copertura trasparente, si puassumere il seguente valore:

Salto termico del fluido vettore

il salto termico di progetto fra lentrata eluscita del fluido vettore dai pannelli. Come nelcaso precedente il suo valore serveessenzialmente a determinare la portata delcircuito solare e a dimensionare il relativoscambiatore di calore.

Per questa grandezza si pu assumere il seguentevalore:

V = ( 50 60 ) S

Volume dei serbatoi daccumulo

Si pu determinare in base a valori variabili da50 a 60 litri per metro quadrato di pannelli. Equindi si pu ritenere valida la seguente formula:

Dove: V = Volume del serbatoio, m3

S = Superficie netta dei pannelli, m2

Circolazione naturale con bollitore ad intercapedine integrato nel pannello

Circolazione naturale con bollitore senzaintercapedine posto nel sottotetto

Idrometro

Termometro

Valvola di ritegno

Regolatore portata

Pompa circuito

Valvola disicurezza

Disaeratore

Vasodespansione Pompacaricamento

Miscela antigelo

Valvola di sfiatocon intercettazionenormalmente chiusa

Termostatodi sicurezza

Circolazione forzata

T

I

T

20

La circolazione del fluido vettore, cio del fluidoche ha il compito di portare lenergia termicacaptata dai pannelli ai serbatoi daccumulo, puessere di tipo naturale o forzato.

CIRCOLAZIONEDEL FLUIDO VETTORE

Circolazione naturale

una circolazione che avviene senza aiuto dipompe. Il fluido vettore riscaldandosi allinterno deipannelli diventa pi leggero del fluido contenutonei serbatoi. Pu pertanto attivare una circolazionenaturale uguale a quella con cui funzionano ivecchi impianti a termosifoni.Naturalmente affinch una simile circolazionepossa avvenire i serbatoi di accumulo devonoessere posti pi in alto dei pannelli, comeindicato nei due schemi sotto riportati.

Il principale limite di questi impianti consisteproprio nel dover installare i serbatoi pi in alto deicollettori: cosa che li rende, in pratica, proponibilisolo in impianti di piccole dimensioni.

Circolazione forzata

una circolazione che avviene con laiuto dipompe, attivate (come gi visto) solo quando neipannelli il fluido vettore si trova ad unatemperatura pi elevata rispetto a quelladellacqua contenuta nei serbatoi daccumulo.Ovviamente in questi impianti non ci sono vincoliper lubicazione dei serbatoi.

Lo schema che segue riporta i principalicomponenti (in parte gi visti e in parte presentatinelle pagine che seguono) di un impianto solarecon funzionamento a circolazione forzata.

80l/h

160l/h

160l/h

400l/h

400l/h

400l/h

400l/h

400l/h

t = 10C t = 10C

t = 10C

Autoflow

Bilanciamento rete pannelli con collegamento a tre tubi e con autoflow

Flussi interni pannello con attacchi laterali opposti

H = 160 mm c.a.80H = mm c.a.20

H = 2.500 mm c.a.500

21

Nel collegare fra loro pi pannelli si devonogarantire flussi bilanciati e basse perdite dicarico: aspetto questultimo che serve a limitare iconsumi delle pompe.

Batterie di pannelli montati in serie possonogarantire flussi bilanciati. Tuttavia, dopo un certonumero di pannelli (in genere 4 o 5, dipende dallecaratteristiche costruttive) tali batterie presentano

perdite di carico troppo elevate, come evidenzialesempio di seguito riportato.Per il pannello di base (con superficie netta 2 m2)sono state considerate le seguenti caratteristiche:

- GP = 80 l/h portata

- HP = 20 mm c.a. perdite di carico

Per il calcolo delle perdite di carico H al variaredella portata G stata utilizzata la formula:

H = ( G2 / GP2 ) HP

Le batterie di pannelli in serie possono poiessere collegate fra di loro in parallelo sia concircuiti compensati a tre tubi sia con circuiti adue tubi bilanciati con valvole di taratura oautoflow.

