Con l’aumento dei prezzi dell’energia, l’utilizzo di fonti energetiche alternative sta diventando sempre più importante. E poiché il riscaldamento è una voce di spesa importante per molte persone, il riscaldamento è la prima cosa di cui parlare: si deve pagare per quasi tutto l’anno e per una somma considerevole. Se si vuole risparmiare, la prima cosa che viene in mente è il calore solare: una fonte di energia potente e completamente gratuita. Ed è abbastanza realistico utilizzarla. Le apparecchiature sono costose, ma molte volte più economiche delle pompe di calore. Parliamo in dettaglio di come l’energia del sole può essere utilizzata per riscaldare la casa.
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Riscaldamento dal sole: pro e contro
Se parliamo di utilizzo dell’energia solare per il riscaldamento, dobbiamo tenere presente che esistono due diversi dispositivi per la conversione dell’energia solare:
- Pannelli solari. Producono esclusivamente corrente elettrica. Possono essere utilizzati per garantire il funzionamento di qualsiasi apparecchiatura elettrica, compresi i dispositivi di riscaldamento.
- Collettori solari. Questi dispositivi riscaldano il liquido (refrigerante) e possono essere collegati direttamente all’impianto di riscaldamento, oltre che con il loro aiuto per riscaldare l’acqua per le esigenze domestiche.
In questo modo è possibile fornire alla casa acqua calda e in parte riscaldamento con l’energia solare.
Entrambe le opzioni hanno le loro peculiarità. Anche se va detto subito, qualunque sia la vostra scelta, non abbiate fretta di abbandonare il sistema di riscaldamento che avete. Il sole sorge, ovviamente, tutte le mattine, ma non sempre la luce è sufficiente per le celle solari. La soluzione più sensata è quella di realizzare un sistema combinato. Quando l’energia del sole è sufficiente, la seconda fonte di calore non funziona. In questo modo vi proteggerete, vivrete in condizioni confortevoli e risparmierete.
Se non volete o non potete mettere due sistemi, il vostro riscaldamento solare dovrebbe avere una riserva di energia almeno doppia. In questo modo potrete essere certi di avere caldo in ogni caso.
I vantaggi dell’utilizzo dell’energia solare per il riscaldamento:
- Fonte di energia sicura e assolutamente «pulita».
- Riduzione dei costi di riscaldamento e acqua calda sanitaria.
- Siete indipendenti dallo stato dell’economia: il sole splende sempre, sia in crisi che in periodo di prosperità.
- Il sole non chiede denaro per la sua energia. Un’altra cosa è che lo Stato può tassare i proprietari di impianti solari. Ma finora questo non è accaduto: l’energia solare è gratuita.
Il sole invia costantemente calore alla terra. E può essere utilizzato per riscaldare la vostra casa
- La quantità di calore in entrata dipende dal tempo e dalla regione.
- Per garantire il riscaldamento è necessario un sistema che possa funzionare in parallelo con un sistema di riscaldamento solare. Molti produttori di apparecchiature per il riscaldamento prevedono questa possibilità. In particolare, i produttori europei di caldaie a gas murali prevedono il funzionamento congiunto con il riscaldamento solare (ad esempio le caldaie Baxi). Anche se avete installato apparecchiature che non prevedono questa possibilità, potete coordinare il sistema di riscaldamento con l’aiuto di una centralina.
- Un solido investimento finanziario all’avvio.
- Manutenzione periodica: i tubi e i pannelli devono essere puliti dai detriti aderenti e spolverati.
- Alcuni collettori solari a liquido non possono funzionare a temperature molto basse. In previsione di forti gelate, il liquido deve essere drenato. Ma questo non vale per tutti i modelli e non per tutti i liquidi.
Diamo ora un’occhiata più da vicino a ciascuno dei tipi di elementi di riscaldamento solare.
Collettori solari
Per il riscaldamento solare si utilizzano i collettori solari. Questi impianti utilizzano il calore del sole per riscaldare il liquido termovettore, che può poi essere utilizzato nel sistema di riscaldamento dell’acqua. La particolarità è che lo scaldacqua solare per il riscaldamento domestico fornisce solo una temperatura di 45-60 o C, e l’efficienza maggiore si ha a 35 o C in uscita. Pertanto, si consiglia di utilizzare tali sistemi in una coppia con pavimenti ad acqua calda. Se non si vuole rinunciare ai radiatori, si può aumentare il numero di sezioni (due volte circa) o riscaldare il refrigerante.
Per fornire acqua calda alla casa e per il riscaldamento dell’acqua si possono utilizzare collettori solari (piani e tubolari).
Ora parliamo dei tipi di collettori solari. Strutturalmente si distinguono due modifiche:
In ognuno dei gruppi ci sono variazioni sia nei materiali che nel design, ma il principio di azione è lo stesso: sui tubi scorre il refrigerante, che viene riscaldato dal sole. Solo che i progetti sono completamente diversi.
