L’IMPIANTO SOLARE TERMICO: CARATTERISTICHE, CLASSIFICAZIONI, DIMENSIONAMENTO,
PANNELLI RADIANTI, COSTI, RISPARMI, AUTORIZZAZIONI, PROCEDURE
Un impianto solare termico utilizza l’energia contenuta nella radiazione solare per riscaldare l’acqua fino a
60-80 °C. L’impianto ha come componente fondamentale uno o più convertitori di energia solare, detti
collettori o pannelli solari, almeno un serbatoio di accumulo e una centralina che regola il sistema
elettrico.
Collettore
Solare
Acqua Calda
Sanitaria
Centralina
Sonda
Reintegro
H2O
Pompa di
circolazione
Reintegro H2O
Il sistema, associato a pannelli radianti (vedi oltre), può garantire anche il normale riscaldamento di
ambienti. Alcune particolari tipologie di impianti sono in grado di fornire acqua ad alta temperatura (120
°C) per l’impiego nel settore industriale.
Il collettore è un contenitore con all’interno una serie di tubi in cui fluisce l’acqua che deve essere
riscaldata. Ai singoli tubi sono collegate delle piastre (in genere in rame) che assorbono il calore del sole e
lo trasferiscono all’acqua.
I pannelli hanno una superficie vetrata superiore che serve sia per proteggere la rete di tubi sia per
aumentare l’effetto riscaldante dei raggi solari (un piccolo “effetto serra”).
Tipologie e Classificazione degli impianti
La classificazione degli impianti avviene in base:
- alla temperatura del fluido scaldato
Temperatura
Utilizzo
< 100 ºC
produzione acqua calda sanitaria o
riscaldamento edifici
> 250 ºC
processo industriale
il fluido viene portato
allo stato di vapore
generazione di energia elettrica, produzione
di calore di processo per l'industria chimica
a bassa temperatura
a media temperatura
(forni solari)
ad alta temperatura
(collettori parabolici)
- alla modalità di scambio di calore
Il fluido scaldato è
- un vettore (sistema chiuso), sfruttato per il trasferimento del calore;
- l’acqua o l’aria (sistema aperto), che interessa portare ad una temperatura maggiore.
- alla tipologia del collettore
I principali tipi di collettore presenti in Italia sono:
- vetrati piani (molto comuni, di costo medio, versatili);
- non vetrati (solo per uso estivo, generalmente piscine o impianti balneari, molto economici);
- sottovuoto (ad alta efficienza, più costosi, ma ben utilizzabili tutto l’arco dell’anno);
- ad accumulo integrato (ben utilizzabili in zone a clima mite, abbassano i costi dell’impianto).
L’acqua riscaldata nel collettore viene inviata nel serbatoio di accumulo (uno o più). I serbatoi hanno pareti
molto spesse (10-15 cm) e ben isolate consentendo l’accumulo e la distribuzione anche dopo qualche ora.
A causa dell’aleatorietà e della discontinuità della fonte solare, è necessario dotare l’impianto di un sistema
di riscaldamento integrativo di tipo tradizionale (normalmente una caldaia a gas, meglio se a
condensazione).
La soluzione impiantistica più utilizzata prevede l’impiego di sistemi solari a circolazione forzata dotati di
termoregolazione per la circolazione del fluido. I sistemi solari termici sono estremamente affidabili (la
durata di vita è superiore ai 20 anni) e le operazioni di manutenzione consistono per lo più nella pulitura
del vetro del collettore e nella verifica annuale dei principali dispositivi del circuito da effettuarsi ad
esempio in concomitanza con il controllo della caldaia.
Per quanto riguarda le applicazioni per la produzione di acqua calda sanitaria, i sistemi solari consentono di
coprire mediamente il 60-70% del fabbisogno termico annuo dell’utenza, con punte del 100% nei mesi
estivi. Il riscaldamento di ambienti garantisce invece un’efficienza del 30-40%.
