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ASSORBITORE TERMOSOLARE "PANDA"
un progetto della serie
Ecointrosofia©  naif e Personal Energy©
di Enzo Galantini Ferrari
Enzo Galantini Ferrari - tutti i diritti riservati
Release 1.1 di domenica 12 gennaio 2003

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Unità di misura impiegate:

nm = nanometro: 1 x 10-9 ; un miliardesimo di metro; un milionesimo di millimetro.

°C = grado Celsius (o centigrado);

kcal = chilocaloria; è la quantità di energia termica in grado di elevare di 1°C un litro d'acqua fra le temperature di 1 e 99 °C (oppure fra le temperature di cristallizzazione ed ebollizione alla pressione data);

kcal/h = chilocaloria / ora; misura la quantità di calore che transita durante l’unità di tempo attraverso un mezzo;

Wt = Watt termico: 0,86 kcal/h;

Wt m2 = Watt termico per metro quadro: misura l'energia termica fornita dal Sole in un momento dato;

Ciao. Se ti va, comincio con un po’ di teoria.

Un assorbitore termosolare (detto comunemente pannello solare) sfrutta la proprietà di una superficie nera (ed opaca) di trasformare in energia termica i raggi solari. La maggior parte di questa energia è fornita dai raggi infrarossi, non visibili dall'occhio umano. Tali frequenze corrispondono ad una lunghezza d'onda fra un millimetro per l'infrarosso lontano, ed i 2,5 nanometri (nm) per quello vicino.

per maggiori dettagli vedi
http://stwww.weizmann.ac.il/lasers/laserweb/
Java/Wavelengthdrag.htm

e anche
http://www.ipac.caltech.edu/Outreach/Edu/outreach.html

La quantità di energia termica che la superficie del dispositivo è in grado di captare è proporzionale al numero di fotoni nell'infrarosso che la colpiscono (provenienti dal sole) e dal seno (trigonometrico) dell'angolo che questi raggi formano rispetto alla superficie captante. Gli altri fotoni vengono riflessi dal cristallo.

Raffreddando con un serpentino percorso da acqua questa superficie nera, si preleva la maggior parte dell'energia termica assorbita, che si può sfruttare per fini di riscaldamento.

La capacità del pannello di recuperare energia termica è in funzione della energia solare (Wt m2), della sua superficie esposta ai raggi, al seno dell'angolo fra superficie e raggi ed il rendimento della macchina termica, che a sua volta dipende dall'assorbimento della vernice nera, della trasparenza del cristallo e da tanti altri fattori che non vale neppure la pena nominare.

Il tuo scopo, caro lettore, è costruire un dispositivo che costi meno di 50 €, quindi i dati che ti ho appena riportato sono per la chiarezza, e non per il progetto. Calcolare il rendimento del pannello, per il momento ci interessa men che nulla. Più avanti, quando avremo acquisito una maggiore esperienza nella costruzione, non ci interesserà ugualmente un piffero, perché ci dovremo concentrare su come farlo costare meno di 40 €…

Per ragioni di semplicità, in questo manualetto mi riferirò ad un impianto per l'integrazione del riscaldamento dell'acqua calda sanitaria.

E per ragioni impiantistiche ti proporrò un solo schema di realizzazione basato su di un boyler col serpentino (o l'intercapedine) pensato e venduto per l’integrazione del riscaldamento con acqua proveniente da una caldaia. Naturalmente, non ha nessuna importanza se questo boyler ha il bruciatore di metano, di GPL (combustione) oppure la resistenza elettrica (effetto Joule).

Naturalmente non è possibile far circolare direttamente l’acqua sanitaria nel pannello, perché il gelo potrebbe distruggere tutto. Non sarebbe intelligente neppure scaldare il pannello con l’acqua calda per prevenire il gelo…

Accontentiamoci di recuperare l’energia che il Sole ci regala, senza esagerare e complicare. E’ già complicato accontentarsi.

