1) Materiali, Diametri E Spessori Dei Tubi Nel Solare Termico
Nel progettare un impianto solare termico, la scelta del materiale dei tubi riveste un ruolo fondamentale per garantire la durabilità, l’efficienza e la sicurezza del sistema. I materiali più utilizzati sono il rame e l’acciaio inossidabile, ciascuno con caratteristiche e limiti ben distinti.
Il rame è generalmente preferito nei circuiti solari, soprattutto per gli impianti a circolazione naturale o a bassa temperatura, grazie alla sua elevata conducibilità termica e alla superficie interna molto liscia, che minimizza le perdite di carico dovute all’attrito. Inoltre, il rame è resistente alla corrosione (se non esposto a pH estremi) e ha una buona compatibilità con i fluidi termovettori comunemente usati.
L’acciaio inox, d’altro canto, è sempre più adottato per impianti di tipo professionale o di grandi dimensioni, soprattutto se preisolato, flessibile e corrugato (in versione AISI 316L). Tuttavia, essendo meno liscio internamente rispetto al rame, l’acciaio comporta maggiori perdite di carico, il che implica la necessità di diametri maggiori per ottenere la stessa portata.
Quanto ai diametri e spessori dei tubi, essi dipendono direttamente dalla portata richiesta dal circuito:
Portata < 240 l/h → tubi con diametro esterno 16 mm, spessore 1 mm
Portata ≈ 500 l/h → diametro esterno 22 mm, spessore 1 mm
Portata tra 600-900 l/h → diametro esterno 28 mm, spessore 1 mm
Per impianti più grandi (oltre 1.000 l/h), si può arrivare anche a diametri da 35 mm o superiori, specie nei tratti di mandata principale.
Un aspetto essenziale da considerare è la compatibilità elettrochimica tra i materiali: è fortemente sconsigliato l’accoppiamento tra rame e acciaio zincato nello stesso circuito, poiché il rischio di corrosione galvanica può compromettere nel tempo l’integrità dell’impianto.
Infine, in impianti solari a circuito aperto, soggetti all’ingresso di acqua di rete e quindi a fenomeni di incrostazione, è sempre preferibile optare per tubi con superfici interne perfettamente lisce, come il rame ricotto, per evitare accumuli di calcare o depositi minerali che riducono l’efficienza.
2) I Valori Di Portata Del Fluido Nei Tubi Di Impianti Solari Termici
La portata del fluido termovettore è una variabile cruciale per il corretto funzionamento di un impianto solare termico. Essa influenza direttamente la capacità di scambio termico, il consumo elettrico della pompa di circolazione (nei sistemi forzati) e la durabilità dei componenti del circuito.
La portata si misura in litri all’ora (l/h) o in metri cubi al secondo (m³/s) e dipende principalmente dalla superficie dei collettori installati. Una regola empirica ampiamente diffusa prevede:
30-50 l/h per ogni m² di collettore solare
Questo intervallo è valido per impianti a circolazione forzata. Ad esempio, un impianto con 6 m² di collettori avrà una portata compresa tra 180 e 300 l/h. Tali valori garantiscono un buon bilanciamento tra scambio termico e contenimento delle perdite di carico.
Tuttavia, è bene evitare portate eccessive (oltre i 100 l/h/m²), che potrebbero generare fenomeni di erosione interna dei tubi e dei raccordi, specie in presenza di curve strette o restringimenti. Inoltre, un flusso troppo veloce implica maggiori costi energetici, poiché richiede pompe più potenti.
Le perdite di carico dipendono da diversi fattori:
lunghezza del circuito;
numero di curve e raccordi;
scabrezza interna dei tubi;
densità e viscosità del fluido (spesso miscele di acqua e glicole propilenico o etilenico).
Nei sistemi a circolazione naturale, dove non vi è pompa ma solo il principio della convezione termica, le perdite di carico devono essere contenute il più possibile. Per questo motivo si preferiscono percorsi diretti, tubi di diametro maggiore e pochi raccordi.
Infine, i progettisti professionisti oggi fanno largo uso di software di simulazione fluidodinamica (es. Polysun, T*Sol) per definire la portata ottimale tenendo conto delle caratteristiche idrauliche dell’intero impianto.
3) La Pressione Di Esercizio In Un Impianto Solare Termico
La pressione all’interno di un impianto solare termico è uno dei parametri più delicati da gestire. Essa condiziona il comportamento del fluido vettore, l’efficienza dei dispositivi di sicurezza e la resistenza meccanica dell’intero circuito.
Negli impianti a circolazione forzata chiusa, la pressione di esercizio è regolata mediante un sistema pressurizzato e può essere divisa in:
Pressione iniziale (a freddo): solitamente attorno a 1,5-2 bar
Pressione massima di esercizio (a caldo): tipicamente compresa tra 5 e 5,5 bar
Tutti i componenti dell’impianto, dai tubi agli scambiatori, devono essere certificati per resistere a queste pressioni. Le normative tecniche di riferimento (es. UNI/TS 11300, EN 12976, EN 12977) impongono severi test di tenuta e resistenza meccanica.
