Guida al Dimensionamento di un Impianto Solare Termico per ACS e Riscaldamento

Il dimensionamento di un impianto solare termico è un processo cruciale che implica la realizzazione di accurati calcoli al fine di determinare il numero ottimale di pannelli solari termici necessari per rispondere efficacemente al fabbisogno energetico di un'abitazione o di un edificio. Questa valutazione è essenziale non solo per la produzione di Acqua Calda Sanitaria (ACS) ma anche per alimentare impianti di riscaldamento a bassa temperatura, garantendo così un approvvigionamento energetico efficiente e sostenibile. Nel corso di questo articolo, forniremo delle linee guida fondamentali per orientarsi in questa fase di progettazione, assicurando che l'impianto solare termico sia non solo adeguato alle necessità attuali ma anche capace di adattarsi a potenziali futuri aumenti del consumo energetico.

Come dimensionare un impianto solare termico

La fase di dimensionamento di un impianto solare termico è cruciale per garantire che il sistema installato possa soddisfare in modo efficiente ed economico il fabbisogno termico di un edificio. Il processo di dimensionamento implica la definizione del numero e delle dimensioni dei pannelli solari termici necessari, considerando le specifiche necessità energetiche dell'edificio. Queste includono la produzione di Acqua Calda Sanitaria (ACS) e il supporto al sistema di riscaldamento, particolarmente quelli a bassa temperatura.

Il dimensionamento efficace di un impianto solare termico segue alcuni principi fondamentali:

GRADO DI AUTONOMIA	È impraticabile aspirare a un impianto che copra il 100% del fabbisogno termico annuale dell'edificio a causa delle variazioni climatiche che comportano periodi di minore irradiazione solare. Integrare il sistema solare termico con generatori di calore supplementari, quali caldaie o pompe di calore, consente di ottenere una fornitura di calore costante. L'obiettivo è raggiungere un grado di autonomia che varia tra il 60% e l'80%.
INCLINAZIONE E ORIENTAMENTO DEI PANNELI	L'angolazione ideale dei pannelli solari termici si situa generalmente tra i 25° e i 35°, ma le caratteristiche architettoniche degli edifici possono limitare la possibilità di raggiungere tale inclinazione. L'orientamento sud è preferibile per massimizzare l'esposizione solare; tuttavia, alcune installazioni possono necessitare di orientamenti est-ovest o, in casi meno ideali, nord.
SOPRALLUOGO TECNICO	Un'accurata valutazione in loco è indispensabile per determinare le condizioni ottimali per l'installazione dei pannelli, considerando inclinazione e orientamento. Solo attraverso un sopralluogo eseguito da tecnici esperti è possibile effettuare un dimensionamento preciso.

Il processo di dimensionamento deve inoltre tener conto di variabili aggiuntive come il numero di occupanti dell'edificio, le loro abitudini di consumo, la frequenza d'uso di apparecchiature che richiedono acqua calda e le specifiche condizioni climatiche della zona. Per facilitare questo calcolo, si ricorre spesso a tabelle di dimensionamento che aiutano a stabilire sia il fabbisogno di ACS che la dimensione adeguata dell'impianto.

Dimensionamento solare termico per ACS

La chiave per realizzare un sistema solare termico efficiente per l'ACS sta nel determinare con precisione il fabbisogno giornaliero di acqua calda, che dipende da una serie di fattori specifici per ogni nucleo familiare che includono:

la dimensione della famiglia;
le abitudini di consumo;
la frequenza d'uso di elettrodomestici che necessitano di acqua calda;
il consumo medio di acqua calda per persona, (tra i 50 e i 70 litri giornalieri).

Per calcolare le dimensioni ottimali dell'impianto, è fondamentale considerare la capacità produttiva di un collettore solare, che si attesta mediamente tra 80 e 130 litri di acqua calda per ogni metro quadrato di pannello al giorno. Attraverso questa valutazione, si può arrivare a una stima preliminare del numero di pannelli necessari per soddisfare il fabbisogno di ACS dell'abitazione.

Successivamente, il dimensionamento del serbatoio di accumulo assume un'importanza cruciale. Questo componente deve essere adeguatamente dimensionato per immagazzinare un volume di acqua calda sufficiente a coprire il fabbisogno durante i periodi di minore irradiazione solare, come le ore notturne o le giornate caratterizzate da cielo nuvoloso. La funzione del serbatoio di accumulo è dunque di raccogliere e conservare l'energia termica prodotta dai pannelli solari, rendendola disponibile al momento del bisogno e massimizzando così l'efficacia dell'approvvigionamento energetico solare.

Esempio di calcolo

Per esemplificare il processo di dimensionamento di un impianto solare termico dedicato alla produzione di Acqua Calda Sanitaria (ACS). Supponiamo di avere una casa di 4 persone con un consumo medio giornaliero di 50 litri d'acqua a testa, e dei pannelli abbastanza efficienti da poter assicurare una produzione media di 100 litri per metro quadrato.