 

IL PANNELLO PANDA

Figura 1: telaio, cristallo, lamiera e serpentino, cassa, coibentazione e fondo
Un pannello solare è costituito da un telaio, quadrato o rettangolare, che contiene i componenti a strati. Lo strato superiore è costituito dal cristallo che lascia filtrare i raggi solari e che forma la camera d'aria necessaria ad isolare termicamente la superficie di assorbimento raffreddata dal serpentino dell'acqua. Sotto la superficie di assorbimento c'è uno strato di materiale isolante trattenuto da una chiusura di fondo. Il pannello è tutto qui: un cristallo, una lamiera, un tubo piegato, un po' di lana di vetro ed un fondo, il tutto contenuto in una cassa di legno. Deluso? Meglio così.

A dir la verità, occorre anche costruire un supporto per il (o i) pannello (pannelli), ma questo è ancor più deludentemente semplice. L'unica proprietà che deve avere è l'essere robusto: il vento, quando raffica, non perdona l'esilità…

 

 

L’ORIENTAMENTO

A livello puramente teorico, il pannello dovrebbe seguire il Sole ed offrire sempre la superficie del cristallo perpendicolare ai raggi della nostra stella. Questo dispositivo si chiama “montatura equatoriale” ed è stata inventata per i telescopi astronomici.

Naturalmente, durante la notte, questo dispositivo dovrebbe riposizionarsi per essere pronto a captare i raggi del sole all’alba del mattino successivo.

Evidentemente i collegamenti idraulici del pannello dovrebbero essere eseguiti con tubi flessibili di adeguata lunghezza. Poi il dispositivo dovrebbe essere robusto, sopportare il gelo, non fermarsi mai…

Tutto troppo complicato. Tutto abbastanza inutile. Tutto troppo costoso.

Sarà sufficiente esporre il pannello a sud (una bussola andrà più che bene) oppure verso il sole alle dodici (orario solare) o alle undici (orario legale).

Per l’angolo rispetto all’orizzontale le cose si complicano un po’, perché esso dipende dal luogo dove il pannello viene montato e dal periodo dell’anno. Ma andiamo con ordine:

Per sapere la latitudine della tua città (o provincia, non cambia nulla) collegati al sito http://www.corriere.it/meteo/citta.jsp?c=Asti e seleziona la tua provincia.

Annotati la latitudine (esempio: Modena 44,647°) cioè 44,5° ; più che sufficiente.

Con questo angolo (e a Modena) il pannello sarà perfettamente perpendicolare ai raggi il giorno degli equinozi di primavera ed autunno (21 Marzo e 23 Settembre: nei quali ci sono 12 ore di luce e 12 di buio). Il giorno del solstizio d’inverno (21 Dicembre) il sole è più basso dell’angolo della latitudine di 23,5° mentre al solstizio d’estate (21 Giugno) è maggiore sempre di 23,5°. Conviene leggere questi link:

http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Lab/2166/gakdsp1.htm

http://www.geocities.com/CapeCanaveral/Lab/2166/gakdsp2.htm

Per facilitare il compito, pensa che ai Poli il pannello sarebbe verticale e all’Equatore orizzontale.

Non so se ti conviene montare il pannello in modo da seguire tale angolo. Io consiglio di non farlo. Consiglio invece di privilegiare l’estate (più sole e più docce) quindi di posizionare il pannello con un angolo di 11-12 gradi più dell’angolo di latitudine. D’inverno, il numero di ore utili di sole e la nuvolosità, non permetteranno di recuperare un gran chè. Sappi, comunque, che entro questo angolo di 47° (23,5 x 2) si gioca la perpendicolarità dei raggi rispetto alla superficie del pannello. Si può costruire un supporto con tre posizioni: quella centrale pari all’angolo di latitudine e le altre due con 12 gradi in più ed in meno. Sappi anche che questa è una complicazione costosa e che ti costringerà a modificare l’angolo del pannello 4 volte l’anno. Fai tu.

Stai solo molto attento che i collegamenti idraulici flessibili, nelle varie posizioni, non possano formare un “punto alto” ed accumulare aria al loro interno o curve troppo strette e tensioni anomale. Va da sé che anche i fissaggi dovranno essere molto robusti e sicuri: non dimenticarti mai del vento.