COLLEGAMENTO E BILANCIAMENTODEI PANNELLI

22

Con forte insolazione e utilizzo limitato, negliimpianti solari possono insorgere problemi disurriscaldamento, in quanto il calore che i pannellicedono allimpianto non pu essere bloccato se noncon accorgimenti alquanto complessi e costosi.Il surriscaldamento pu interessare sia iserbatoi daccumulo, sia il circuito solare.

La prima, mediante lazione combinata di untermostato e di una valvola elettrica a due vie,consente di scaricare allesterno lacqua delserbatoio quando viene superata la temperaturaammessa. Lacqua calda che fuoriesce richiamaacqua fredda e ci comporta un abbassamento ditemperatura.Il principale limite di questa soluzione sta nel fattoche utilizzare e smaltire acqua potabile per attuareunazione di raffreddamento non molto correttodal punto di vista ecologico. Inoltre pu esserecontrario a norme e regolamenti riguardanti lusodellacqua potabile.

La seconda soluzione utilizza un termostato, ouna sonda di sicurezza, per fermare la pompadel circuito solare al superamento del limiteammesso.Va considerato, tuttavia, che questa secondasoluzione non in grado, come la prima, dirisolvere in modo definitivo il problema delsurriscaldamento. In pratica si limita a spostarlodal serbatoio daccumulo al circuito solare.

POSSIBILI CASIDI SURRISCALDAMENTO

Surriscaldamento dellacquanei serbatoi daccumulo

Lacqua contenuta nei serbatoi daccumulo nonpu superare la temperatura massima riportatasui certificati di omologazione: valore chedipende dai materiali con cui sono costruiti iserbatoi e dai loro rivestimenti interni. Superare la temperatura massima ammessapu recare grave danno sia alla tenuta deiserbatoi sia alla potabilit dellacqua. Per evitarequesti pericoli si possono utilizzare le due soluzionidi seguito riportate:

Controllo temperatura massima serbatoiocon valvola solenoide

Controllo temperatura massima serbatoiocon fermo pompa

Termostatodi sicurezza

Termostatodi sicurezza

23

Raffreddamento del circuito solare con serpentino

Raffreddamento del circuito solare con aerotermo

M

Termostatodi sicurezza

Termostatodi sicurezza

Surriscaldamentodel circuito solare

A pompa ferma, cio senza le dispersioni delserbatoio daccumulo, le temperature del fluidoallinterno del circuito solare (e in particolareallinterno dei pannelli) crescono sensibilmente,stabilizzandosi solo quando lo stesso circuitodisperde energia termica pari a quella captatadai pannelli.In tal caso si ha equilibrio, mancanza di crescita:vale a dire stagnazione. Ed per questo che latemperatura raggiunta si dice di stagnazione.

Normalmente si possono raggiungere temperaturedi stagnazione di circa 140-150C, ma non sonoda escludere valori anche assai pi elevati. E ciprovoca la vaporizzazione e lebollizione del fluidovettore. In relazione a questi fenomeni, se vieneutilizzato un fluido antigelo bisogna evitare duepossibili gravi inconvenienti: la sua fuoriuscitae il suo degrado.

La fuoriuscita del fluido va evitata in quanto atemperature superiori ai 115120C le normalimiscele antigelo subiscono alterazionipermanenti che le rendono molto aggressive.Quindi se fuoriescono dallimpianto, possonorecar danno ai manti e alle guaine diimpermeabilizzazione oppure corroderescarichi e pluviali.

Per il degrado del fluido va considerato che lealterazioni di cui sopra compromettono anche lesue capacit di difesa antigelo.