Collettori solari piani
These solar heating units have a simple design and therefore it is possible to make them with your own hands if desired. A sturdy bottom is fixed on a metal frame. A layer of thermal insulation is laid on top. Insulated to reduce losses and the walls of the body. Then comes a layer of adsorber — a material that absorbs solar radiation well, turning it into heat. This layer is usually black in color. On the adsorber are fixed pipes, through which the coolant flows. From above, the whole structure is closed with a transparent lid. The material for the cover can be tempered glass or one of the plastics (most often it is polycarbonate). In some models, the light-transmitting material of the cover can undergo special treatment: to reduce reflectivity, it is made not smooth, but slightly matte.
Design of a flat-plate solar collector
I tubi di un collettore solare piano sono solitamente disposti a serpentina, con due aperture — ingresso e uscita. Si possono realizzare collegamenti a uno o due tubi. È come si preferisce. Ma per il normale scambio di calore è necessaria una pompa. È possibile anche un sistema a gravità, ma sarà molto inefficiente a causa della bassa velocità del refrigerante. Questo tipo di collettore solare viene utilizzato per il riscaldamento, anche se può essere utilizzato per riscaldare in modo efficiente l’acqua per l’ACS.
Esiste una variante del collettore a gravità, ma viene utilizzata principalmente per il riscaldamento dell’acqua. È chiamato anche collettore solare in plastica. Si tratta di due piastre di plastica trasparente, chiuse ermeticamente sul corpo. All’interno è predisposto un labirinto per l’avanzamento dell’acqua. A volte il pannello inferiore è dipinto di nero. Ci sono due fori — di ingresso e di uscita. L’acqua viene immessa, riscaldata dal sole mentre si muove attraverso il labirinto, ed esce già calda. Questa soluzione funziona bene con un serbatoio d’acqua e riscalda facilmente l’acqua per l’ACS. È un sostituto moderno del tradizionale barile installato su una doccia estiva. Ed è anche un sostituto più efficiente.
Un collettore in plastica per riscaldare l’acqua
Quanto sono efficienti i collettori solari? Tra tutti gli impianti solari domestici, oggi hanno i risultati migliori: la loro efficienza è del 72-75%. Ma non tutto è così buono:
- non funzionano di notte e non funzionano bene con il tempo nuvoloso;
- elevate perdite di calore, soprattutto in condizioni di vento;
- bassa riparabilità: se qualcosa si guasta, è necessario sostituire una parte significativa o l’intero pannello.
Tuttavia, il riscaldamento di una casa privata grazie al sole viene spesso effettuato con l’aiuto di questi impianti solari. Questi impianti sono molto diffusi nei Paesi meridionali con radiazioni attive e temperature positive in inverno. Per i nostri inverni non sono adatti, ma nella stagione estiva danno buoni risultati.
Collettore d’aria
Questo impianto può essere utilizzato per il riscaldamento ad aria della casa. Strutturalmente è molto simile al collettore di plastica descritto in precedenza, ma fa circolare e riscalda l’aria al suo interno. Questi dispositivi vengono appesi alle pareti. Possono agire in due modi: se il riscaldatore solare ad aria è ermetico, l’aria viene prelevata dalla stanza, riscaldata e riportata nella stessa stanza.
Il collettore d’aria è installato sulla parete sud
Esiste un’altra opzione. Combina il riscaldamento con la ventilazione. Ci sono dei fori nell’involucro esterno del collettore d’aria. Attraverso di essi, l’aria fredda entra nella struttura. Passando attraverso il labirinto, viene riscaldata dai raggi solari e quindi entra nella stanza.
Questo tipo di riscaldamento della casa sarà più o meno efficace se l’installazione occuperà l’intera parete meridionale e non ci sarà ombra su questa parete.
Collettori a tubo
Anche in questo caso il refrigerante circola attraverso dei tubi, ma ognuno di questi tubi di scambio termico è inserito in un pallone di vetro. Sono tutti collegati in un collettore, che è essenzialmente un pettine.
Schema di un collettore tubolare (fare clic per ingrandire l’immagine)
I collettori tubolari hanno due tipi di tubi: coassiali e a piuma. I tubi coassiali — tubo nel tubo — sono annidati uno dentro l’altro e i loro bordi sono sigillati. All’interno tra le due pareti si crea un ambiente rarefatto privo di aria. Per questo motivo questi tubi sono chiamati anche tubi a vuoto. Un tubo a piuma è un normale tubo sigillato su un lato. Si chiamano tubi a piuma perché, per aumentare il trasferimento di calore, vi si inserisce una piastra adsorbente che ha i bordi curvi e assomiglia a una piuma.