Per posizionare il pannello secondo l’angolo (o gli angoli) che hai scelto, basta un goniometro da disegno (quelli trasparenti) ed una livella o un filo a piombo. Ricorda solo che l’angolo della latitudine è riferito alla verticale che passa per il centro della terra. Per determinare l’angolo del piano del cristallo occorre sottrarre l’angolo di latitudine a 90°. Tieni anche conto che un errore di 1 o 2 gradi non sposta nulla. Altro trucchetto: se metti due squadrette sul cristallo accostate sul loro lato perpendicolare al vetro, se il pannello è ben posizionato, alle 12 solari (11 legali) esse non faranno ombra sul cristallo. Semplice? Semplice.

 

DISTINTA MATERIALI PANNELLO:

a - N° 1 cristallo parabrezza o portellone di una FIAT Panda vecchio modello. (vedi nota 1)
b - N° 4 assi in legno recuperato (pallett) alto circa 12 cm e dello spessore di 2 – 2,5 cm.
c - N° 1 lamiera di acciaio al carbonio (lamieraccia) dello spessore di 2,5 – 3 mm, tagliata a misura. (vedi nota 2)
d - N° 1 tubo di rame flessibile (quindi non in barre ma da rotolo) di diametro 14x12 (esterno – interno - spessore 1 mm). Il calcolo della lunghezza lo faremo assieme in seguito.
e - N° 1 quantità sufficiente di lana di vetro o lana di roccia (recuperati)
f - N° 1 chiusura di fondo del pannello, in lamiera spessore 1 mm o compensato marino (recuperato) spessore almeno 3 mm.
g - N° 1 matassina di filo di rame nudo (recuperato) o di ferro dolce, di diametro non inferiore ad 1 mm.
h - N° 1 barattolo di vernice nera opaca (catramina) con temperatura massima di esercizio non inferiore a 120°C.
i - N° 1 serie di tubetti di pasta conduttiva, o pasta per termometri. In un magazzino di materiale idraulico sanno cos’è. Non sognarti nemmeno di comprare pasta conduttiva all’argento per dissipatori di chip elettronici. E’ la stessa che troverai da un grossista di idraulica, ma costerà almeno 10 volte di più!!!
j - N° X confezioni di sigillante al silicone per esterni e per temperatura di esercizio non inferiore a 120°C

ATTREZZATURE NECESSARIE

k - N° 1 Punta da trapano da acciaio diametro 1,5 - 2 mm
l - N° 1 punta da trapano da legno diametro 16 mm

Nota 1: va bene qualsiasi cristallo di veicolo, purchè superficialmente piano. Quello della Panda vecchio modello (posteriore compreso) non è incurvato, quindi va benissimo. Ma va bene anche il cristallo laterale di una portiera di un camion… Naturalmente più è quadrato o rettangolare, meglio è.

Nota 2: cerca un aziendina che lavori carpenteria metallica e lamiera e fattelo tagliare. Non esiste che te lo facciano pagare più di 1 € al kg. Se te lo fai recuperandolo da una vecchia lamieraccia, sei veramente naif.


Figura 2 - Sezione del pannello.

COSTRUZIONE DEL PANNELLO

La prima cosa da fare è prendere le misure del vetro. La cassa in legno deve avere le stesse misure esterne. Il cristallo della Panda è leggermente trapezoidale, ma non è questo un problema. Farai una cassa leggermente trapezoidale. Tutto qui.

La lamiera di 3 mm di spessore, invece, dovrà essere 2 o 3 mm più piccola dell’interno della cassa. Se vai a farti tagliare la lamiera con la cassa come campione e non con le misure del trapezio, non ci saranno problemi. La lamiera di fondo della cassa, quella che tratterrà la coibentazione e che servirà a chiudere il tutto sarà tagliata sulle misure esterne della cassa.

E’ giunto il momento di fare il progettino del serpentino di rame. La versione descrittiva è un po’ complicata, e richiede attenzione.

Tieni conto che la parte più lunga del pannello deve essere orizzontale, quindi i tratti di tubo rettilineo saranno orizzontali (vedi immagine). In questo modo ci saranno meno curve della disposizione opposta. Meno curve e meno energia occorrerà per far circolare l’acqua.

