Che Pressione Usare In Un Impianto Solare Termico?
1) La Pressione Di Esercizio In Un Impianto Solare Termico
La pressione di esercizio è uno dei parametri più importanti da considerare nel dimensionamento e nel funzionamento di un impianto solare termico. Questa grandezza, espressa in bar, incide sia sulla sicurezza del sistema sia sulla durata dei componenti, ed è fondamentale per garantire che l’impianto lavori in condizioni ottimali senza incorrere in danni o inefficienze.
In un impianto solare termico, la pressione iniziale a freddo dipende in primo luogo dalla colonna d’acqua tra il punto più alto e quello più basso del circuito. Per un impianto standard, tale valore si aggira tipicamente attorno ai 2 bar. Questa pressione non è scelta casualmente: rappresenta un equilibrio tra il contenimento delle sollecitazioni meccaniche sui componenti e la necessità di mantenere sotto controllo la temperatura di ebollizione del fluido termovettore, che, aumentando con la pressione, riduce il rischio di formazione di vapore indesiderato all’interno dei collettori.
La pressione massima di esercizio, invece, è solitamente impostata tra 5 e 5,5 bar, ma è fondamentale accertarsi che tutti i componenti dell’impianto siano in grado di sopportare questo livello senza deformarsi o danneggiarsi. Tubazioni, raccordi, scambiatori e soprattutto il vaso di espansione devono essere omologati per funzionare in questo intervallo di pressione.
Per ragioni di sicurezza, il circuito deve essere sempre dotato di una valvola di sicurezza, tarata in genere a un valore superiore a quello massimo di esercizio, ad esempio 6 bar. Questa valvola interviene automaticamente in caso di surriscaldamento eccessivo del fluido (dovuto a fermo della pompa, irraggiamento prolungato senza prelievo di calore, ecc.), aprendo lo sfogo e permettendo la fuoriuscita del fluido o del vapore in eccesso, impedendo così il rischio di danni gravi o esplosioni.
Va sottolineato che negli ultimi anni, con la diffusione di nuovi fluidi termovettori (miscele acqua/glicole, siliconi termici, ecc.), la taratura della pressione deve essere valutata anche in relazione alle caratteristiche chimiche e fisiche del fluido utilizzato, compreso il suo comportamento ad alte temperature e il potenziale di formazione di gas o depositi all’interno del circuito.
2) Come Effettuare La Prova Di Tenuta A Pressione Del Circuito
Prima di mettere in funzione un impianto solare termico, è indispensabile eseguire una prova di tenuta a pressione, che permette di individuare eventuali perdite o difetti nei raccordi, nelle giunzioni e nei componenti del circuito primario. Questa verifica è obbligatoria per garantire la sicurezza dell’impianto, ed è una pratica ormai consolidata, spesso richiesta anche in fase di collaudo tecnico-funzionale.
La prova viene effettuata prima della coibentazione dei tubi, in modo da poter accedere visivamente a tutte le giunzioni. Solitamente si utilizza aria compressa, poiché è meno dannosa in caso di fuoriuscite rispetto all’uso diretto di liquidi.
La procedura tipica prevede l’utilizzo di acqua saponata applicata con un pennello sui raccordi. Dopo aver collegato un compressore al circuito, si chiude lo scarico e si inizia a immettere aria fino a raggiungere una pressione di test che è, in genere, superiore del 25-30% rispetto alla pressione di esercizio prevista. Questo sovraccarico serve a simulare condizioni di stress anomalo e garantire la tenuta strutturale.
A pressione raggiunta, si chiude l’ingresso dell’aria e si osservano i punti trattati con acqua saponata. La formazione di bolle indica la presenza di perdite, che andranno eliminate stringendo o rifacendo il raccordo. Se dopo qualche minuto la pressione rimane stabile e non compaiono bolle, il circuito può considerarsi ermeticamente chiuso.
Questa prova, se ben eseguita, previene una lunga serie di problemi futuri. Perdite anche microscopiche, infatti, possono nel tempo causare perdita di fluido, introduzione di aria nel circuito, ossidazione dei componenti interni e malfunzionamenti della pompa o dello scambiatore. Inoltre, l’efficienza dell’impianto ne risentirebbe, con una significativa riduzione del rendimento energetico.
3) Le Valvole Di Sicurezza Per Le Sovrapressioni Eccessive
Come già accennato, una valvola di sicurezza è un elemento indispensabile in ogni impianto solare termico pressurizzato. La sua funzione è quella di proteggere l’impianto in caso di sovrapressione accidentale, garantendo l’integrità del sistema e la sicurezza degli utenti.
