cevitare la stagnazione nei pannelli solari termici

Domande sulle soluzioni impiantistiche e le migliori pratiche del solare termico.

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renzots
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cevitare la stagnazione nei pannelli solari termici

Messaggioda renzots » mer mag 21, 2008 11:40 am

Un saluto a tutti,
premetto che è mia intenzione installare per la mia abitazione a Trieste un impianto solare termico, in grado di fornire acqua calda sanitarie e dare pure un certo contributo al riscaldamento ambienti. Da varie letture e testimonianze, ho cercato di valutare e trovare una soluzione al noto problema della stagnazione, e da profano con qualche cultura tecnica, ho pensato ad una possibile soluzione, che definirei “a circuito di raffreddamento derivato”.

La “stagnazione”, con il surriscaldamento dei pannelli, può verificarsi nelle giornate di forte insolazione estiva nelle seguenti circostanze:

1) quando non vi sia prelievo di acqua calda (vacanze) e di conseguenza, raggiunta la massima temperatura ammessa per l’accumulo, la pompa di circolazione venga arrestata, Con l’impianto dimensionato con elevata superficie di pannelli (per contribuire al riscaldamento ambienti), tale situazione può crearsi molto frequentemente;

2) in caso di distacco dell’energia elettrica per black out, evento tutt’altro che impossibile specie nelle giornate di grande calura. Inoltre non si deve dimenticare che in caso di assenza da casa potrebbero prolungarsi periodi di mancanza di energia per scatto delle protezioni magnetotermiche o differenziali (es. temporali).


La temperatura del fluido stagnante cresce fino a che il pannello raggiunge l’equilibrio termico tra l’energia ricevuta e quella dispersa. Per i pannelli moderni ad alta efficienza e ben isolati, tale temperatura può essere molto elevata, oltre il punto di ebollizione dl fluido. In caso di pannelli a tubi sottovuoto, anche superiore a 200°.

Gli effetti più gravi delle sovratemperature sono il deterioramento delle caratteristiche dell’antigelo (glicole) con formazione di acidi corrosivi, la presenza di sacche di gas irreversibili difficili da evacuare anche dopo la discesa delle temperature, la sollecitazione estrema dei componenti costruttivi (dilatazioni, deterioramento di guarnizioni ed isolanti, ecc.).
Le conseguenze nel tempo sono facilmente prevedibili: invecchiamento precoce se non rottura dei pannelli, perdite di pressione, danneggiamenti a valvole e isolamento termico delle tubazioni, calo drastico del rendimento, congelamento del fluido, ecc.

Si tratta di problemi – di solito poco evidenziati dai costruttori / venditori - che risultano aver messo fuori uso in breve tempo molti impianti anche recenti, specie se costruiti utilizzando componenti economici o in maniera non tecnicamente perfetta.

Le possibili soluzioni di norma suggerite sono diverse e spesso fantasiose, ma non sempre efficaci in tutte le circostanze e non sempre appicabili (a titolo di esempio cito quelle che sembrano più gettonate):

1) dispersione del calore in eccesso: tramite circuito secondario comandato da centralina al superamento di temperatura prefissata nell’accumulo (il calore può essere scaricato in una piscina, nel terreno con serpentino apposito, o nell’atmosfera). Per i casi black out, pompe di circolazione a b.t. alimentate da pannellino fotovoltaico. Soluzione teoricamente efficace ma complessa e sicuramente costosa, interessante per chi possiede una piscina.;

2) ombreggiatura del campo solare: realizzata con “tendine” o schermi ad azione manuale o elettrica. Soluzione sempre artigianale e costosa, non risolve il problema del black out (o della assenza da casa), salvo come sopra ricorrere a un costoso circuito elettrico indipendente a pannelli fotovoltaici.

3) realizzazione di impianto a svuotamento: le case costruttrici propongono impianti che al raggiungimento della massima temperatura (o in caso di mancanza di energia elettrica) prevedono “il rientro” per gravità del fluido primario nel serbatoio, tale rientro avviene anche in caso di bassa insolazione o temperatura, per cui c’è il vantaggio non trascurabile di evitare l’uso dell’antigelo. Di solito prevedono una doppia pompa di circolazione o una pompa potente per garantire, ad ogni ripresa della funzionalità, la mandata del fluido nei pannelli. Sembra una soluzione ottimale, ma non sempre è praticabile: ci sono dei limiti di dislivello tra pannelli ed accumulo, l’impianto deve essere costruito in modo da evitare la formazione di sacche d’aria al riempimento, i consumi elettrici sono superiori e la struttura dei pannelli viene comunque surriscaldata. Nel caso specifico della mia progettata installazione, il posizionamento dell’accumulo in cantina comporterebbe un dislivello eccessivo tra accumulo e pannelli.