Negli impianti piccoli questi problemi si possonorisolvere (come vedremo meglio in seguito)dimensionando in modo opportuno i sistemi disicurezza, espansione ed eliminazione dellaria, ericorrendo inoltre ad una manutenzione attenta. Inparticolare vanno tenute sotto controllo (conanalisi almeno biennali) le caratteristiche chimichedel fluido antigelo e in caso di necessit bisognaintervenire con integrazioni o sostituzioni completedel fluido stesso.

Negli impianti medio-grandi, in genere, convienesmaltire direttamente leccesso di calore.Gli schemi di seguito riportati rappresentano duepossibili soluzioni. Come mezzi di smaltimento delcalore la prima utilizza serpentini interrati, laseconda un aerotermo.Si tratta di soluzioni che risolvono in manierasoddisfacente il problema del surriscaldamento eche non incidono in modo significativo sul costototale dellimpianto.

24

Per scegliere e dimensionare i principali elementi di uncircuito solare si pu procedere nel seguente modo:

COMPONENTI E DIMENSIONAMENTODEL CIRCUITO SOLARE

Fluido vettore

Dove sussiste pericolo di gelo, nel circuitosolare devono essere utilizzate misceleantigelo, con protezione estesa fino ad unatemperatura di 10C inferiore a quella considerataper il calcolo delle dispersioni termiche.

Pompe di circolazione

Vanno dimensionate in base alla portatarichiesta dal circuito solare e alla relativaprevalenza: cio in base alla prevalenza che serveper vincere le resistenze opposte al moto del fluidodai pannelli, dai tubi, dagli scambiatori di calore,dai pezzi speciali, ecc....

Regolatori di portata

Possono essere utilizzati regolatori sia di tipostatico che dinamico: I regolatori di tipo statico(regolatori a lettura diretta e valvole di taratura)richiedono una regolazione in loco. Quelli di tipodinamico (autoflow) sono invece autoregolanti.

Scambiatori di calore

Possono essere (come gi visto) interni o esterniai serbatoi daccumulo.

Gli scambiatori interni a tubi lisci possono esseredimensionati in base ad una superficie discambio termico pari a circa il 3540% dellasuperficie netta dei pannelli.

Gli scambiatori esterni (a fascio tubiero o a piastre)non possono, invece, essere dimensionati in basea semplici relazioni. A tale scopo servono le tabelleo il software dei Produttori e la conoscenza delleseguenti grandezze:

- Potenza termica

Pu essere determinata con la relazione:

Q = q S = 400 Sdove:

Q = Potenza termica dello scambiatore, kcal/h

q = Potenza specifica di progetto, (kcal/h)/m2

S = Superficie netta dei pannelli, m2

- Temperature del circuito solare

50C = Temperatura entrata,C

40C = Temperatura uscita,C

- Temperature del circuito serbatoio

45C = Temperatura entrata,C

35C = Temperatura uscita,C

- Perdite di carico

consigliabile adottare sia per il circuito solare che per quello del serbatoio valori limitati per non dissipare troppa energia con le pompe.

Tubazioni

Devono resistere, con i relativi pezzi speciali,alle temperature e pressioni che si riscontranonegli impianti solari. Pertanto non possonoessere utilizzati tubi in plastica n multistrato.Non possono essere utilizzati neppure i tubizincati, in quanto oltre i 60C sono esposti afenomeni di dezincatura, specie in presenza disostanze antigelo.

Il dimensionamento delle tubazioni pu essereeffettuato col metodo delle perdite di carico linearicostanti, considerando: (1) portate pari a 40 l/hper ogni metro quadrato di pannelli, (2) perditedi carico lineari variabili da 10 e 15 mm c.a./m.

Il valore delle portate ottenuto dal rapporto fra lapotenza specifica di progetto (q = 400 (kcal/h)/m2) eil salto termico del fluido vettore (t = 10C):grandezze gi considerate a pagina 19.

Se si utilizzano miscele antigelo va tenuto contoche le loro perdite di carico sono sensibilmentesuperiori a quelle dellacqua (ved. 1 Quaderno oTabelle perdite carico acqua, sito Internet Caleffi).