IL DIMENSIONAMENTO
Per calcolare le dimensioni di un impianto solare per un’utenza di tipo domestico, è necessario partire dai
consumi di acqua calda sanitaria per persona che si aggirano tra i 30-60 litri al giorno. Ciò significa che, ad
esempio, per una famiglia composta da 4 persone occorrono giornalmente circa 200 litri di acqua a 45°C.
Qualora si decidesse di integrare anche il riscaldamento degli ambienti, questo valore deve essere
aumentato tenendo conto del volume degli ambienti da riscaldare e delle loro caratteristiche di isolamento
termico (trasmittanza). Se si intende fornire acqua calda anche a elettrodomestici (lavatrici e/o lavastoviglie)
il valore di consuemo di acqua calda giornaliero deve essere aumentato di almeno 20 litri per ogni lavaggio
previsto.
Nel caso di strutture ricettive (alberghi, case di riposo ecc.) il fabbisogno di acqua calda è leggermente
diverso. Il dimensionamento corretto è quello effettuato per i mesi di massima ricettività e massimo
consumo, in genere quelli estivi (luglio e agosto). Un impianto ben calibrato deve garantire l’autosufficienza
in questi periodi. Durante i mesi con minore insolazione il sistema viene integrato con una normale caldaia
(a gas, a biomassa), meglio se del tipo a condensazione.
I consumi energetici possono essere valutati secondo le indicazioni riportate nella tabella seguente:
Abitazione
Ospedale
Case di riposo
Scuole
Caserme
Industrie
Uffici
Campeggi
Hotel alta cat
Hotel bassa cat
Palestre
Lavanderie
Ristoranti
Bar
Litri/giorno kcal/giorno
procapite
procapite
50
1650
60
1980
40
1320
5
165
30
990
20
660
5
165
30
990
160
5280
100
3300
35
1155
6
198
10
330
2
66
MJ/giorno kWhth/giorno NOTE
procapite
procapite
Litri/giorno procapite
6,9
1,92 8,29
2,30 Per posto letto
5,52
1,53 0,69
0,192 4,14
1,15 2,76
0,767 0,69
0,192 4,14
1,15 Per persona
22,1
6,14 Per stanza
13,82
3,84 Per stanza
4,84
1,34 Per utilizzatore
0,83
0,23 Per kg lavato
1,38
0,38 Per pasto
0,27
0,076 Per consumazione
Il numero dei collettori varia a seconda della zona geografica, in base alla disponibilità di energia solare.
Il calcolo dell’irraggiamento sul piano dei collettori può essere effettuato secondo quanto stabilito dalla
norma UNI 8477 parte 1° a partire dai dati sull’orizzonte desunti dalla norma UNI 10349, oppure dai dati
dell’Atlante Europeo della radiazione Solare (ESRA European Solar Radiation Atlas)
http://www.helioclim.net/esra) o, infine, dalle pubblicazioni dell’ENEA “La radiazione solare globale al
suolo in Italia”.
Superficie captante, orientamento e inclinazione
In prima approssimazione si può stimare che la superficie di collettore solare richiesta per persona è di
circa 1,0-1,2 m2 per un sistema installato in una regione del nord Italia e 0,75-1,0 m2 per il Centro e Sud
Italia..
Anche il volume del serbatoio di accumulo è legato alla superficie captante installata (circa 70-100 litri per
m2 di collettore).
Ad esempio per una famiglia di 4 persone residente in una località del nord Italia è generalmente sufficiente
un impianto di 5 m2 di collettori, abbinato ad un serbatoio di accumulo di 450 litri, con una caldaia di
integrazione di 25-30 kW.
Nel caso di impianti dedicati alla produzione di acqua calda sanitaria presso utenze ad uso continuativo la
superficie captante non deve superare la minima superficie in grado di garantire nel mese di maggio l’intera
copertura del fabbisogno per mezzo della sola fonte solare.