Considerando l'obiettivo di raggiungere un grado di autonomia compreso tra il 60% e l'80%, e i giorni con minor irradiazione solare, è prudente prevedere un certo grado di sovradimensionamento. Quindi, potremmo optare per installare circa 3-4 metri quadrati di pannelli solari termici per avere una maggiore flessibilità e sicurezza energetica.

Il serbatoio di accumulo dovrebbe essere dimensionato per immagazzinare almeno uno o due giorni di consumo di acqua calda, per garantire una fornitura adeguata anche in giorni consecutivi senza sole. Per la nostra famiglia di 4 persone, con un fabbisogno di 200 litri al giorno, un serbatoio di 400-500 litri sarebbe adeguato per coprire le esigenze durante i periodi di scarsa produzione solare.

Riassumendo:

il fabbisogno giornaliero di ACS è di 200 litri;
la produzione media per metro quadrato di pannello è di 100 litri;
i metri quadrati di pannelli solari termici necessari sono 3-4 metri quadrati (con sovradimensionamento);
la capacità del serbatoio di accumulo consigliata è di 400-500 litri;

Questo esempio illustra un approccio metodico per il dimensionamento di un impianto solare termico per la produzione di ACS in una casa di medie dimensioni. Ricordiamo che questi calcoli sono indicativi e dovrebbero essere adattati alle condizioni specifiche di ogni situazione.

Dimensionamento solare termico per riscaldamento

La progettazione di un sistema che copra tanto il fabbisogno di acqua calda sanitaria quanto quello di riscaldamento richiede un'attenta valutazione delle necessità energetiche complessive. Ciò comporta un inevitabile incremento della superficie dei pannelli solari, proporzionale all'aumento del bisogno di energia termica necessaria non solo per la produzione di acqua calda ma anche per il riscaldamento degli spazi abitativi.

In pratica, ciò significa che, optando per un impianto solare termico dual-use, ossia sia per usi sanitari che per il riscaldamento, è necessario prevedere un'espansione non solo della superficie dei pannelli ma anche della capacità del serbatoio di accumulo.

Esempio di calcolo

Per illustrare un esempio di calcolo per il dimensionamento di un impianto solare termico dedicato sia alla produzione di acqua calda sanitaria (ACS) che al riscaldamento a pavimento, prendiamo in considerazione una casa di 100 metri quadrati abitata da 4 persone. Questo esempio fornirà un quadro generale delle dimensioni richieste per i pannelli solari termici e il serbatoio di accumulo.

Supponiamo che il fabbisogno medio giornaliero di ACS per persona sia di 50 litri e che la temperatura di erogazione desiderata sia di 45°C. Per una famiglia di 4 persone il fabbisogno giornaliero totale sarà: Fabbisogno ACS = 50 litri × 4 = 200 litri/giorno
Il fabbisogno energetico per il riscaldamento dipende da vari fattori, tra cui l'isolamento termico dell'edificio e la zona climatica. Per semplicità, consideriamo un fabbisogno medio di 50 kWh/m² all'anno per un riscaldamento a pavimento efficiente in un'abitazione ben isolata. Per una casa di 100 m²: Fabbisogno riscaldamento annuo = 50 kWh/m² × 100 m² = 5000 kWh/anno
Convertendo in fabbisogno giornaliero (dividendo per 365 giorni): Fabbisogno riscaldamento giornaliero ≈ 13,7 kWh/giorno
Supponiamo che un metro quadrato di pannello solare termico possa produrre circa 0,7 kWh di energia termica per ogni ora di pieno sole, e considerando una media di 4 ore di pieno sole al giorno: Produzione pannello giornaliera = 0,7 kWh/m²/ora × 4 ore = 2,8 kWh/m²/giorno
Per coprire il fabbisogno di riscaldamento di 13,7 kWh/giorno: Metri quadrati necessari per riscaldamento ≈ 4,9 m²
Considerando anche il fabbisogno di ACS e un grado di sovradimensionamento per i periodi meno soleggiati, si potrebbe arrivare a un totale di 6-8 m² di pannelli solari termici.
Per un'efficienza ottimale, il serbatoio di accumulo dovrebbe avere una capacità sufficiente per immagazzinare almeno due giorni di fabbisogno energetico. Considerando il fabbisogno combinato di ACS e riscaldamento, un serbatoio da 1000-1500 litri sarebbe adeguato per garantire una copertura energetica sufficiente anche nei giorni meno soleggiati.

Questo esempio fornisce una panoramica generale del processo di calcolo e dimensionamento per un impianto solare termico dedicato sia alla produzione di ACS che al riscaldamento. Tuttavia, per un dimensionamento preciso, sarebbe necessaria un'analisi dettagliata specifica per l'edificio e le sue condizioni climatiche locali