Diamo ora un simbolo ad ogni misura che ci serve:


Figura 3 - Disegno schematico del pannello

Bc = Base maggiore del cristallo rettangolare o base minore del cristallo trapezoidale
Hc = Base minore del cristallo rettangolare o altezza del cristallo trapezoidale
S = Spessore delle assi di legno della cassa
B = Dimensioni dell’interno cassa lato Bc, cioè Bc – 2 x S
H = Dimensioni dell’interno cassa lato Hc, cioè Hc – 2 x S
D = diametro esterno del tubo di rame
Ri = raggio interno delle curve a 180°
L1 = Distanza del primo e dell’ultimo tratto rettilineo di tubo dall’interno cassa
L2 = Distanza fra l’esterno di una curva a 180° e l’interno cassa
L3 = Sporgenza del tubo all’esterno misurato dall’interno cassa

Ora aggiungiamo qualche relazione:
C = conferenza di una curva a 180°
Tr1 = Tratto rettilineo di tubo in uscita o entrata dalla cassa
Tr2 = Tratto rettilineo fra due curve a 180°
Nt = numero di tratti rettilinei di tubo. Deve essere dispari.
Lt = Lunghezza totale del tubo

Quindi :
C = (Ri + D / 2 ) x 3,14 x 2
Tr1 = L3 + B – L2 – C / 2
Tr2 = B – L2 x 2 – C
L1 = (H – Nt x D – Ri x (Nt – 1)) / 2

Consigli spiccioli: L1 dovrebbe essere circa la metà di Ri
Ri deve essere compreso fra 60 e 100 mm
L2 deve essere fra 20 e 40 mm
L3 non può essere meno di 100 mm
Fai vari tentativi per determinare Nt in funzione di Ri. Se sai usare un foglio elettronico, sei a cavallo.

Una volta determinato Nt puoi calcolare esattamente quanto tubo ti serve:
Lt = Tr1 x 2 + Tr2 x (Nt – 2) + Nt x (C / 2)
Semplice? Semplice.

Ora c’è da calcolare i centri delle curve, indispensabili alla loro piegatura.

La distanza fra l’inizio del tubo ed il centro di piegatura della prima curva è uguale a Tr1 + C / 4 mentre la distanza fra due centri di due curve è uguale a Tr2 + C / 2. Facile? Facile.

Segna con un pennarello i centri delle curve, perché ora ti spiegherò come piegarle.

Per prima cosa occorre un cilindro rigido di raggio circa uguale ad Ri, millimetro più, millimetro meno. Occorre molta attenzione e pazienza, perché il tubo tende ad ovalizzarsi ed ammaccasi se lo si piega brutalmente. Occorre procedere piano piano, per gradi, e ad ogni piccola piegatura occorre schiacciare, con una pinza la parte che tende ad ovalizzarsi e farla ritornare di forma circolare. Serviti delle mani e sii progressivo e misurato. Se ammacchi troppo il tubo, ti occorrerà molta più energia elettrica per far circolare l’acqua, e questo non va bene.

Il serpentino è pronto? Bene: prepariamogli la superficie di appoggio. Devi fissare la lamiera circa a metà dell’altezza della cassa. Lo puoi fare con una serie di angolarini di lamiera che avviterai all’interno della cassa su ambo i lati e non fisserai alla lamiera. In questo modo questa sarà libera di dilatarsi. Vedi la Figura 2.

Sei curioso di sapere quanto dilaterà? Il calcolo è 0,014 millimetri ogni metro di lunghezza, ogni grado centigrado.

Partendo da una temperatura ambiente di 20 gradi e scaldandosi fino a 90 gradi, un metro di lamiera si allungherà di 0,014 x 1 x (90 – 20) = 1 mm. Come dici? Un mm ti sembra poco e vuoi imbullonare rigidamente la lamiera alla cassa? Non te lo consiglio.

Il coefficiente di dilatazione lineare del rame è di 0,017, quindi c’è poca differenza.

Nelle condizioni di prima si allungherebbe di meno di due decimi di millimetro in più della lamiera: vista la sua forma a serpentino e la sua duttilità, questa differenza è del tutto trascurabile.

Spero di averti dato anche solo un piccolo esempio di come quattro semplici calcoli servano a descrivere un fenomeno ed a capire se quello che si sta facendo abbia un senso o nasconda imprevisti.

