Che Portata Devono Avere I Tubi Di Un Impianto Solare?

1. I Valori Di Portata Del Fluido Nei Tubi Di Impianti Solari Termici

La portata del fluido termovettore è una delle variabili più importanti da considerare nel dimensionamento e nella progettazione di un impianto solare termico. Essa rappresenta la quantità di fluido che attraversa il circuito nell’unità di tempo e viene solitamente espressa in litri all’ora (l/h) o in metri cubi al secondo (m³/s). Comprendere come gestirla correttamente è fondamentale per garantire un’efficienza ottimale, evitando fenomeni indesiderati come la cavitazione, le perdite di carico eccessive o, peggio, la distruzione meccanica delle tubazioni.

Un’elevata portata è in grado di migliorare lo scambio termico tra fluido e collettori solari, riducendo la temperatura del fluido in uscita e consentendo così una maggiore resa. Tuttavia, un flusso più veloce comporta anche un incremento delle perdite di carico, ossia delle resistenze che il fluido incontra lungo il percorso. Queste resistenze sono dovute alla frizione con le pareti del tubo, a cambi di direzione, a curve strette, a riduzioni o dilatazioni di diametro e ad eventuali dispositivi installati lungo il percorso (come valvole, filtri o flussometri). Tali perdite devono essere compensate da pompe di circolazione, che consumano energia elettrica: un aumento della portata può quindi incidere in modo significativo sul bilancio energetico complessivo.

Le linee guida tecniche più aggiornate suggeriscono valori compresi fra 30 e 50 litri/ora per ogni metro quadrato di collettore solare. In altre parole, per un impianto da 10 mq di collettori, la portata ottimale si colloca tra 300 e 500 l/h. Portate più elevate – ad esempio superiori a 100 l/h per mq – possono risultare controproducenti: l’alta velocità può determinare fenomeni erosivi, soprattutto nei tratti in cui il fluido cambia bruscamente direzione o dove le tubazioni presentano discontinuità geometriche. Questo effetto, a lungo andare, può danneggiare irreversibilmente le superfici interne dei tubi, causando microfratture o logoramento del materiale.

Nei sistemi a circolazione forzata, dove la pompa deve spingere il fluido attraverso l’intero circuito, è essenziale considerare il bilancio tra rendimento termico e consumo elettrico della pompa. Una portata troppo bassa, d’altra parte, comporta un aumento della temperatura del fluido all’uscita dei collettori, con il rischio di superare i limiti di temperatura dell’antigelo o addirittura del collettore stesso.

 

2. Come Impostare La Portata Di Un Sistema Solare Termico

Stabilito il valore teorico di portata durante il dimensionamento dell’impianto, è necessario riprodurlo nella pratica durante l’installazione e l’avviamento del sistema. Questo passaggio è tutt’altro che banale, e spesso viene trascurato o eseguito in modo sommario, con effetti negativi sull’efficienza complessiva del sistema.

La prima operazione da compiere, dopo l’installazione dell’impianto, è la verifica della tenuta a pressione del circuito primario. Si pressurizza il sistema con fluido termovettore, si eliminano tutte le sacche d’aria mediante le valvole di sfiato, e si stabilizza il valore di pressione previsto dal progetto (solitamente tra 2 e 3 bar a freddo). Solo a questo punto si può iniziare a tarare la portata reale.

La regolazione della pompa di circolazione si effettua solitamente impostando inizialmente il regime minimo, per poi alzarlo progressivamente qualora la portata risulti inferiore al valore di progetto. La misura viene fatta con un flussometro installato sul circuito, generalmente vicino al gruppo di pompaggio, e la lettura va effettuata a sistema stabilizzato, evitando di misurare durante le fasi di carico o spurgo.

Nel caso in cui la portata rilevata sia eccessiva, si può intervenire strozzando leggermente il flusso tramite valvole regolatrici o diaframmi, fino a rientrare nei parametri desiderati. Se invece la portata è inferiore, sarà necessario incrementare il regime della pompa o verificare la presenza di ostruzioni o sacche d’aria residue nel circuito. Il processo va condotto in modo iterativo, ripetendo la misura fino a quando non si ottiene una stabilità idraulica e termica.

È buona prassi annotare i valori rilevati, assieme ai parametri di funzionamento (giri pompa, pressione, temperatura in ingresso e in uscita dai collettori), in un registro tecnico dell’impianto. Queste informazioni saranno preziose per eventuali interventi futuri di manutenzione, verifica o taratura stagionale (ad es. modifiche tra inverno ed estate).

 

3. Le Valvole Di Regolazione Di Un Impianto Solare Termico

Il corretto funzionamento del circuito idraulico non dipende solo dalla pompa e dal diametro dei tubi, ma anche dalla presenza di dispositivi di regolazione e sicurezza, in particolare le valvole. Ne esistono di diversi tipi, ognuno con una funzione specifica.

Le valvole di sfiato, chiamate anche “valvole jolly”, sono essenziali per eliminare l’aria residua nel circuito. La loro collocazione ideale è nei punti alti dell’impianto, dove le bolle tendono ad accumularsi. Possono essere manuali, da aprire a mano al momento dell’avviamento, oppure automatiche, che si aprono e chiudono in autonomia. Nei sistemi aperti, dove l’aria può entrare facilmente, è indispensabile che le valvole jolly restino sempre attive.

