Il riscaldamento solare è un insieme di sistemi che sfruttano la conversione diretta dell’energia solare in energia termica. Vediamo quali sono le tipologie che consentono di abbattere i consumi energetici e l'inquinamento e quali gli utilizzi più indicati.
Il riscaldamento solare è una tecnologia che si avvale dell’energia solare per il riscaldamento di abitazioni e più generalmente di ambienti.
Con maggior precisione essa sfrutta la conversione diretta dell’energia solare in energia termica, esistono, infatti, altri sistemi che trasformano prima l’energia del sole in altre forme, come ad esempio in energia elettrica nel caso dei pannelli fotovoltaici, e successivamente, con una ulteriore conversione, in energia termica. Generalmente il riscaldamento solare non riesce a fornire il 100% dell’ammontare richiesto e perciò richiede una fonte alternativa che integri la quota mancante.
Il sole è una stella che è sede di una reazione di fusione nucleare. Reazione per cui due nuclei di idrogeno si fondono insieme dando luogo ad un nucleo di elio più un notevole quantitativo di energia. L’energia che si libera viene irradiata nello spazio sotto forma di onde elettromagnetiche. Del complessivo ammontare di energia che il sole irraggia nello spazio solo una modesta percentuale raggiunge il nostro pianeta che è distante circa 143.000.000 di Km, quella che realmente raggiunge la superficie terrestre è al massimo 1100 W/m2. La restante parte viene assorbita e diffusa nell’attraversamento degli strati dell’atmosfera terrestre.
I sistemi di riscaldamento solare sono diversificabili in due grosse ma distinte tipologie e precisamente:
Analizziamoli nel dettaglio.
La loro fonte di energia è ovviamente la radiazione del sole che convertono in calore. Per captare ed accumulare detta radiazione i sistemi a riscaldamento solare passivo non usano dispositivi aggiuntivi ma bensì elementi della stessa abitazione.
Elementi che perciò vengono progettati e realizzati con speciali tecnologie.
Un impianto di questo tipo consta essenzialmente dei seguenti elementi:
I sistemi solari passivi si differenziano in:
In questi sistemi la radiazione solare penetra direttamente negli spazi da riscaldare attraverso ampie vetrate trasparenti (collettori) esposte a meridione e, attraversando lo spazio da riscaldare, si converte in calore. Il calore viene immagazzinato in pareti e pavimenti (masse di accumulo) e successivamente ceduto all’ambiente, per convenzione ed irraggiamento, quando la radiazione solare si attenua. L’ambiente deve essere necessariamente dotato di schermature parziali e totali (componenti di controllo). Le prime servono durante l’estate a schermare parte della radiazione solare per impedire eccessivo riscaldamento dell’ambiente, le seconde servono durante la notte a ridurre il calore trasmesso all’esterno. Per un ottimale funzionamento di questo sistema di riscaldamento, ma anche di tutti gli altri che funzionano con il solare, l’edificio deve presentare le seguenti caratteristiche:
In questi sistemi la radiazione solare non penetra all’interno dell’abitazione ma sono le pareti stesse dell’abitazione (costruite con particolari caratteristiche) che la captano senza farla penetrare, e la convertono in calore che viene accumulato e poi trasferito all’interno per irraggiamento e conduzione. Le pareti dell’involucro, quindi, fungono da collettore e da masse di accumulo. Esistono varie configurazioni che consentono alle pareti/tetti dell’involucro di accumulare il calore che si ottiene dalla conversione della radiazione termica incidente captata.
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Muro di Trombe Michel. E’ costituito da una comune parete in calcestruzzo o pietra dotata di massa considerevole, tinteggiatura scura ed ovviamente esposizione a Sud.Su questa parete ad una distanza di almeno 10 cm viene montata ermeticamente una vetrata che sia trasparente allo spettro del visibile e vicino all’infrarosso e che rifletta lontano l’infrarosso. Si viene così a configurare una camera d’aria che capta l’energia termica incidente e riscalda la parete scura di accumulo. Il calore accumulato viene poi ceduto all’ambiente interno per irraggiamento e convezione (se si praticano sulla parete di accumulo, alla base ed in alto, delle feritoie che mettono in collegamento camera d’aria ed ambiente interno). Muro ad acqua. E’ fatto da una parete esposta a Sud realizzata con due lastre di vetro dello spessore di un centimetro distanziate di dieci e chiuse lateralmente e superiormente in maniera da racchiudere una cavità riempita di acqua. Il sandwich così ottenuto capta la radiazione solare e la converte in calore che accumula e che poi cede all’ambiente interno. E’ prevista un sistema di tapparelle che si abbassano durante la notte per ridurre la dispersione di calore all’esterno ed una schermatura parziale per l’estate. |
In questo sistema di riscaldamento solare passivo, contrariamente agli altri già esaminati, gli apparati che sovrintendono alla captazione ed accumulo dell’energia del sole non fanno parte dell’edificio da riscaldare ma sono separati da questo. Ed anche se non sono geograficamente isolati dell'edificio da riscaldare non sono tecnicamente fruibili come spazio vivibile. Gli ambienti da riscaldare attingeranno poi il calore da questa sorta di serbatoio separato in funzione delle loro esigenze. Il più comune sistema di questa tipologia di riscaldamento solare passivo è quella che viene denominato Serra o anche Sole-spazio. Esso è costituito da un volume esposto a Sud racchiuso da vetrate. Volume che può essere lontano o adiacente all’edificio da riscaldare ma comunque non utilizzato come abitazione (un uso comune è proprio come serra). Può contenere o meno al suo interno la massa di accumulo. Spesso sono utilizzate come masse di accumulo pareti, pavimenti ed eventuali arredi contenuti nella serra. Sono necessarie tapparelle e schermature per trattenere il calore nelle ore notturne e filtrare parzialmente la radiazione solare nella stagione estiva.