Fissata la lamiera alla cassa? Bene. E’ giunta l’ora di fare i due fori (diametro 16 mm) di uscita del serpentino dalla cassa. La loro distanza la ogni spigolo esterno sarà: L1 + S + D /2 e saranno tangenti alla lamiera.

Visto che le porzioni di tubazione che sporgeranno all’esterno non sono lunghe che una decina di centimetri, non ti sarà difficile introdurli nei fori, stante anche l’elasticità della sua forma a serpentino.

E giunta l’ora di fissare il serpentino alla lamiera.

Il metodo che ti propongo è quello di fare due forellini (ricordi la punta per trapano da 1,5 - 2 mm?) di qua e di là dal tubo, per poi legarlo col filo di rame (o di ferro) attorcigliandolo nella parte posteriore della lamiera. Una legatura ogni 8 – 10 cm va più che bene. Vedi la figura 2.

Ma procediamo con ordine, perché questa è l’operazione più importante, ed è quella che assicurerà la trasmissione del calore dalla lamiera al tubo, quindi al liquido che vi circolerà dentro. Sbagliare questa fase significa pregiudicare il rendimento del pannello anche del 50%.

Con calma e per gradi, allora.

  1. - Dopo aver eseguito tutti i forellini necessari alla legatura del tubo del serpentino, devi rimuoverlo e togliere tutti i trucioli. Devi sgrassare bene la lamiera (con diluente), così come il tubo del serpentino. E’ il momento di infilare guanti di plastica usa e getta.

  2. - Rimetti in sede il serpentino e metti fra esso e la lamiera una serie di spessori (stuzzicadenti) fra una coppia di fori di legatura e la successiva. Hai già preparato i pezzetti di filo di rame o di ferro della giusta lunghezza? Cosa aspetti? Comincia a legare il tubo, stando attento a non stringere troppo, perché, successivamente, dovrai togliere gli stuzzicadenti. Se il filo di ferro è troppo rigido e necessita di troppa forza per avvolgerlo, usa qualcos’altro.

  3. - E’ il momento di spalmare fra lamiera e tubo la pasta conduttiva. Essa assicurerà la trasmissione del calore per conduzione fra la lamiera ed il tubo, quindi occorre calma e precisione. Se la pasta è in tubetto, stendila da ambo le parti del tubo e, senza esagerare con la quantità, spingila bene sotto al tubo con una spatola. Quando arrivi in prossimità dello stuzzicadenti, toglilo. Finito ogni tratto fra le legature, e dopo aver tolto lo stuzzicadenti, stringi con calma la penultima legatura libera da stuzzicadenti, ma senza esagerare.

  4. - Se hai fatto tutto bene e con pazienza, tutta la superficie di contatto fra tubo e lamiera sarà “annegata” in un po’ di pasta conduttiva. Ritocca con la spatola eventuali imprecisioni o carenze.

  5. - Ora stendi un verme di adesivo al silicone fra tubo e lamiera, in modo da proteggere la pasta conduttiva e chiudere i forellini per la legatura. Da ambo le parti e con calma. Fai aderire bene il silicone a lamiera e tubo usando un dito (guantato) come spatola. Lascia essiccare il silicone, ponendo il pannello in un luogo asciutto e ventilato per almeno 24 ore.

Sei stato attento a non toccare con le mani unte tubo e lamiera? Bene, perché è il momento di verniciare.

Hai preparato un bel pennello nuovo dalle setole morbide e lunghe? Perché? Mica ti avevo detto di comprarlo, no? Lo avevi già? Tienilo per cose più importanti.

Hai presente quel pennellaccio putrido e spelacchiato dietro ai barattoli dei chiodi arrugginiti? Quello lì!

Puliscilo col diluente e lascialo asciugare all’aperto.

La catramina (la vernice nera opaca) non va stesa come se stessi verniciando una palizzata o un muro, ma va piuttosto “pucciata”, cioè il pennello va usato di punta con movimento ortogonale alle superfici e non parallelo ad esse. In questo modo si impregna bene il tutto, ottenendo una superficie molto irregolare, ed il meno lucida possibile.

E’ molto meglio stendere una prima superficie sottile di vernice e, una volta asciugata, dare la seconda mano, questa volta un po’ più abbondante. Ho detto un po’… non serve a nulla esagerare… anzi!