Questa situazione può verificarsi in diversi scenari: ad esempio, un guasto alla pompa di circolazione, un blackout elettrico in una giornata molto soleggiata, oppure un malfunzionamento del regolatore di temperatura. In questi casi, l’energia solare continua ad essere assorbita dai collettori, ma il calore non viene trasferito al serbatoio d’accumulo, portando il fluido a temperature superiori ai 100°C, con conseguente formazione di vapore ad alta pressione.
La valvola di sicurezza entra in funzione solo quando la pressione supera una soglia prestabilita. Per un impianto con pressione di esercizio a 5,5 bar, una valvola tarata a 6 bar rappresenta una soluzione equilibrata. Alcuni sistemi, particolarmente sofisticati, possono essere dotati di valvole modulanti o di sistemi di raffreddamento di emergenza, che riducono la pressione in maniera controllata senza espulsione di fluido.
Un altro dispositivo complementare è la valvola di non ritorno, che evita il fenomeno della circolazione inversa del fluido, tipico delle ore notturne o nei periodi in cui l’acqua dei collettori è più fredda rispetto a quella nei serbatoi. Questa situazione può portare a perdite di calore indesiderate o addirittura al raffreddamento del bollitore, compromettendo la resa dell’impianto.
In ambito normativo, è utile ricordare che i dispositivi di sicurezza devono essere conformi alle direttive europee PED (Pressure Equipment Directive) e EN 12976, che stabiliscono criteri specifici per la progettazione, il collaudo e l’installazione degli impianti a pressione.
4) Il Vaso Di Espansione Ed Il Suo Dimensionamento
Il vaso di espansione rappresenta un altro componente cruciale negli impianti solari termici a circuito chiuso. Il suo ruolo è quello di assorbire l’aumento di volume del fluido dovuto alla dilatazione termica, evitando che la pressione salga oltre i limiti di sicurezza.
Quando il fluido si riscalda, la sua densità diminuisce e il volume aumenta. Senza un adeguato vaso di espansione, anche una piccola variazione di temperatura potrebbe portare a sbalzi di pressione e all’intervento (spesso inutile) della valvola di sicurezza. Questo comporterebbe continue perdite di fluido, con costi elevati di manutenzione e rischio di guasti.
Il dimensionamento del vaso si effettua calcolando il volume totale del circuito e valutando la dilatazione del fluido nel range operativo, tipicamente tra 4°C e 90°C. Come nell’esempio già mostrato, se il volume complessivo è di 120 litri e il fluido subisce una variazione di volume di circa 4,3 litri, allora il vaso dovrà essere almeno di 5 litri, considerando un margine di sicurezza del 10-15%.
Oggi, grazie alla disponibilità di software di calcolo termotecnico, è possibile simulare con precisione il comportamento del fluido e scegliere il vaso di espansione più adatto, anche in base alla pressione di precarica e al tipo di impianto (forzato o a circolazione naturale).
Un altro aspetto importante è il posizionamento del vaso, che deve essere installato in un punto in cui la pressione statica sia stabile, preferibilmente a valle della pompa, e deve essere facilmente ispezionabile.
5) Come Impostare La Portata Di Un Sistema Solare Termico
La portata del fluido nel circuito primario di un impianto solare termico è un parametro fondamentale per il rendimento complessivo. Una portata troppo bassa può causare surriscaldamenti localizzati nei collettori, mentre una portata troppo alta può ridurre il tempo di permanenza del fluido e quindi la resa termica.
Il valore corretto di portata viene calcolato in fase di progetto, tenendo conto della superficie captante, della potenza termica da trasferire e della differenza di temperatura desiderata tra ingresso e uscita. In genere, per impianti residenziali si lavora con portate dell’ordine di 20-30 litri all’ora per m² di collettore.
Per impostare la portata effettiva, una volta riempito il circuito e effettuata la prova di tenuta, si accende la pompa di circolazione al minimo regime e si utilizza un misuratore di flusso per verificare il valore. Se la portata è troppo alta, si introduce una strozzatura sul circuito. Se è troppo bassa, si aumenta gradualmente la velocità della pompa, ripetendo il ciclo fino a raggiungere il valore di progetto.
Nei sistemi più recenti, le pompe elettroniche a giri variabili permettono di impostare curve di lavoro in base alla potenza solare istantanea o alla temperatura dei collettori, migliorando l’efficienza energetica e prolungando la vita utile dell’impianto.
Un corretto equilibrio idraulico garantisce non solo un buon scambio termico, ma anche un minore stress meccanico su valvole, tubazioni e collettori, migliorando la stabilità complessiva del sistema.