La proposta alternativa che ho definito “a circuito di raffreddamento derivato” e che mi accingerei a realizzare sperimentalmente è la seguente:

descrizione dell’impianto:
-pannelli rivolti a sud sono inclinati a 60°;

-classico circuito forzato del fluido primario tra pannelli e serpentino dell’accumulo termico (con pompa di circolazione, valvola di non ritorno, sfiato, sensore di temperatura)

-“dispositivo antistagnazione” costituito da derivazione (che by passa i pannelli) tra l’attacco inferiore e quello superiore. Lungo tale derivazione è posta una valvola di non ritorno che permette la circolazione del fluido nel circuito derivato solo “in discesa” e un radiatore (tipo riscaldamento ambienti) collocato in verticale sul supporto dei pannelli stessi (in posizione ombreggiata durante le ore centrali della giornata);

principio di funzionamento:
durante il normale funzionamento, la circolazione forzata determina che la pressione del fluido al punto di entrata ai pannelli sia superiore rispetto al punto di uscita collocato più in alto. La valvola di non ritorno posta nel circuito derivato impedisce ogni circolazione nello stesso.
In caso di arresto della pompa per qualsiasi motivo (raggiungimento della massima temperatura nell’accumulo o mancanza di energia elettrica), la temperatura del pannello tende a crescere, ma venendo meno la differenza di pressione dovuta alla circolazione forzata, si chiude nella derivazione una circolazione naturale tra pannello e radiatore. L’entità di tale circolazione dipende da:

1) dislivello del circuito derivato e sue caratteristiche fisiche (da determinare);
2) temperatura di equilibrio dei pannelli in condizione di massima temperatura esterna e di massima insolazione (prederminata);
3) superficie radiante dell’elemento disperdente (da determinare);
4) insolazione solare massima per la posizione geografica (prederminata);
5) temperatura massima dell’aria esterna (predeterminata ad es. 35° ).

Maggiore sarà la circolazione indotta e minore sarà la temperatura massima che sarà raggiunta dai pannelli in condizioni di massima insolazione e massima temperatura dell’aria.
Il dimensionamento va equilibrato cercando di evitare per quanto possibile che in caso di bassa temperatura esterna (stagione invernale) durante il normale funzionamento dell’impianto, la pressione di circolazione naturale nel circuito derivato possa superare quella indotta dalla circolazione forzata (a circuito secondario fermo la temperatura nello stesso è pari a quella dell’aria esterna, quindi molto bassa). In tale circostanza si potrebbe attivare una seppur piccola “circolazione derivata passiva”, con raffreddamento e riduzione del rendimento.

In termini di calcolo teorico e dimensionamento, da correlare quindi anche alla prevalenza della pompa di circolazione e alla perdita di carico attraverso i pannelli, la circolazione indesiderata può essere comunque evitata (ad esempio evitando di istallare una pompa di circolazione modulante, che ridurrebbe la pressione di circolazione forzata).

Una soluzione a questo possibile inconveniente, che permette di abbassare la temperatura di stagnazione mantenendo il circolatore modulante, può essere semplicemente il dotare il circuito secondario di valvola manuale (da azionare in primavera e autunno) o elettrocomandata (“normalmente aperta”) ad azionamento termostatico. Oppure valvola termostatica in grado di aprile automaticamente la derivazione esclusivamente in caso di superamento di una determinata soglia di temperatura nel fluido.


La soluzione antistagnazione qui proposta mi sembra semplice ed efficace e presenta certamente un costo limitato.

Avrei molto piacere di uno scambio di opinioni, commenti, critiche, ecc. su questa proposta.

glac
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Iscritto il: sab dic 29, 2007 2:42 pm

Inutilizzo

Messaggioda glac » lun giu 16, 2008 12:14 pm

Buongiorno,
ho un impianto costituito da 2 pannelli Rotex per il solare termico. Nel mese di luglio mi assentero' per 1 settimana, e' consigliabile coprire i pannelli per evitare stagnazioni, visto che in quella settimana non essendo nessuno in casa non ci sara' alcun consumo di acqua ?
Saluti a tutti.

Fabrisi

Re: Inutilizzo

Messaggioda Fabrisi » lun giu 16, 2008 4:04 pm

glac ha scritto:Buongiorno,
ho un impianto costituito da 2 pannelli Rotex per il solare termico. Nel mese di luglio mi assentero' per 1 settimana, e' consigliabile coprire i pannelli per evitare stagnazioni, visto che in quella settimana non essendo nessuno in casa non ci sara' alcun consumo di acqua ?
Saluti a tutti.


Non serve coprirli.. gli impianti a svuotamento sono fatti per non avere problemi di stagnazione.. il mio impianto ha 5 anni e non l'ho mai coperto.

Ciao.
Fabrisi


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