Isolamento termico delle tubazioni

Possono essere adottati gli stessi tipi espessori previsti dalla legge 10.Nei tratti di percorso esterno, il materialeisolante deve essere protetto (1) dalle infiltrazionidacqua, (2) dal possibile precoce invecchiamentoprovocato dai raggi solari e (3) dal degrado chepu essere causato da topi e uccelli. Ad esempio,si pu ricorrere a protezioni in lamiera zincata o inalluminio.

25

Vasi despansione

Negli impianti solari che possono andare instagnazione (per evitare fuoriuscite del fluido) ivasi despansione devono essere in grado dicontenere sia le dilatazioni del fluido sia ilvapore che pu formarsi.Per dimensionare vasi di espansione capaci di taliprestazioni, si pu dapprima calcolare il lorovolume utile (cio il volume di fluido che essidevono contenere) con la formula:

Note:

- Per proteggere le loro membrane, bene installare i vasi di espansione sul ritorno del circuito solare, con tubo di collegamento rivolto verso il basso e senza isolamento termico;

- consigliabile utilizzare vasi di espansione dimensionati come proposto nella pagina a lato (cio in grado di contenere sia la dilatazione del fluido sia il vapore che pu formarsi nei pannelli) anche in impianti con sistema di raffreddamento esterno a serpentini o con aerotermo.Serve come misura di sicurezza per far fronte ad una eventuale bruciatura della pompa oppure al blocco o alla staratuta della valvola deviatrice.

dove:

VU = Volume utile del vaso di espansione, l

VC = Contenuto di fluido nel circuito solare, l

e = Coefficiente di dilatazione del fluido, e = 0,045 per lacqua,e = 0,070 per miscela acqua-glicole,

VP = Contenuto di fluido nei pannelli solari, l

k = Costante di sicurezza,k = 1,1 valore normalmente assunto.

Si pu determinare poi il volume nominale ocommerciale con la formula utilizzata per il calcolodei normali vasi di espansione, e cio:

dove:

VN = Volume nominale del vaso di espansione, l

VU = Volume utile del vaso di espansione, l

PI = Pressione iniziale, vale a dire la pressione di riempimento dellimpianto, barValore consigliato: Pressione statica + 0,5 bar

PF = Pressione finale, barValore consigliato: Pressione apertura valv.sicurezza 0,5 bar

Esempio di calcolo

Calcolare il vaso di espansione richiesto da un circuitosolare che utilizza miscela antigelo e ha le seguenticaratteristiche:

8 Numero pannelli solari

2,0 l Contenuto fluido di ogni pannello

24,0 l Contenuto fluido tubazioni, scambiatore dicalore e altri componenti circuito solare.

1,5 bar Pressione iniziale

5,5 bar Pressione finale

In base a tali dati e con riferimento alle formule e relativisimboli della pagina precedente, risulta:

- Contenuto di fluido nei pannelli solari:VP = 8 2,0 = 16 l

- Contenuto di fluido nel circuito solare: VC = 16,0 + 24,0 = 40 l

- Volume utile del vaso di espansione:VU = ( 40 0,07 + 16 ) 1,1 = 20,7 l

- Volume commerciale del vaso di espansione:VN = 20,7 ( 5,5 +1 ) / ( 5,5 1,5 ) = 34 l

Il valore calcolato porta alla scelta di un vaso diespansione commerciale da 35 l.

Circuitosolare

Circuitoserbatoiobollitore

T=50 T=45

T=40 T=35

VU = ( VC e + VP ) k

VN = VU ( PF + 1 ) / ( PF PI )

26

Valvole di sicurezza

consigliabile utilizzare valvole di sicurezzacon elevato valore (5-6 ate) di apertura sia perlimitare le dimensioni dei vasi di espansione, siaper tener elevata la temperatura di ebollizione delfluido vettore.La miscela antigelo che pu uscire dalla valvolanon deve essere scaricata nella rete fognaria.Pertanto si deve prevedere un contenitore diraccolta, ad esempio la tanica del fluido antigelo.