Nel caso di impianti dedicati alla produzione di acqua calda sanitaria presso utenze ad uso stagionale
(aprile – ottobre), la superficie captante non deve invece superare la minima superficie in grado di
garantire nel mese a più alta insolazione l’intera copertura del fabbisogno per mezzo della sola fonte solare.
Per quanto riguarda l’orientamento dei collettori questi devono avere preferibilmente orientamenti a Sud.
Sono comunque possibili orientamenti ad Est e ad Ovest (ma con rese minori) solo se non esistono altre
opzioni di orientamento dei collettori verso il quadrante Sud.
Nel caso di installazioni su tetto a falda (esclusi gli edifici industriali), al fine di rispettare criteri di corretto
inserimento architettonico dei collettori, l’installazione di collettori solari non dovrebbe avere orientamenti
e inclinazioni diversi dall’inclinazione e orientamento della falda.
Nel caso di installazione di collettori solari su superficie piana valgono infine le seguenti raccomandazioni
indicative:
-
Al fine di ottenere le migliori efficienze i collettori dovrebbero essere orientati a Sud con una
tolleranza massima pari a ± 10°.
Nel caso in cui il carico sia all’incirca costante durante i mesi dell’anno, l’inclinazione preferibile è
quella pari alla latitudine del luogo con uno scarto di ± 5° .
Nel caso in cui il carico sia prevalentemente estivo, l’inclinazione preferibile è quella pari alla
latitudine del luogo diminuita di 10 – 15 gradi.
Nel caso in cui il carico sia prevalentemente invernale, l’inclinazione preferibile è quella pari alla
latitudine del luogo aumentata di 10 – 15 gradi.
Per impianti solari che integrino produzione di acqua calda sanitaria e riscaldamento degli ambienti,
l’inclinazione può essere superiore a quella sopra indicata al fine di privilegiare la produzione invernale di
energia termica per il riscaldamento degli ambienti.
I PANNELLI RADIANTI
Il solare termico può fornire anche un interessante contributo al riscaldamento delle abitazioni. A livello
domestico, i sistemi più diffusi sono quelli combinati, ossia destinati alla produzione congiunta di calore
per l’acqua calda sanitaria e il riscaldamento degli ambienti, con una copertura del carico termico richiesto
mediamente del 20-40% all’anno.
Per ottimizzare la resa energetica di tali soluzioni impiantistiche è preferibile dotare l’abitazione di un
sistema di riscaldamento a bassa temperatura (pannelli radianti integrati nei pavimenti, nelle pareti o nelle
solette dei locali da climatizzare).
Diversamente dai consueti termosifoni, i pannelli radianti sono costituiti da serpentine in materiale plastico
sono incorporate nello strato di intonaco che riveste pareti e soffitti o nel sottofondo dei pavimenti nelle
quali circola acqua ad una temperatura tra i 30 - 45°C e pertanto si sposano perfettamente con le
condizioni di funzionamento dei collettori solari nei mesi invernali.
Il sistema di accumulo negli impianti combinati è di tipo a stratificazione, al fine di massimizzare il contenuto
energetico nei prelievi alle diverse temperature (per uso sanitario e per riscaldamento).
Il trasferimento di calore è per irraggiamento, le superfici riscaldate dalle serpentine irraggiano persone e
cose e scaldano molto meno l’aria. Si ottiene così un comfort termico migliore con pareti calde (25 - 30°C)
e aria più fresca (16 - 18°C circa).
Questi sistemi, abbinati a caldaie a condensazione, consentono di ottenere un risparmio di energia fino al
35-40%.
COSTI, RISPARMI, INCENTIVI
I costi di un impianto solare termico presentano delle notevoli differenze a seconda della quantità e del tipo
di collettori utilizzati (piani o sottovuoto), del volume del serbatoio di accumulo e della complessità del
circuito. Tuttavia possiamo considerare ragionevoli costi intorno a € 800 – 900 per m2 di collettore
installato (chiavi in mano, anno 2006).
Per impianti più grandi (oltre 40-50 m2 di collettore) i costi sono sensibilmente minori, pari a circa € 500
per m2 di collettore installato.
