Uno scaldacqua solare a circolazione naturale (termosifone) fa circolare il fluido per sola differenza di densità: il fluido riscaldato nel collettore diventa più leggero e sale in un accumulo montato sopra di esso, mentre il fluido più freddo scende per essere riscaldato di nuovo. La base dell'accumulo deve trovarsi ad almeno 30 cm sopra la parte alta dell'assorbitore. I sistemi a circolazione naturale dominano il riscaldamento solare dell'acqua nel Mediterraneo, in Asia al di fuori della Cina, in America Latina e nell'Africa subsahariana.
Come funziona la circolazione naturale senza pompa?
Il calore rende l'acqua più leggera, ed è tutto il meccanismo. L'acqua a 80 °C è circa il 3% meno densa di quella a 20 °C, e in un circuito verticale chiuso questa differenza basta a muovere il fluido: il liquido scaldato dal sole nell'assorbitore sale nell'accumulo sovrastante, e il liquido più freddo dal fondo dell'accumulo scende a prenderne il posto.
La pressione motrice si misura in millibar, non in bar, quindi un progetto a circolazione naturale deve rimuovere ogni ostacolo che un circuito con pompa può ignorare. Significa diametri generosi delle tubazioni (22–28 mm anziché 15 mm), percorsi dei tubi brevi, una pendenza continua verso l'alto dal collettore all'accumulo senza avvallamenti che possano intrappolare aria e il minor numero possibile di curve, valvole e raccordi. Il flusso si regola poi da sé: un sole intenso produce una differenza di temperatura maggiore, una circolazione più rapida e più calore fornito; un sole debole lascia il circuito al minimo. Un impianto a circolazione forzata richiede una centralina solare e una pompa per imitare proprio questo comportamento.
Dove deve stare l'accumulo?
Sopra il collettore, sempre. La regola empirica è che la base dell'accumulo stia ad almeno 30 cm più in alto della parte alta dell'assorbitore; sotto questo valore la circolazione si blocca e l'impianto ha bisogno di una pompa. È per questo che le unità a circolazione naturale si riconoscono a colpo d'occhio: un accumulo cilindrico orizzontale imbullonato a un telaio direttamente sopra il pannello.
La conseguenza è strutturale, non idraulica. Un'unità a circolazione naturale da 200 L piena pesa 250–300 kg considerando accumulo, telaio, acqua e collettore, concentrati su una piccola area di tetto. Su un tetto a falde con tegole il telaio deve poggiare sui travetti, non sui listelli, e nelle regioni ventose o sismiche il telaio di montaggio è la parte che richiede attenzione ingegneristica. I sistemi a circolazione naturale TSM di Solimpeks sono costruiti in tagli da 120–350 L proprio per questo motivo: l'accumulo è adeguato al fabbisogno della famiglia e non al collettore più grande che riesce a starci.
Che cosa impedisce all'accumulo di raffreddarsi di nuovo di notte?
Una valvola di non ritorno o un'ansa a sifone (heat trap) nelle tubazioni. Dopo il tramonto il gradiente di temperatura si inverte: il collettore diventa la parte più fredda del circuito e, se nulla lo impedisce, il circuito funziona al contrario e cede il calore della giornata al cielo notturno. I sistemi a circolazione naturale ben costruiti usano una valvola unidirezionale, un'ansa a sifone invertita sugli attacchi dell'accumulo, o entrambe.
Le perdite notturne sono anche un problema dell'accumulo. Un accumulo a circolazione naturale sta all'aperto nel vento, quindi la sua dispersione termica conta più di quella di un bollitore interno; 50 mm di poliuretano e un involucro esterno stabile ai raggi UV sono il minimo che vale la pena acquistare.
Circolazione naturale o forzata: quale si adatta al suo sito?
| Criterio | Circolazione naturale | Con pompa (circolazione forzata) |
|---|---|---|
| Elettricità necessaria | Nessuna | Pompa da 20–50 W, 6–10 h/giorno |
| Posizione dell'accumulo | Sopra il collettore, all'esterno | Ovunque, di solito all'interno |
| Tolleranza al gelo | Tipi diretti: solo climi senza gelo; i tipi indiretti con glicole tollerano gelate lievi | Protezione completa con glicole propilenico o drain-back |
| Carico sul tetto | 250–300 kg concentrati | 20–40 kg per collettore |
| Costo di installazione | Il più basso: un kit di fabbrica | Più alto: gruppo di circolazione, centralina, bollitore interno |
| Più adatto a | Mediterraneo, Medio Oriente, Africa, Turchia | Europa centrale e settentrionale, tetti sensibili sotto il profilo architettonico |
La circolazione naturale domina nei mercati soleggiati perché si adatta ai climi in cui il riscaldamento solare dell'acqua è più conveniente. Dove gli inverni sono rigidi, lo stesso fluido che circola per gravità gela anche per gravità, e vince lo schema indiretto con pompa.
Quale certificazione deve avere un sistema a circolazione naturale?
Gli scaldacqua solari prodotti in fabbrica, cioè il kit completo di collettore, accumulo, telaio e raccordi, sono provati e certificati come sistema secondo la EN 12976, non solo come collettore. Il Solar Keymark può essere concesso su questa base, con il collettore stesso provato secondo la ISO 9806. I sistemi con pompa costruiti su misura ricadono nella serie separata EN 12977.
Chieda il certificato del sistema, non solo quello del collettore. Un numero Solar Keymark che copre l'intero sistema prodotto in fabbrica è ciò che dimostra che l'isolamento dell'accumulo, il comportamento al gelo e la resa annua del prodotto assemblato sono stati effettivamente misurati, ed è ciò che i programmi di incentivazione in tutta Europa chiedono di vedere.
Domande frequenti
Uno scaldacqua solare a circolazione naturale funziona d'inverno?
Sì, negli inverni miti. La resa cala con l'irraggiamento, quindi un sistema mediterraneo che copre il 90% del fabbisogno a luglio può coprirne il 30–40% a gennaio, con la resistenza elettrica di integrazione che fornisce il resto. Nei climi con gelo intenso è sicuro solo un sistema a circolazione naturale indiretto con circuito a glicole e accumulo con intercapedine, e di solito la risposta migliore sono i sistemi con pompa.
L'accumulo può essere installato nel sottotetto invece che sul tetto?
Solo se la base dell'accumulo resta comunque sopra la parte alta del collettore e il percorso dei tubi sale in modo continuo. In pratica un'installazione nel sottotetto significa che i collettori devono stare in basso sul tetto, il che raramente funziona. Quando l'accumulo deve andare più in basso, passi a un sistema con pompa.
Quanto tempo impiega un sistema a circolazione naturale a scaldarsi?
La circolazione parte nel giro di pochi minuti da quando il collettore supera la temperatura dell'accumulo, ma un accumulo da 200 L pieno richiede in genere 4–6 ore di buon sole per portarsi da freddo a 55–65 °C. Poiché non c'è una centralina che spegne, l'accumulo continua a caricarsi per tutto il giorno e raggiunge la temperatura massima nel tardo pomeriggio.
I sistemi a circolazione naturale richiedono manutenzione?
Meno dei sistemi con pompa, perché non ci sono pompa, centralina o vaso di espansione che possano guastarsi. I sistemi diretti nelle aree con acqua dura richiedono la decalcificazione del circuito dell'assorbitore; quelli indiretti richiedono un controllo del glicole ogni due anni. Nella stessa visita vanno ispezionati l'anodo dell'accumulo e gli ancoraggi del telaio.