Quali Valvole Occorrono In Un Impianto Solare Termico?
Le Valvole Di Regolazione Di Un Impianto Solare Termico
In ogni impianto solare termico, il controllo del fluido termovettore è una delle operazioni più importanti per garantire efficienza, sicurezza e durabilità dell’intero sistema. Il cuore di questo controllo è rappresentato dalle valvole di regolazione, che agiscono sia per ottimizzare lo scambio termico, sia per proteggere il circuito in caso di anomalie o malfunzionamenti.
Come accade nei più comuni impianti a radiatori, anche nel caso del solare termico si rende necessaria l’installazione di valvole di sfiato – spesso denominate nel gergo tecnico “valvole jolly”. Il loro compito è impedire che l’aria si accumuli nelle tubazioni, cosa che comprometterebbe la portata del fluido e quindi l’efficienza dello scambio termico. Nei circuiti chiusi, le valvole jolly devono essere posizionate nei punti più alti del sistema, proprio dove tende ad accumularsi l’aria. Negli impianti aperti, dove l’aria può entrare continuamente nel sistema, la valvola viene lasciata aperta in modo permanente per consentire l’espulsione continua del gas.
Il secondo elemento chiave sono le valvole di intercettazione, che svolgono una funzione decisiva in caso di manutenzione o emergenza. Posizionate strategicamente a monte e a valle dei vari componenti (come collettori, pompe, scambiatori e serbatoi), consentono di isolare singole sezioni dell’impianto senza dover svuotare l’intero circuito.
Negli impianti di maggiore complessità – ad esempio quelli a servizio di condomini, edifici pubblici o impianti industriali – entrano in gioco anche le valvole regolatrici di flusso. Queste servono a bilanciare i flussi tra i diversi rami del circuito, evitando che un’area riceva più fluido del necessario a discapito di un’altra. Il bilanciamento idraulico è cruciale per evitare fenomeni di surriscaldamento localizzato o, al contrario, di scarso rendimento in alcune sezioni dell’impianto.
Da ultimo, vale la pena menzionare le valvole a tre vie, particolarmente utili nei sistemi in cui si rende necessario deviare o miscelare il flusso. Le valvole miscelatrici permettono di ottenere un flusso a temperatura costante combinando due flussi a temperature diverse, mentre le valvole deviatrici consentono di indirizzare il fluido verso due percorsi differenti a seconda della temperatura o di altri parametri di sistema.
Tutte queste valvole devono essere selezionate in base a criteri precisi, come la pressione di esercizio, la compatibilità con il fluido termovettore e la resistenza alle alte temperature. Sottovalutare l’importanza della componentistica di regolazione equivale a compromettere l’intero investimento in un impianto solare termico.
Le Valvole Di Sicurezza E Quelle Di Non Ritorno
Nel progettare un impianto solare termico, la sicurezza non può essere un’opzione: deve essere una certezza. Per questa ragione, le valvole di sicurezza giocano un ruolo fondamentale, proteggendo l’intero sistema da eventuali sovrappressioni, specialmente nei periodi estivi quando l’irraggiamento solare è massimo e i consumi idrici possono diminuire drasticamente.
Il principio di funzionamento di queste valvole è piuttosto semplice, ma di straordinaria efficacia. Esse entrano in azione solo quando la pressione interna del circuito supera una soglia prefissata. Per esempio, in un circuito dimensionato per lavorare a 5,5 bar, si utilizza una valvola di sicurezza tarata a 6 bar, che si apre automaticamente per scaricare una parte del fluido o del vapore, evitando rotture, fuoriuscite non controllate o danni permanenti a collettori, tubazioni e scambiatori.
Un caso tipico in cui queste valvole diventano essenziali è il blackout elettrico: se la pompa di circolazione si blocca, il fluido ristagna nei collettori, dove può raggiungere temperature anche superiori a 150°C. A queste temperature si ha formazione di vapore, con un conseguente rapido aumento di pressione. Senza una valvola di sicurezza ben dimensionata, le conseguenze possono essere gravi.
Accanto a queste troviamo le altrettanto importanti valvole di non ritorno, progettate per impedire il reflusso del fluido. Un classico esempio riguarda le ore notturne: quando il sole tramonta, i pannelli solari si raffreddano, mentre l’acqua contenuta nei serbatoi può essere ancora calda. In assenza di una valvola di non ritorno, il fluido caldo potrebbe rifluire nei collettori freddi, causando perdite energetiche e possibili danni ai componenti.
Le valvole di non ritorno sono spesso incorporate nelle stazioni solari preassemblate, ma devono essere verificate e manutenute regolarmente per assicurarsi che non siano bloccate da depositi, ossidazioni o particelle in sospensione. In molti casi, una valvola bloccata può essere la causa nascosta di una drastica perdita di rendimento dell’impianto.
Da notare che, secondo le normative più recenti (tra cui la UNI EN 12976 e le disposizioni contenute nei manuali tecnici per impianti FER), tutte le valvole di sicurezza e non ritorno devono essere accessibili, ispezionabili e sostituibili. Un impianto ben progettato, infatti, non si limita al dimensionamento e all’installazione, ma considera sempre anche facilità di manutenzione e longevità del sistema.
L’Uso Delle Valvole Nei Sistemi Solari Termici
Per comprendere appieno l’importanza delle valvole in un impianto solare termico, è utile ripercorrere il funzionamento tipico di un sistema domestico. L’energia solare viene captata dai pannelli e trasferita, tramite uno scambiatore, a un serbatoio di accumulo che conserva l’acqua calda. In questo passaggio, una serie di valvole lavora silenziosamente ma efficacemente per garantire che ogni litro d’acqua arrivi alla temperatura desiderata, nel punto giusto e al momento giusto.