Va comunque considerato che le valvole diritegno non garantiscono una protezione sicuracontro le circolazioni parassite, perch sporco eincrostazioni possono compromettere la lorotenuta e consentire trafilamenti.

Valvole di sfiato

Vanno poste nelle zone pi alte del circuito e dovepossono formarsi sacche daria. La loro funzione solo quella di eliminare laria in fase diriempimento e di avvio dellimpianto. Dopo tale fase le valvole di sfiato devono esserechiuse in quanto potrebbero far uscire il fluidovettore sotto forma di vapore. Devono, pertanto,essere montate con rubinetti di intercettazione.

Sia le valvole di sfiato che i rubinetti (lavorando inzone di possibile ebollizione della miscela antigelo)devono resistere fino a temperature di 200C e apressioni di almeno 10 bar.

Sifoni di protezione

Hanno forma ad U e sono talvolta posti sia amonte che a valle degli scambiatori di calore.Possono servire (in supporto e non in alternativaalle valvole di ritegno) come ulteriore garanziacontro linstaurarsi delle circolazioni parassite.

Elettrovalvole di protezione

Anche queste valvole sono utilizzate, come isifoni, in supporto e non in alternativa allevalvole di ritegno. La loro azione abbinata aquella della pompa. Sono aperte a pompa attiva echiuse a pompa disattiva.

Disaeratori

Per una buona disaerazione del circuito solareanche in fase di funzionamento consigliabileutilizzare disaeratori automatici, da installarsi sulritorno (cio dopo lo scambiatore di calore) e nellazona bassa del circuito solare, dove non puformarsi vapore.

Valvole di ritegno

Servono ad evitare le circolazioni parassite chepossono attivarsi quando il fluido contenuto nelserpentino del serbatoio daccumulo pi caldo diquello contenuto nei pannelli: ad esempio duranteperiodi di scarsa insolazione o di notte.Sono in pratica circolazioni naturali chetrasformano i pannelli da captatori in dispersoridi calore e ad esse va addebitato il cattivofunzionamento di molti impianti solari.Per evitare simili circolazioni si possono utilizzarevalvole tipo ballstop (cio valvole di intercettazionecon ritegno incorporato) oppure valvole di ritegnoa peso o a disco con molla.Dato il basso costo delle valvole ball-stop, permaggior sicurezza, bene installare tali valvole siasullandata che sul ritorno del circuito solare.

Pompadisattivata

Circolazione naturale parassita

Pompadisattivata

27

Questi impianti devono essere realizzati concomponenti che hanno le seguenti caratteristiche:

IMPIANTI SANITARICHE UTILIZZANO ENERGIA SOLARE

Serbatoi daccumulo

Devono poter funzionare a temperature noninferiori a 75-80C. Non sono pertanto utilizzabiliserbatoi in acciaio zincato in quanto, come gidetto, oltre i 60C sono esposti a fenomeni didezincatura. Se destinati a contenere acqua calda sanitaria, iserbatoi devono essere specificatamente omologatiper tale uso. Inoltre i tipi realizzati con materiali chepossono subire corrosioni galvaniche, devonoessere protetti con appositi catodi.In particolare si deve evitare la corrosione delserpentino perch comporterebbe il mescolamentodel fluido vettore con lacqua sanitaria.

Miscelatori

Idonei miscelatori vanno interposti fra i serbatoie le reti di distribuzione, dato che negli impiantisolari possono essere raggiunte temperature moltoelevate anche nei serbatoi daccumulo dellacquasanitaria.Per quanto riguarda la temperatura dellacquacalda in entrata, il campo di funzionamento diquesti miscelatori non deve essere inferiore a8590C.Un campo esteso a valori pi elevati consentecomunque maggior sicurezza considerando ilfatto che non sono da escludere guasti o staraturedei sistemi che servono a limitare la temperaturadellacqua allinterno dei serbatoi.

