Un impianto diretto (a circuito aperto) pompa attraverso i collettori l'acqua potabile stessa. Un impianto indiretto (a circuito chiuso) fa circolare nei collettori una miscela di glicole propilenico e cede il calore attraverso un serpentino nell'accumulo. L'impianto indiretto è lo standard ovunque ci siano gelo o acqua dura: una miscela al 40% di glicole protegge il circuito fino a circa −20 °C, al prezzo di pochi punti percentuali di resa.
Qual è la differenza tra circolazione solare diretta e indiretta?
La differenza sta in ciò che scorre nel collettore. In un impianto diretto, detto anche a circuito aperto, l'acqua potabile che esce dal rubinetto viene pompata sul tetto, riscaldata nell'assorbitore e rimandata all'accumulo. In un impianto indiretto a circuito chiuso il circuito del collettore è un anello sigillato riempito di acqua miscelata con glicole propilenico: non tocca mai l'acqua potabile e cede il proprio calore attraverso uno scambiatore a serpentino all'interno dell'accumulo.
Tutto il resto discende da questa unica scelta. Gli impianti diretti sono più semplici e leggermente più efficienti perché non c'è alcuno scambiatore di calore tra sole e accumulo. Gli impianti indiretti tollerano gelo, acqua dura e stagnazione, ed è per questo che dominano tutti i mercati europei a nord della linea dell'olivo.
Quando un impianto diretto è la scelta giusta?
Nei climi senza gelo con acqua dolce, e soprattutto per installazioni a basso costo o di grande volume. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti è esplicito sulla ripartizione: circolazione diretta per i climi senza gelo, indiretta dove servono un fluido termovettore e uno scambiatore di calore. Senza uno scambiatore da attraversare, un impianto diretto cede il calore del collettore direttamente all'accumulo, quindi il collettore lavora qualche grado più freddo e perciò qualche punto percentuale più efficiente: un vantaggio reale, reso visibile dalla curva di rendimento del collettore.
I rischi sono altrettanto chiari. Un solo gelo forte può spaccare un assorbitore; un'acqua con durezza superiore a circa 200 mg/L incrosta i canali dell'assorbitore alle temperature di 60–80 °C che il collettore raggiunge ogni giorno; e l'intero circuito è potabile, quindi ogni componente deve essere idoneo al contatto con l'acqua potabile.
Quando serve un impianto indiretto?
Ogni volta che il collettore può scendere sotto 0 °C, ogni volta che l'acqua di rete è dura o aggressiva e ogni volta che l'impianto può andare in stagnazione. Nell'Europa centrale, di fatto sempre. Il circuito a glicole è piccolo, in genere 20–60 litri, quindi può essere dosato, controllato e sostituito come materiale di consumo, mentre l'acqua potabile resta nell'accumulo.
Gli impianti indiretti rendono anche la stagnazione sopportabile. Quando l'accumulo è pieno e la pompa si ferma, il fluido del collettore bolle e viene spinto nel vaso di espansione; un circuito ben progettato si riempie semplicemente di nuovo e riparte quando si raffredda. Fare lo stesso con acqua potabile in un impianto a circuito aperto significa calcare, corrosione e un problema igienico.
Diretto, indiretto o drain-back: il confronto
| Diretto (circuito aperto) | Indiretto (circuito chiuso) | Drain-back | |
|---|---|---|---|
| Fluido nel collettore | Acqua potabile | Acqua + 33–45% di glicole propilenico | Acqua (o glicole), svuotata a impianto fermo |
| Protezione antigelo | Nessuna | Fino a circa −20 °C con miscela al 40% | Assoluta: il collettore è vuoto a riposo |
| Tolleranza all'acqua dura | Scarsa sopra ~200 mg/L | Completa | Completa |
| Perdita dello scambiatore | Nessuna | 3–8% della resa | Ridotta |
| Manutenzione | Decalcificazione | Controllo del fluido ogni 2 anni, sostituzione ogni 5–8 | Controllo del fluido, più verifica delle pendenze |
| Mercato tipico | Mediterraneo, Medio Oriente, tropici | Europa centrale e settentrionale | Europa centrale, autocostruttori |
E il drain-back come terza opzione?
Un sistema drain-back è un compromesso elegante: il circuito dei collettori si svuota in un piccolo serbatoio ogni volta che la pompa si ferma, così l'assorbitore è asciutto, quindi non può gelare né bollire, di notte, durante un'interruzione di corrente e durante la stagnazione. Il prezzo da pagare è la disciplina. Ogni tubo deve avere una pendenza continua verso il serbatoio del 2–4%, la pompa deve essere abbastanza potente da sollevare il fluido fino al tetto a ogni avviamento e il collettore deve essere certificato come idoneo al drain-back.
Che cosa richiede ciascuna opzione all'accumulo?
Gli impianti diretti richiedono un accumulo che sia esso stesso idoneo all'acqua potabile e, idealmente, protetto dal calcare. Gli impianti indiretti richiedono una superficie di scambio sufficiente: preveda circa 0,15–0,2 m² di serpentino per m² di area di apertura del collettore, posizionato nel terzo inferiore dell'accumulo, in modo che incontri l'acqua più fredda e preservi la stratificazione. Un serpentino sottodimensionato è il motivo più comune per cui un campo di collettori correttamente dimensionato rende meno del previsto: il calore viene prodotto ma non riesce a entrare nell'acqua abbastanza in fretta, così il collettore lavora a temperature elevate e il suo rendimento cala.
Solimpeks costruisce impianti indiretti a circolazione forzata per i mercati europei con gelo e unità TSM a circolazione naturale per i mercati a clima caldo: il TSM scalda l'acqua sanitaria attraverso uno scambiatore in AISI 316L anziché farla passare nel collettore, e a cambiare di più tra i due casi è la specifica dell'accumulo, non quella del collettore.
Domande frequenti
Uno scaldacqua solare diretto è più efficiente di uno indiretto?
Leggermente. Eliminare lo scambiatore di calore permette al collettore di lavorare qualche grado più freddo a parità di temperatura dell'accumulo, il che vale in genere il 3–8% della resa annua. Quel vantaggio sparisce la prima notte di gelo in un clima con gelate, ed è per questo che gli impianti indiretti sono lo standard nell'Europa centrale e settentrionale.
Posso convertire un impianto diretto in indiretto?
Sì, ma di solito significa cambiare l'accumulo. La conversione richiede un accumulo con serpentino solare (oppure uno scambiatore a piastre esterno più una seconda pompa), un vaso di espansione chiuso dimensionato per la stagnazione e una carica di glicole. In pratica la maggior parte delle conversioni avviene quando il bollitore viene comunque sostituito.
Quale concentrazione di glicole deve usare un impianto indiretto?
Glicole propilenico per uso solare al 33–45% in volume, con protezione antigelo da circa −15 °C a −25 °C. Non usi mai glicole etilenico per auto: è tossico e il suo pacchetto di inibitori non è progettato per i 150 °C e oltre che raggiunge un collettore in stagnazione.
I tubi sottovuoto cambiano la scelta tra diretto e indiretto?
La rafforzano. I tubi sottovuoto raggiungono temperature di stagnazione più alte dei collettori piani, quindi il fluido è sollecitato di più e l'acqua potabile nell'assorbitore è un'idea ancora peggiore. Quasi tutti i sistemi a tubi venduti nei climi con gelate sono indiretti.