Nel caso del nostro impianto tipo (5 m2 di collettori, abbinato a un serbatoio di accumulo 450 litri) la spesa
prevista sarà quindi indicativamente di circa € 4000.
Qualora si decidesse di sostituire anche l’impianto termico di integrazione, si consideri il tipo a
condensazione che ha un costo medio di circa € 3.000-4.000 (Iva esclusa) ma garantisce elevati risparmi di
energia (sono al 40%).
La soluzione ideale sarebbe quindi una caldaia a condensazione con termoaccumulo solare integrato.
L’utilizzo combinato dele due tecnologie (solare + condensazione) può garantire risparmi sino al 60% e più
(a seconda delle zone climatiche e della quantità di pannelli solari). Il costo di un sistema di termoaccumulo
completo di caldaia a condensazione e 8 m2 di pannelli solari è di circa € 8.500-9.00 (Iva esclusa)
Per valutare il risparmio economico si tenga presente che una superficie di 1 m2 di collettore solare è in
grado di riscaldare ogni giorno circa 80 litri di acqua. Per ottenere lo stesso risultato sono invece necessari
circa 0,4 m3 di gas metano oppure 0,6 litri di gpl o 0,4 litri di gasolio. Fate i vostri calcoli. La sorpresa è
garantita!.
Un altro esempio di risparmio economico annuale è quello riportato in tabella riferito al confronto tra un
sistema solare e un sistema a boiler o a caldaia a gas, autonoma o centralizzata.
Risparmio economico annuale
[€/m2 collettore anno]
Produzione con scaldabagno
Produzione con caldaia
elettrico
autonoma a gas
100 €
52 €
Produzione con caldaia
centralizzata a gas
70 €
Il costo di un sistema solare si riduce sensibilmente sia grazie ai finanziamenti e agli incentivi predisposti
a livello locale (regioni e province) o nazionale mediante bandi pubblici (estremamente variabili da caso a
caso, ma in genere pari al 20-40 %) sia al risparmio d’imposta conseguibile mediante la detrazione fiscale
consentita del 55% (in 3 anni) della spesa sostenuta (cfr. finanziamenti e agevolazioni fiscali).
AUTORIZZAZIONI
Per l’installazione di un sistema solare su edifici già esistenti è necessario presentare la DIA (Dichiarazione
di Inizio Attività) al Comune competente. La risposta avviene in genere entro 20-30 giorni.
Per l’installazione su edifici soggetti a particolari vincoli di tipo storico e/o paesaggistico oltre alla DIA è
necessario dare Comunicazione anche alla Sovrintendenza ai Beni Culturali e Architettonici. La risposta, in
questo caso, deve pervenire entro e non oltre i 60 giorni.
Le prossime normative nazionali, e anche molte regionali, dovrebbero prevedere una notevole
semplificazione burocratica delle pratiche relative ai sistemi solari, consentendo persino una “attività libera”
per impianti fino a 20 m2.
PROCEDURE STANDARD PER REALIZZARE UN IMPIANTO
1. calcolo del fabbisogno di acqua calda (sanitaria e/o per riscaldamento e/o per ciclo produttivo)
2. richiesta di preventivo all’installatore (si preferisca un installatore che ha sottoscritto accordi
volontari di settore con Regioni e/o Province e quindi risulta abilitato alle pratiche di richiesta dei
finanziamenti) (gli elenchi sono sempre disponibili sui siti web delle singole Regioni e Province)
3. stesura del progetto da parte del progettista (in genere un servizio offerto anche dai singoli
installatori)
4. richiesta delle autorizzazioni comunali (eventualmente anche della Sovrintendenza) e deposito del
progetto all’Ufficio Tecnico del Comune
5. Eventuale richiesta del contributo a Regione e/o Province (l’operazione viene curata in genere
direttamente dall’installatore)
6. Installazione e collaudo dell’impianto
7. manutenzione annuale