Un parametro collegato alla pressione è la temperatura di ebollizione del fluido. Maggiore è la pressione, più elevata sarà la temperatura alla quale il glicole evapora. Questo è fondamentale per evitare la formazione di vapore nei collettori in caso di stagnazione o blocco della circolazione.
In condizioni eccezionali, come blackout elettrici o guasti della pompa, la temperatura nei collettori può salire oltre i 120-140°C. In questi casi la pressione può superare la soglia di sicurezza, ed è qui che entrano in gioco le valvole di sfogo, normalmente tarate a 6 bar.
Va notato che nei moderni impianti solari termici con sistemi Drain-Back, la pressione è atmosferica (impianto a svuotamento). In caso di surriscaldamento, il fluido viene evacuato automaticamente dal collettore in un serbatoio di riserva, evitando qualsiasi rischio di sovrapressione.
4) Le Valvole Di Sicurezza E Quelle Di Non Ritorno
Le valvole di sicurezza sono dispositivi indispensabili in un impianto solare termico pressurizzato. Il loro compito è quello di prevenire danni dovuti a sovrappressioni accidentali, consentendo la fuoriuscita controllata del fluido (o del vapore) quando la pressione supera una soglia predeterminata.
Una valvola di sicurezza standard è tarata per intervenire a 6 bar, valore leggermente superiore alla massima pressione di esercizio dell’impianto (tipicamente 5-5,5 bar). In presenza di pressione e temperatura elevate, la valvola si apre temporaneamente, proteggendo così il circuito da eventuali cedimenti meccanici.
La corretta posizione di installazione della valvola è sul punto più alto della linea calda del circuito, preferibilmente vicino al bollitore o al gruppo di pompaggio. È fondamentale anche collegarla a un tubo di scarico che convogli il fluido espulso verso un punto sicuro, per evitare danni a persone o cose.
Le valvole di non ritorno, invece, hanno la funzione di impedire il riflusso del fluido dai serbatoi verso i collettori. Questo fenomeno può verificarsi soprattutto nelle ore notturne, quando i collettori, raffreddandosi, diventano più freddi dell’acqua contenuta nell’accumulo, causando un ritorno di calore verso l’esterno.
La presenza di valvole di non ritorno è essenziale anche per evitare la miscelazione indesiderata dei flussi nei sistemi dotati di pompe solari a inverter (modulazione variabile), che potrebbero subire interferenze nel bilancio delle portate.
5) Il Vaso Di Espansione Ed Il Suo Dimensionamento
Il vaso di espansione serve ad assorbire l’incremento di volume del fluido termovettore quando questo si riscalda. Senza tale dispositivo, l’aumento di pressione dovuto alla dilatazione termica potrebbe causare gravi danni al circuito.
Il dimensionamento del vaso dipende da diversi fattori:
volume totale del fluido presente nell’impianto (collettori + tubi + bollitore);
variazione di temperatura (tipicamente da 10°C a 90°C);
percentuale di glicole (influenza la dilatazione termica);
pressione iniziale dell’impianto.
Come linea guida generale, si può calcolare il volume di dilatazione secondo la formula:
V_d = V_tot × Δρ/ρ_0
dove Δρ rappresenta la variazione di densità del fluido tra la temperatura minima e massima. Ad esempio, per 120 litri d’acqua che si riscaldano da 10°C a 90°C, la dilatazione è intorno al 3,5-4,5% → quindi serve un vaso di almeno 5-6 litri. Aggiungendo un margine di sicurezza (10-20%), si sceglie in genere un vaso da 7-8 litri.
I vasi devono essere certificati per alte temperature (almeno 110°C) e pressioni fino a 6 bar. In presenza di glicole, è importante scegliere vasi con membrana resistente agli agenti chimici.
Da segnalare che nei sistemi Drain-Back o a bassa pressione, il vaso di espansione può essere eliminato, sostituito da un serbatoio atmosferico aperto, che assorbe l’espansione del fluido in modo naturale.
6) Altri Aspetti Progettuali: Isolamento, Norma Tecnica E Affidabilità A Lungo Termine
Un ulteriore elemento spesso trascurato, ma determinante per l’efficienza e la durabilità dell’impianto, è l’isolamento termico dei tubi. In assenza di un adeguato rivestimento, il calore raccolto dai collettori può essere dissipato lungo il percorso verso il bollitore.
I materiali isolanti più usati sono:
gomma elastomerica (es. Armaflex): resistente a UV e alte temperature
lana minerale con rivestimento in alluminio: ottima per impianti interni
polietilene espanso reticolato: più economico, ma meno resistente
Le normative più recenti (UNI EN ISO 12241 e il D.M. 26/06/2015) raccomandano spessori minimi in base alla temperatura e al diametro del tubo. Per temperature tra 80°C e 120°C, si consigliano isolamenti da almeno 20 mm.
Inoltre, gli impianti solari termici, per rientrare in detrazioni fiscali (ad esempio l’attuale Bonus Casa 50% o il Superbonus per i condomìni), devono rispettare le prescrizioni del DM Requisiti Minimi, oltre che essere certificati secondo Solar Keymark.