Trattamenti antilegionella

Anche negli impianti solari vanno adottate lenecessarie misure antilegionella (ved. Idraulica 23).Col solare, per, bisogna riservare moltaattenzione alla scelta della temperatura minimadi disinfezione, perch il suo valore potrebbe averriflessi non secondari sulla resa dei pannelli ( ved.nota pag. 13 in merito al riscaldamento integrativodei serbatoi daccumulo).Ed questa una scelta strettamente legata albilanciamento delle colonne di ricircolo (ved.Idraulica 23, pag. 18 e 19): argomento su cuitorneremo nel prossimo numero di Idraulica.

Valvole temperatura/pressione

Per la protezione dei serbatoi daccumulo possonoessere utilizzate anche valvole combinate in gradodi intervenire quando lacqua supera determinativalori sia di temperatura che di pressione.Queste valvole, dovendo tener sotto controllo ivalori di temperatura massima, vanno poste allasommit dei serbatoi daccumulo.Naturalmente il loro uso possibile solo in impiantii cui componenti (il discorso riguarda soprattutto iserbatoi) sono garantiti per pressioni e temperaturedi esercizio non inferiori a quelle dintervento dellevalvole stesse.

Tubazioni

Il tubo che collega il serbatoio solare almiscelatore non pu essere realizzato inacciaio zincato in quanto lacqua convogliata pusuperare i 60C: cio il limite di dezincatura.Se la rete di distribuzione in acciaio zincato, ilcollegamento non pu essere realizzato neppure inrame, in quanto potrebbero insorgere corrosioni ditipo galvanico. per possibile utilizzare lacciaioinox.

Tubi in acciaio zincato

Tubo in acciaio inox

Miscelatore

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CALEFFI

CALEFFI

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FFI

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24V

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Info

Esc

Set

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1

2

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3

4

Sviluppo circuito solarecome nella pagina a lato

Sca

mb

iato

red

i cal

ore

32

Linea solare

250031

3/8 M x 3/8 F

250 depl. 01089Valvola automatica di sfogo aria.Pmax desercizio: 10 bar.Pmax di scarico: 5 bar.Campo di temperatura: -30200C.

Codice

253043253044253046253048253040

1/2 F x 3/4 F1/2 F x 3/4 F1/2 F x 3/4 F1/2 F x 3/4 F1/2 F x 3/4 F

3 bar4 bar6 bar8 bar

10 bar

253 depl. 01089Valvola di sicurezza.PN 10.Campo di temperatura: -30160C.Potenzialit di scarico: 50 kW.Omologata TV secondo SV100 7.7n TV 01.SOLAR 02.146.

Codice

11

15

251003 3/4 F

251DISCALDisaeratore.Pmax desercizio: 10 bar.Pmax di scarico: 10 bar.Campo di temperatura: -30200C.

Codice

251004 1/2 F

251DISCALAAIIRRValvola automatica di sfogo aria.Pmax desercizio: 10 bar.Pmax di scarico: 10 bar.Campo di temperatura: -30200C.

Codice

R29284

Rubinetto dintercettazione per valvolasfogo aria serie 250.Pmax desercizio: 10 bar.Campo di temperatura: -30200C.

Codice

3/8 M

252140252150

2521 depl. 01127Miscelatore termostatico regolabile.Pmax desercizio: 14 bar.Tmax ingresso: 100C.Campo di regolazione dellatemperatura: 3065C.

Codice

1/23/4

2,62,6

Kv (m3/h)

252340252350

Codice

1/23/4

4,04,5

Kv (m3/h)

2523 depl. 01129Miscelatore termostaticocon cartuccia intercambiabile.Pmax desercizio: 14 bar.Tmax ingresso: 110C.Campo di regolazione dellatemperatura: 3065C.