Le valvole di intercettazione sono utilizzate per sezionare parti del circuito in caso di guasti o per effettuare manutenzioni. Si installano a monte e a valle dei principali componenti (pompa, scambiatore, gruppo di sicurezza), consentendo l’isolamento di singole porzioni dell’impianto senza dover svuotare tutto il sistema.

Esistono poi valvole regolatrici di flusso, impiegate soprattutto negli impianti di grandi dimensioni o multi-collettori. Queste valvole servono a bilanciare il flusso tra le varie diramazioni del circuito, garantendo una portata equa e un’ottimale ripartizione dell’energia solare raccolta. Nei sistemi complessi si usano anche valvole a tre vie, che possono mischiare o deviare il flusso: le prime sono chiamate valvole miscelatrici, le seconde valvole deviatrici.

Un’installazione accurata e una manutenzione regolare delle valvole (soprattutto quelle automatiche) sono essenziali per assicurare una lunga vita operativa all’impianto e prevenire malfunzionamenti.

 

4. Materiali, Diametri E Spessori Dei Tubi Nel Solare Termico

Uno degli aspetti più sottovalutati nella progettazione di un impianto solare termico è la scelta del materiale e delle dimensioni dei tubi. Non esiste un’unica soluzione valida per tutti i casi: le scelte dipendono da portata, tipo di fluido, lunghezza del circuito, resistenza alla temperatura e presenza di agenti corrosivi.

I materiali più usati sono rame e acciaio inossidabile, anche se in alcuni casi si impiegano tubazioni in polibutilene (PB) o polietilene reticolato (PE-X), specialmente nei tratti non esposti ad alta temperatura. Il rame resta comunque il materiale più diffuso nei piccoli impianti per la sua elevata conducibilità termica, superficie interna liscia e resistenza alla corrosione. L’acciaio inox, invece, è preferito negli impianti di grande taglia, per la sua robustezza meccanica e maggiore resistenza alle alte pressioni, anche se comporta perdite di carico maggiori a causa della rugosità superficiale.

Il diametro esterno dei tubi dipende dalla portata: ad esempio, per portate inferiori a 240 l/h si impiegano tubi da 16 mm di diametro esterno, per portate di circa 500 l/h si usano tubi da 22 mm, e per valori tra 600 e 900 l/h il diametro esterno sale a 28 mm. Lo spessore della parete rimane generalmente intorno a 1 mm, sufficiente per resistere alla pressione e al calore del fluido termovettore.

Un aspetto delicato è la compatibilità galvanica: l’uso combinato di rame e acciaio zincato nello stesso circuito può dare origine a fenomeni di corrosione elettrochimica, con formazione di ossidi e progressivo danneggiamento delle pareti interne. Per questo motivo, in fase di installazione è importante rispettare la sequenza corretta dei materiali, oppure separare i tratti con giunti dielettrici.

Infine, nei sistemi aperti si raccomanda l’uso di tubazioni con superficie interna liscia, per ridurre il rischio di incrostazioni di calcare, soprattutto in presenza di acqua dura. Il rame, in questo contesto, risulta essere il materiale più indicato.

 

5. Il Problema Del Calcare Negli Impianti Solari A Circuito Chiuso

Uno dei nemici più insidiosi degli impianti solari termici è il calcare. La sua formazione all’interno del circuito non solo compromette lo scambio termico, ma può anche portare, nel lungo periodo, a blocchi parziali o totali del flusso e addirittura alla rottura dei collettori.

Il problema del calcare si presenta soprattutto nei sistemi che usano acqua come fluido termovettore, senza l’aggiunta di inibitori di incrostazione o senza trattamento preventivo dell’acqua. Quando la temperatura supera i 55-60°C, i sali di calcio e magnesio disciolti nell’acqua precipitano sotto forma di carbonati, aderendo alle superfici calde e formando incrostazioni tenaci.

Tali incrostazioni agiscono da isolante termico, riducendo progressivamente la resa del collettore. Inoltre, aumentano le perdite di carico, costringendo la pompa a lavorare di più e consumare più energia. Nei casi più gravi, il calcare può ostruire completamente una tubazione o un circuito interno del collettore, rendendolo inutilizzabile.

Per contrastare questo fenomeno si possono adottare diverse soluzioni. Una delle più efficaci è l’uso di fluidi antigelo premiscelati a base di glicole, che evitano la formazione del calcare. Tuttavia, anche questi fluidi richiedono una manutenzione regolare, perché con il tempo si degradano e perdono efficacia.

Un’altra possibilità è installare un addolcitore d’acqua, in grado di ridurre la durezza prima dell’ingresso nel circuito. Ma questi dispositivi sono costosi, richiedono manutenzione continua e non sono sempre compatibili con tutti gli impianti. In alternativa si possono usare filtri magnetici o meccanici, che intercettano le particelle solide prima che si depositino, ma anche questi richiedono pulizia periodica.

La soluzione ottimale resta comunque quella progettuale: scegliere materiali idonei, dimensionare correttamente il circuito, utilizzare fluidi adatti e prevedere manutenzione ordinaria, monitorando periodicamente temperatura, pressione e stato del fluido.