Realizzazione di un impianto solare: variabili di progettazione

Conoscere la capacità produttiva del sistema solare è fondamentale per un corretto inserimento dello stesso nel sistema “casa”.
Che debba servire alla produzione di acqua sanitaria o al riscaldamento di piscine, rimane importante la conoscenza del numero di persone utilizzatrici del sistema o i metri cubi di acqua da scaldare.

Se un sistema di 300 lt con 4 mq è l’ottimale a Torino o Verona, per il risparmio del 80% sul consumo per la produzione del fabbisogno di una famiglia di 4-5 persone, lo stesso sarebbe sicuramente sovradimensionato a Grosseto o a Roma, dove bastano 2,50 mq con un accumulo di 200 lt.
Installare un impianto con accumulo da 300 lt e 4 mq e pretendere di fornire acqua calda sanitaria e magari riscaldare anche una casa di 100 mq è pura utopia, in quanto questa tipologia di impianti risulta sottodimensionata (Vedi grafico SPF alla voce: riscaldamento ambiente pag.35).
Negli edifici residenziali il fabbisogno termico per la produzione di acqua calda sanitaria rimane costante nel corso dell’anno.

Dati di calcolo sul consumo

CONSUMI	Lt. gg pro capite	kcal gg pro capite	MJ gg pro capite	Kwhth gg pro capite	Note
Abitazioni	50	1650	6,9	1,92
Spogliatoi	20	660	2,76	0,767
Uffici	5	165	0,69	0,19
Strutture ricettive	100	3300	13,82	3,84	x stanza
Palestre	35	1155	4,84	1,34	x utilizz.
Lavanderie	6	198	0,83	0,23	x kg lav.
Ristoranti	10	330	1,38	0,38	x coperto
Bar	2	66	0,27	0,078	x cons.

* si ipotizza una fornitura dell’acqua di ingresso pari a 12 °C e una temperatura dell’acqua di fornitura di 45 °C

Comfort basso	35 lt	x persona / giorno
Comfort medio	50 lt	x persona / giorno
Comfort alto	75 lt	x persona / giorno

Nel caso si vogliano collegare all’impianto solare anche lavatrici e lavastoviglie, il fabbisogno deve essere aumentato di:

Lavatrice	20 lt per lavaggio
Lavastoviglie	20 lt per lavaggio

Esempio: una famiglia di quattro persone necessita, per avere un comfort medio, di circa (50 lt x 4=) 200 lt/giorno di acqua calda. Considerando anche la lavatrice si calcolano circa 230 lt / giorno a 45° C.
Negli edifici con funzione ricettiva il fabbisogno di acqua calda è strettamente dipendente dalla presenza di clienti.

Il calcolo del fabbisogno giornaliero viene eseguito sulla presenza media di persone nel periodo compreso tra maggio ed agosto, e su questo dato si effettua il dimensionamento dell’impianto. Anche in questo caso abbiamo dei livelli di standard che andiamo ad applicare:

Ostello	75 lt per stanza/gg
Std. semplice	100 lt per stanza/gg
Std. alto	135 lt per stanza/gg
Std. molto alto	150 lt per stanza/gg

Se la struttura offre anche servizio cucina, il fabbisogno di acqua calda aumenta indicativamente:

Ostello	75 lt per stanza/gg
Std. semplice	100 lt per stanza/gg
Std. alto	135 lt per stanza/gg
Std. molto alto	150 lt per stanza/gg

Se è previsto un circuito di ricircolo per la distribuzione dell’acqua sanitaria calda nell’impianto, allora anche le sue dispersioni devono essere considerate come fabbisogno di acqua calda. È importante calcolare questo dato perché anche la sua dispersione può essere coperta dall’impianto solare.
La quantità di questo surplus di calore dipende strettamente dalla lunghezza del circuito di ricircolo, dalla sua coibentazione e dal tipo di funzionamento (gestione a timer o a temperatura), e deve quindi essere accuratamente stimato di volta in volta.

La potenza radiante del sole prima di entrare nell’atmosfera misura in media 1.367 W/mq e viene chiamata costante solare.
In condizioni di cielo sereno ne arrivano circa 1.000 Wmq sulla superficie terrestre, mentre a cielo completamente coperto l’irraggiamento si riduce a circa 100 Wmq.