309430309440309460309470309400309542309530309560309570309500

1/2 M x 15 3 bar1/2 M x 15 4 bar1/2 M x 15 6 bar1/2 M x 15 7 bar1/2 M x 15 10 bar3/4 M x 15 4 bar3/4 M x 22 3 bar3/4 M x 22 6 bar3/4 M x 22 7 bar3/4 M x 22 10 bar

309 depl. 01130Valvola di sicurezza combinata TP (temperaturae pressione).Temperatura di taratura: 90C.Potenzialit di scarico: 1/2 - 3/4 x 15: 10 kW.

3/4 x 22: 25 kW.Certificate a norma EN 1490 tarature: 4 - 7 - 10 bar.

Codice

11

15

Valvole di sfogo aria automatiche

Dispositivi di sicurezza

Miscelatori termostatici

33

Gruppi di circolazione

serie 255 - 256

Caratteristiche tecniche

Fluido dimpiego: acqua, soluzioni glicolateMax percentuale di glicole: 50%Pressione max di esercizio: 10 barCampo di temperatura valvola di sicurezza: -30160CTaratura valvola di sicurezza: 6 bar (per altre tarature vedi serie 253)Scala flussometro: 113 l/minTemperatura max flussometro: 120CScala termometro: 0160C

Attacchi: 3/4 F

Componenti caratteristici

1) Pompa di circolazione Grundfos Solar 15-602) Valvola di sicurezza per impianti solari serie 2533) Rubinetto di carico/scarico4) Raccordo portastrumenti con manometro5) Regolatore di portata con flussometro6) Dispositivo di sfogo aria7) Termometro di mandata8) Termometro di ritorno9) Coibentazione a guscio preformata10) Valvola di intercettazione con ritegno11) Kit di collegamento per vaso di espansione (opzionale)

Schema applicativo

Funzione

Il gruppo di circolazione viene utilizzato sul circuito primariodegli impianti solari per la regolazione della temperaturaallinterno del bollitore.La pompa allinterno del gruppo viene attivata dal segnaleproveniente dal regolatore di temperatura differenziale. Inoltre,nello stesso gruppo, sono inseriti i dispositivi di sicurezza efunzionali per il controllo ottimale del circuito.

Gamma prodotti

Cod. 255056 Gruppo di circolazione per impianti solari, collegamento andata e ritorno

Cod. 256056 Gruppo di circolazione per impianti solari, collegamento ritorno

Cod. 255001 Kit di collegamento per vaso despansione

012345

0

20

40

6080

100

120

140

1600

20

40

6080

100

120

140

160

0

1

23

4

5

6

2

3

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4

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91

8

7

1110

1

012345

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120

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1600

20

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100

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140

160

CALEFFI

-00AC 24V 50Hz

AC 230V6(2)A T50

Sonda ON - +

C

0

1

23

4

5

6

DA/ACALDAIA

2

Serie 255

0

1

23

4

5

6

012345

1

2

3

35

4

90

20

40

6080

100

120

140

160

8

11

10

Serie 256

34

Caratteristiche tecniche

Alimentazione elettrica: 230 V 6%-50 HzAssorbimento nominale: 1,45 VAPortata contatti in commutazione: 6 A (230 V)Campo T impostabile: 220 KIsteresi: 2 K ( 1 K)Temperatura ambiente: T50Test disolamento: 4 kVIngombro: 3 TE (DIN 43880)-3 posizioni barra DIN

Sonde di temperatura

Il regolatore pu essere abbinato sia a sonde di temperaturadel tipo a contatto che ad immersione.

Montaggio

Il regolatore predisposto per il montaggio su barra DIN, inscatola di contenimento o in armadio elettrico.