Inoltre, diversi tipi di scambiatori di calore possono essere inseriti in diversi involucri. I primi sono i condotti di calore Heat-pipe. Si tratta di un sistema completo per convertire la luce solare in energia termica. L’heat-pipe è un tubo di rame cavo di piccolo diametro, sigillato a un’estremità. All’altra estremità si trova una punta solida. Il tubo è riempito con una sostanza con un basso punto di ebollizione. Quando viene riscaldata, la sostanza inizia a bollire, una parte di essa passa allo stato gassoso e risale il tubo. Durante il percorso dalle pareti riscaldate del tubo, la sostanza diventa sempre più calda. Arriva in cima, dove rimane per qualche tempo. Durante questo periodo, il gas trasferisce parte del calore alla punta massiccia, si raffredda gradualmente, si condensa e si deposita, dove il processo si ripete nuovamente.
Schema di un condotto termico Heat-pipe
Il secondo metodo, quello a U, è un tubo tradizionale riempito di fluido termovettore. Qui non ci sono novità o sorprese. Tutto è come al solito: da un lato entra il liquido refrigerante, che passa attraverso il tubo, riscaldato dalla luce solare. Nonostante la sua semplicità, questo tipo di scambiatore di calore è più efficiente. Ma viene utilizzato meno spesso. E tutto questo perché gli scaldacqua solari di questo tipo sono un’unica unità. Se un tubo è danneggiato, è necessario sostituire l’intera sezione.
I collettori a tubi di calore sono più costosi e meno efficienti, ma vengono utilizzati più spesso. Questo perché un tubo danneggiato può essere sostituito in un paio di minuti. Inoltre, se si utilizza un bulbo coassiale, anche il tubo può essere riparato. È sufficiente smontarlo (rimuovendo il tappo superiore) e sostituire l’elemento danneggiato (il canale di calore o la lampadina stessa) con uno riparabile. Il tubo viene quindi reinserito.
Un normale tubo a U è il canale di calore più efficiente.
Qual è il collettore migliore per il riscaldamento
Per le regioni meridionali con inverni miti e molti giorni di sole all’anno, il collettore piano è l’opzione migliore. In questi climi, infatti, si registrano le prestazioni più elevate.
Per le regioni con climi più rigidi, sono adatti i collettori a tubi. I sistemi a tubi di calore sono più adatti agli inverni rigidi: riscaldano anche di notte e anche in caso di tempo nuvoloso, raccogliendo la maggior parte dello spettro della radiazione solare. Non temono le basse temperature, ma l’intervallo di temperatura esatto deve essere specificato: dipende dalla sostanza presente nel canale di calore.
Questi sistemi, con un calcolo competente, possono essere i principali, ma più spesso fanno solo risparmiare il costo del riscaldamento da un’altra fonte di energia a pagamento.
I sistemi solari tubolari sono più adatti alla Russia
Un altro sistema di riscaldamento ausiliario può essere un collettore d’aria. Può essere realizzato nell’intera parete ed è facilmente realizzabile con le proprie mani. È perfetto per riscaldare un garage o una casa estiva. I problemi di riscaldamento insufficiente possono sorgere non in inverno, come ci si aspetta, ma in autunno. Con il gelo e la neve, l’energia del sole è molte volte superiore a quella di un tempo nuvoloso e piovoso.
Pannelli solari
Quando sentiamo le parole «energia solare» pensiamo prima di tutto a batterie che convertono la luce in elettricità. E questo avviene grazie a speciali convertitori fotovoltaici. Sono prodotti dall’industria a partire da diversi semiconduttori. Il più delle volte per l’uso domestico si utilizzano celle fotovoltaiche al silicio. Hanno il prezzo più basso e mostrano un rendimento abbastanza decente: 20-25%.
I pannelli solari per le abitazioni private sono comuni in alcuni Paesi.
L’uso diretto dei pannelli solari per il riscaldamento è possibile solo se si collega la caldaia o un altro dispositivo di riscaldamento a corrente elettrica a questa fonte di corrente. I pannelli solari, in combinazione con le batterie elettriche, possono anche essere integrati nel sistema di alimentazione elettrica dell’abitazione, riducendo così le bollette mensili. In linea di principio, è possibile soddisfare completamente le esigenze della famiglia grazie a questi impianti. Solo che sono necessari molti fondi e molto spazio. In media, da un metro quadrato di pannello si possono ottenere 120-150W. Ecco e contate quanti quadrati del tetto o del territorio adiacente dovrebbero essere occupati da questi pannelli.