Per l’utilizzo solare a scopo termico è interessante la somma della radiazione solare disponibile tutto l’anno.
L’Italia offre condizioni meteorologiche molto buone per l’uso dell’energia solare. Il valore di insolazione compreso tra 1.200 e 1.750 kW/mq per anno presenta una differenza del 40% tra nord e sud, rimanendo in entrambi i casi maggiore del fabbisogno annuo procapite di calore necessario per la preparazione di acqua calda nel residenziale.
Circa il 75% della quantità di energia disponibile è data nei mesi estivi, da aprile a settembre.
La somma della radiazione su una superficie orientata dipende essenzialmente dal suo orientamento (angolo sull’orizzontale e orientamento cardinale).
La somma di radiazione massima si ottiene con una superficie orientata a sud con un angolo di inclinazione di circa 30°. Una superficie con angolo di 45° con orientamento a sud-est o a sud-ovest registra una diminuzione della radiazione globale media annua inferiore al 5%.

Rilevante è la scelta o il vincolo di posizionamento dell’impianto.
Il posizionamento del sistema su falda è sempre la soluzione ottimale sia per esposizione, che per ingombro. I migliori sistemi solari utilizzano collettori con vetri ad alta trasmittanza. Ciò permette l’installazione su falda senza l’utilizzo di antiestetici trespoli (utilizzabili solo su terrazzato, secondo le norme comunali, regionali e per ottenere agevolazioni fiscali) e di beneficiare della possibilità di orientare il sistema non esattamente a sud.

Con una situazione di orientamento ideale (sud, inclinazione 30°) si utilizzano i valori di seguito riportati per dimensionare la superficie del collettore.
Questa viene calcolata in relazione al fabbisogno giornaliero di acqua calda e al tipo di impianto utilizzato.

Zona in Italia	Valore di riferimento per dimensionamento impianto solare a circolazione NATURALE	Valore di riferimento per dimensionamento impianto solare a circolazione FORZATA
Nord	1,00 mq	1,25 mq
Centro	0,69 mq	1,00 mq
Sud	0,5 mq	0,8 mq

Questi valori di riferimento permettono di coprire completamente i fabbisogni durante i mesi estivi (aprile – settembre), per la produzione di acqua calda sanitaria attraverso il solo impianto solare.

Calcolato su tutto l’anno, il risparmio energetico ottenuto è circa del 50-80%.
Per un dimensionamento ottimale di un impianto solare nelle strutture ricettive bisogna utilizzare il valore medio del fabbisogno giornaliero di acqua calda calcolata nei mesi da maggio ad agosto.

S:0° - E/O:90°	0°	15°	30°	45°	60°	75°	90°
0	0,89	0,97	1	0,99	0,93	0,83	0,69
15	0,89	0,96	1	0,98	0,93	0,83	0,69
30	0,89	0,96	0,99	0,97	0,92	0,82	0,70
45	0,89	0,94	0,97	0,95	0,90	0,81	0,70
60	0,89	0,93	0,94	0,92	0,87	0,79	0,69
75	0,89	0,91	0,91	0,88	0,83	0,76	0,66
90	0,89	0,88	0,87	0,83	0,78	0,71	0,62
Bar	2	66	0,27	0,078	x cons.

* Fattori di correzione per l'orientamento dei colletori valevoli solo per la produzione di acqua calda sanitaria

Il bollitore serve a tamponare la differenza tra la presenza dell’irraggiamento e l’utilizzo dell’acqua calda. Serbatoi di ampio volume permettono di superare periodi anche lunghi di brutto tempo. Il volume del serbatoio corrisponderà a circa:

Impianto solare a circolazione naturale	Impianto solare a circolazione forzata
70 - 80 l / mq sup. di collet.	50 - 70 l / mq sup. di collet.

Negli impianti a circolazione forzata il volume in temperatura, cioè la parte di serbatoio che viene mantenuta sempre in temperatura desiderata per l’acqua calda, viene sempre calcolata secondo il fabbisogno giornaliero di acqua calda, ovvero 50 lt/persona.

Esempio:
Torino famiglia di 4 persone Consumo 200 litri/giorno acqua calda a 45°C
Orientamento della falda a 90° ovest
Inclinazione della falda 30%

IMPIANTO SOLARE A CIRCOLAZIONE NATURALE	NATURALE IMPIANTO SOLARE A CIRCOLAZIONE FORZATA
Bollitore 300 litri : 70 Superficie collettore = 4,2 mq	Bollitore 300 litri : 50 Superficie collettore = 6 mq
diviso fattore di correzione come da tabella sopra	diviso fattore di correzione come da tabella sopra
: 0,87 = 4,8 mq	: 0,87 = 6,9 mq
impianto bollitore da 250 litri ideale: pannelli 4 mq	impianto bollitore 300 litri ideal: pannelli 7 mq