Il riscaldamento con sistema solare attivo utilizza sempre, come quello passivo, l’energia termica messa a disposizione dal sole ma non usa parti dell’involucro dell’edificio da riscaldare per captarla ed accumularla. Per tali funzioni usa invece appositi apparati realizzati con speciali tecnologie.
La principale tecnologia utilizzata è quella del solare termico. Questa, mediante uno speciale dispositivo che è il collettore solare, capta la radiazione solare e la trasforma in energia termica.
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Collettori solari. Sono dispositivi che convertono la radiazione solare in energia termica che successivamente trasferiscono ad un serbatoio di accumulo. Serbatoio da cui può essere prelevata per riscaldare acqua sanitaria. Sono costituiti da una placca metallica di rame o alluminio colorata in nero che assorbe la radiazione solare e la converte in calore. La placca è ricoperta da una lastra di vetro che lascia passare le radiazioni luminose ed infrarosse corte trasportate dai raggi solari e blocca le radiazioni infrarosse lunghe emesse dalla placca quando si riscalda. Il calore ottenuto per conversione dell’energia termica viene asportato dalla placca da un fluido termovettore (solitamente acqua) che circola in una serpentina metallica a stretto contatto con la lastra metallica e stivato in un accumulo. |
Il collettore solare è attraversato da una serie di tubi in cui circola un fluido termovettore. Detto fluido rimuove il calore e lo conduce in un serbatoio di accumulo. Dal serbatoio di accumulo il calore viene prelevato sempre con un fluido termovettore condotto a dispositivi che lo trasmetteranno agli ambienti da riscaldare.
Gli impianti di riscaldamento solari attivi funzionano a bassa temperatura per cui non sono molto performanti se si usano come elementi radianti i termosifoni che trasferiscono calore all’ambiente principalmente per convenzione e che funzionano a temperature di circa 80°C. La loro efficienza migliora nettamente quando utilizzano serpentine interrate nel pavimento o pannelli radianti.
Puoi approfondire le caratteristiche del riscaldamento radiante.
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Pannelli radianti. Sono dispositivi di riscaldamento che trasferiscono il calore all’ambiente per irraggiamento. Il calore viene addetto all’elemento radiante mediante una tubazione a serpentina posta a stretto contatto dietro l’elemento o annegata in esso. Tubazione in cui scorre il fluido termovettore caldo. Le temperature di esercizio di detti dispositivi sono basse e comprese tra i 30°C ed i 35°C.Esistono tre tipologie di pannelli radianti: a pavimento, a parete o a soffitto. |
Come si è potuto appurare i sistemi di riscaldamento solare sono molto complicati e variano in maniera notevole da caso a caso per cui il costo va calcolato in funzione della conformazione e dimensione di ogni singolo impianto.
In ogni caso il costo non è trascurabile ma da parte di alcune Regioni sono stati previsti contributi che in qualche caso arrivano a finanziare anche il 50% del costo dell’impianto, mentre a livello di governo centrale è riconosciuto lo sgravio fiscale nelle misura del 55% dell’irpef, sull’importo delle spese finalizzate al risparmio energetico.
Va menzionato in maniera esplicita, anche se è facilmente immaginabile, che il riscaldamento solare per l’aleatorietà implicita nella presenza del sole difficilmente riesce a coprire l’intero ammontare necessario per riscaldare l’abitazione per cui necessita di sistemi di integrazione che solitamente sono a gas.
Ma nonostante tale limitazione consente di abbattere notevolmente i consumi e conseguentemente costi ed inquinamento.
ll risparmio sul totale delle spese di riscaldamento, in presenza di un tradizionale impianto di riscaldamento a termosifoni, è prossimo al 20-25%, percentuale che cresce in presenza di impianti a basse temperatura.
La copertura è totale con riguardo al fabbisogno di acqua calda a scopo sanitario, almeno limitatamente alle stagioni calde.
I sistemi di riscaldamento ad energia solare risultano particolarmente indicati per il riscaldamento delle piscine, in considerazione del loro periodo di utilizzo (giugno-settembre) durante il quale questi impianti fanno registrare il massimo rendimento.
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