Componenti caratteristici

1) Display indicatore temperatura differenziale e temperature singole sonde

2) Potenziometro per impostazione del valore di temperatura differenziale di intervento

3) Tasto per scelta visualizzazione parametri di funzionamento4) Collegamento alle sonde temperatura5) Alimentazione elettrica6) Uscita rel

Funzione

Il regolatore acquisisce i segnali di temperatura provenientidalle sonde posizionate alluscita dal pannello e nel bollitore. Ilregolatore calcola la differenza tra le due temperature e, perconfronto con il valore di set impostato, comanda la pompa dicircolazione del circuito primario solare.

Gamma prodotti

Cod. 257000 Regolatore di temperatura differenziale per impianti solari, con uscita a rel

Cod. 150009 Sonda a contatto per regolatore

Cod. 150006 Sonda ad immersione per regolatore

Cod. 150029 Pozzetto per sonda ad immersione

Cod. 257001 Scatola di contenimento con barra DIN

CALEFFI

-00AC 24V 50Hz

AC 230V6(2)A T50

Sonda ON - +

C

1

Diff. T-Soll

2

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N L SH TF1TF2

5

Regolatore di temperatura differenziale

serie 257

12

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Schema applicativo

1

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CALEFFI

-00AC 24V 50Hz

AC 230V6(2)A T50

Sonda ON - +

C

0

1

23

4

5

6

DA/ACALDAIA

2

1 2

35

Valvole a sfera motorizzate

serie 6442 - 6443 - 6444

Caratteristiche tecniche

Fluidi di impiego: acqua, soluzioni glicolateMax percentuale di glicole: 50%Pressione massima desercizio: 10 barCampo temperatura: -5110CPressione differenziale massima: 10 barAttacchi: - serie 6442 e 6444 1/2, 3/4 e 1 M a bocchettone

- serie 6443 1/2 e 3/4 M a bocchettone

Funzione

Le valvole a sfera motorizzate permettono l'intercettazioneautomatica dei circuiti idraulici negli impianti di climatizzazioneo solari.

Le valvole a sfera motorizzate hanno assenza di trafilamento,brevi tempi di manovra (apertura - chiusura valvola), capacit difunzionamento con pressioni differenziali elevate, basse perditedi carico. Sono inoltre dotate di attuatore adattabile a qualsiasitipo di comando a 3 contatti per un controllo completo in fase diapertura e chiusura.

Conformit direttive europee

Marchio CE direttive 89/336 CE e 73/23 CE.

Gamma prodotti

Serie 6442 Valvola di zona a sfera a due vie motorizzata con comando a 3 contattiSerie 6443 Valvola di zona a sfera a tre vie deviatrice motorizzata con comando a 3 contattiSerie 6444 Valvola di zona a sfera a tre vie con tee di by-pass telescopico motorizzata con comando a 3 contatti

Motore sincronoAlimentazione elettrica: 230 V ( 10%), 24 V ( 10%) - 5060 HzPotenza assorbita: 4 VAPortata dei contatti del microinterruttore ausiliario: 0,8 A (230 V)Grado di protezione: IP 44 (orizzontale) - IP 40 (verticale)Tempo di manovra: 40 sCampo di temperatura ambiente: 055CCoppia di spunto dinamico: 8 NmLunghezza cavo di alimentazione: 100 cm

FORATURA A TUtilizzo ON/OFF o modulante

Rotazione di 90

AB

A B

AB

A B

Serie 6442 Serie 6443 Serie 6444

Schema applicativo

Valvolanormalmente chiusa

T

T

Deviatrice sulcircuito secondario

CALEFFICALEFFI

MIN

MAX

71

2

CATTURARE ENERGIA NON BASTA.BISOGNA SAPERLA REGOLARE.

www.caleffi.it

CALEFFI SOLUTIONS MADE IN ITALY

Componenti per impianti solari - CALEFFI SOLARLe serie di prodotti Caleffi Solar sono state specificamente realizzate per lutilizzo suicircuiti degli impianti solari, dove il fluido pu operare ad elevate temperature.

Valvole di sicurezza Valvole automatiche di sfogo aria con intercettazione Disaeratori Miscelatori termostatici Gruppi di circolazione