Caratteristiche del riscaldamento con il solare termico
Molte persone dubitano della fattibilità di un sistema di riscaldamento solare. L’argomento principale è che è costoso e non si ripagherà mai da solo. Sul fatto che sia costoso, dobbiamo essere d’accordo: i prezzi delle attrezzature non sono piccoli. Ma nessuno vi impedisce di iniziare in piccolo. Ad esempio, per valutare l’efficacia e la praticità dell’idea di realizzare da soli un impianto di questo tipo. I costi sono minimi e avrete una conoscenza diretta. A quel punto potrete già decidere se vale la pena di impegnarsi in tutto questo oppure no. Ecco il punto: tutti i messaggi negativi provengono da teorici. Di praticanti non ne ho incontrato nemmeno uno. Ci sono chiarimenti attivi sui modi per migliorare, modifiche, ma nessuno ha detto che l’idea è inutile. Questo la dice lunga.
Per quanto riguarda il fatto che l’installazione di un sistema di riscaldamento solare non si ripagherà mai da sola. Finché il periodo di ammortamento
Se si accende un impianto solare in parallelo alla rete elettrica centralizzata, si può risparmiare una discreta quantità di denaro.
Il periodo di ammortamento nel nostro Paese è lungo. È paragonabile alla durata di vita dei collettori solari o delle batterie. Ma se guardiamo alla dinamica di crescita dei prezzi di tutti i vettori energetici, possiamo ipotizzare che presto si ridurrà a termini abbastanza accettabili.
Ora si tratta di capire come realizzare il sistema. Prima di tutto, è necessario determinare il fabbisogno di calore e di acqua calda della casa e dei sette ambienti. Il metodo generale per calcolare il sistema di riscaldamento solare è il seguente:
- Sapendo in quale regione si trova la casa, si può scoprire quanta luce solare cade su 1m 2 di superficie in ogni mese dell’anno. Gli specialisti chiamano questo dato insolazione. Sulla base di questi dati, è possibile stimare il numero di pannelli solari necessari. Ma prima è necessario determinare la quantità di calore necessaria per la preparazione dell’acqua calda e il riscaldamento.
- Se avete un contatore dell’acqua calda, sapete quanta acqua calda consumate ogni mese. Prendete i dati del consumo medio del mese o calcolate il consumo massimo, a voi la scelta. Dovreste anche disporre di dati sulla dispersione termica della vostra casa.
- Date un’occhiata ai riscaldatori solari che vorreste installare. Con i dati sulle loro prestazioni, sarete in grado di determinare approssimativamente il numero di celle necessarie per coprire il vostro fabbisogno.
Oltre a determinare il numero di componenti del sistema solare, è necessario determinare anche il volume del serbatoio che immagazzinerà l’acqua calda sanitaria. Questo può essere fatto facilmente conoscendo il consumo effettivo della vostra famiglia. Se avete un contatore per l’acqua calda sanitaria e disponete di dati per diversi anni, potete calcolare il consumo medio al giorno (consumo medio al mese diviso per il numero di giorni). Questo è approssimativamente il volume del serbatoio di cui avete bisogno. Tuttavia, il serbatoio dovrebbe avere una riserva del 20% circa. Per ogni evenienza.
Schema di principio del riscaldamento di una casa con collettori solari
Se non c’è l’acqua calda sanitaria o il contatore, si possono usare le norme di consumo. Una persona al giorno consuma in media 100-150 litri di acqua. Sapendo quante persone vivono stabilmente nella casa, si calcolerà il volume necessario del serbatoio: la norma viene moltiplicata per il numero di abitanti.
Va subito detto che per la fascia media della Russia è razionale (in termini di ritorno dell’investimento) un sistema di riscaldamento solare, che copre circa il 30% del fabbisogno di calore e fornisce completamente acqua calda. Si tratta di un risultato medio: in alcuni mesi il riscaldamento sarà fornito per il 70-80% dal sistema solare, e in alcuni mesi (dicembre-gennaio) solo per il 10%. Anche in questo caso, molto dipende dal tipo di pannelli solari e dalla regione in cui si vive.
E non si tratta solo di «nord» o «sud». Si tratta del numero di giorni di sole. Ad esempio, nella freddissima Chukotka, il riscaldamento solare sarà molto efficace: lì il sole splende quasi sempre. Nel clima molto più mite dell’Inghilterra, con nebbie perenni, la sua efficienza è estremamente bassa.
Nonostante i molti critici che affermano che l’energia solare è inefficiente e il periodo di ammortamento è troppo lungo, sempre più persone passano almeno in parte a fonti alternative. Oltre al risparmio, molti sono attratti dall’indipendenza dallo Stato e dalla politica dei prezzi. Per non rimpiangere le somme vanamente investite, potete prima condurre un esperimento: realizzate con le vostre mani uno degli impianti solari e decidete da soli quanto vi attrae (o meno).
Data di pubblicazione: 12-8-2023
Data di aggiornamento: 12-8-2023