Uno degli elementi più critici è la valvola termostatica di miscelazione, che ha il compito di miscelare l’acqua calda proveniente dal serbatoio con l’acqua fredda dell’impianto idraulico. Questo consente di ottenere una temperatura costante in uscita, generalmente compresa tra 40 e 50 °C. Una funzione essenziale non solo per il comfort dell’utente finale, ma anche per la sicurezza: evita che l’acqua calda arrivi ai rubinetti a temperature troppo elevate, riducendo il rischio di ustioni accidentali.
Subito dopo la valvola miscelatrice troviamo la valvola deviatrice a tre vie, un componente sofisticato in grado di decidere se l’acqua deve essere inviata direttamente alla rete sanitaria oppure passare prima attraverso una caldaia integrativa, nel caso la temperatura non sia sufficiente. Questa logica di controllo consente di massimizzare l’autoconsumo dell’energia solare e ridurre al minimo l’uso di energia da fonti convenzionali.
In impianti più complessi, come quelli dotati di più accumuli, zone solari multiple o sistemi ibridi con pompe di calore, le valvole diventano ancora più centrali. Sono proprio loro a permettere il passaggio da una modalità all’altra (ad esempio estate/inverno, o solo solare/integrazione con caldaia) in modo automatico e controllato, grazie all’abbinamento con centraline elettroniche di gestione.
Le valvole sono, in sostanza, l’interfaccia tra la parte idraulica e quella elettronica dell’impianto, il punto dove l’intelligenza del sistema prende forma fisica.
Materiali, Diametri E Spessori Dei Tubi Nel Solare Termico
Oltre alla regolazione del flusso, un impianto solare termico deve garantire la durabilità meccanica e la resistenza chimica delle sue tubazioni, sottoposte a cicli termici intensi e a condizioni ambientali spesso estreme. La scelta dei materiali, dei diametri e degli spessori dei tubi è quindi un aspetto tecnico non trascurabile.
I materiali più impiegati sono il rame e l’acciaio inox, ciascuno con i propri vantaggi. Il rame offre un’eccellente conduttività termica, una superficie interna liscia che limita le perdite di carico e un’elevata resistenza alla corrosione, ma risulta più costoso e sensibile alla dilatazione termica. L’acciaio inox, dal canto suo, ha una maggiore resistenza meccanica, è più adatto per ambienti aggressivi, ma ha una superficie interna più ruvida che genera maggiori perdite di carico.
Per portate inferiori a 240 l/h, si utilizzano tubi con diametro esterno di 16 mm e spessore di 1 mm. Quando la portata sale a 500 l/h, il diametro aumenta a 22 mm, mantenendo lo stesso spessore. Per portate comprese tra 600 e 900 l/h, il diametro esterno arriva a 28 mm. Si tratta di parametri che devono essere valutati attentamente, soprattutto quando si realizzano impianti solari centralizzati o sistemi in cascata con collettori in serie.
Va inoltre ricordato che nei sistemi solari aperti, dove l’acqua può entrare in contatto con l’aria, è preferibile utilizzare tubi con superficie interna il più liscia possibile per evitare incrostazioni calcaree. Inoltre, la coesistenza di rame e acciaio zincato nello stesso circuito va evitata, per prevenire la corrosione galvanica dovuta al contatto tra metalli diversi.
Il corretto dimensionamento dei diametri non è solo una questione di prestazioni, ma anche di efficienza energetica. Un diametro troppo piccolo aumenta le perdite di carico e quindi il consumo delle pompe; un diametro troppo grande aumenta la quantità di fluido in circolazione, rendendo il sistema più lento e inefficiente nei transitori termici.
Il Fluido Termovettore In Un Impianto Solare Termico
Un impianto solare termico è tanto efficiente quanto lo è il suo fluido termovettore. Questo fluido deve essere in grado di assorbire e trasportare il calore dal collettore al serbatoio con la minima dispersione e il massimo rendimento.
I requisiti ideali sono molteplici: alta densità, elevato calore specifico, bassa viscosità, inerzia chimica, basso punto di congelamento e assenza di tossicità se usato per la produzione di acqua sanitaria. A causa della possibile esposizione a temperature estreme, il fluido deve essere anche stabile a lungo termine e non degradarsi in condizioni di stagnazione.
Sebbene l’acqua potabile abbia buone caratteristiche termiche, presenta limiti importanti: tende a formare calcare, ha un punto di congelamento troppo alto e può generare corrosione in presenza di metalli non protetti. Per questo motivo, nei moderni impianti solari termici si impiega una miscela di acqua e glicole propilenico. Questo composto è atossico, non corrosivo, ha eccellenti proprietà antigelo (fino a -25 °C o anche inferiori) e mantiene stabilità chimica anche a temperature superiori ai 130 °C.
Attenzione però: il glicole non è eterno. Con il tempo tende a degradarsi, formando acidi che possono danneggiare le pompe e i componenti in gomma. È consigliabile effettuare un controllo del fluido almeno ogni 3-5 anni, verificando il pH, la viscosità e la presenza di impurità. In alcuni impianti è prevista una valvola di scarico apposita per agevolare il ricambio del fluido, evitando contaminazioni.
Negli impianti più avanzati, è possibile monitorare in tempo reale lo stato del fluido grazie a sonde e sensori collegati alla centralina elettronica, che segnalano eventuali anomalie o perdite di prestazioni.