Bene: ti faccio i complimenti. Mi sembra che il lavoro sia venuto veramente bene.

Da questo momento, però, dovrai maneggiare con calma il tutto. Se il tubo si muove, la pasta conduttiva slitta via e si rompe il velo di vernice, che hai lavorato a fare?

Adesso c’è da coibentare la parte inferiore della cassa. Che usi fibre morbide (lana di vetro o roccia) o rigide (poliuretani) stai attento a non metterne troppa, perché non serve a nulla. Abbi cura, piuttosto, di riempire tutti gli interstizi e le fessure fra pezzo e pezzo. Tenere fermi i vari pezzi con un po’ di sigillante al silicone non è male.

Stendi sul bordo inferiore della cassa un bel verme abbondante di sigillante ai siliconi, metti in posizione la lamiera ed il compensato di chiusura del fondo e avvita. Avevi preparato i fori per le viti? Perché no? Se lo avessi fatto non rischieresti di far sbavare tutto il silicone, di fare il quadruplo della fatica e di montare il coperchio tutto storto!

Rovescia la cassa col serpentino in alto e col becco dell’aspirapolvere pulisci bene il tutto.

OK. Ora pulisci bene il bordo superiore della cassa e stendi un altro bel verme, abbondante, di sigillante ai siliconi.

Per pulire perfettamente il cristallo occorrerebbe un buon prodotto al piombo, specifico per parabrezza, ma comprarne un’intera confezione per così poco non se ne parla neppure. Fai così: metti il parabrezza nel baule dell’auto e vai a farla lavare; fuori e dentro. Non vedi com’è sporca? Direi che era ora di farla pulire sei mesi fa!

Bene. Quando il lavagista prende in mano lo spray per l’interno del parabrezza è il momento di bloccarlo, aprire il baule e fargli pulire quello del pannello… da tutti e due i lati. Se ti chiede il motivo, non stare a perder tempo: dai la colpa a quel matto di enzogal e all’Ecointrosofia© naif. Non ti chiederà altro… funziona come la supercazzula prematurata di Tognazzi!

Ora posiziona con calma (e coi guanti usa e getta) il cristallo facendolo aderire con calma al bordo della cassa. Non premere troppo perché non serve. Il silicone sigillerà perfettamente anche se non lo strizzi come un brufolo!

Perfetto, proprio così intendevo… fermati appena prima che il silicone sbavi.

Ora non resta che stendere l’ultimo vermetto di silicone all’interno del telaio fermavetro, posizionarlo ed avvitare il tutto. Vedo che la lezione della lamiera di chiusura del fondo ti è servita, perché avevi già preparato i fori per le viti sia sul telaio che sulla cassa.

Il pannello è quasi finito.

Occorre dare l'ultima mano di vernice a cassa e fondo.

Cos'è quel colore verde "pianerottolo"?

E quel beige dissenteria?

Non se ne parla neppure!!!

Rosso!!! Il "Panda" naif deve essere di colore rosso!!! Hai mai visto un quadro naif con un solo millimetro quadro di color giallo colica? No, eh?

E' esattamente ciò che voglio dire.

Vabbè, dai, sto scherzando: coloralo come più ti piace.

E’ indispensabile, però, che ti piaccia il rosso. Ma rosso... rosso, eh?!

 

SUPPORTO DEL (O DEI) PANNELLI

Per il supporto del pannello (o di una batteria di essi) non posso darti che raccomandazioni, e due disegni esemplicativi.


Figura 4 - Come NON si costruisce un supporto.

Questo supportino asfittico non ha nemmeno il pregio di costare poco… ed è certo che al secondo o al terzo temporale con raffiche di vento ti troverai i pannelli in cortile, in rtrada o conficcati sul cofano dell’auto. Se va bene.
Il problema non sono i profilati di supporto, ma i due lati corti della cassa. Appicati in quel punto, i supporti li costringono a sopportare il peso e tutti gli sforzi che il vento esercita su di essi. Gli unici punti robusti della cassa sono gli angoli, o la prossimità di questi. Non andare a cercarti rogne, quindi…


Figura 5 - Esempio di supporto rigido.

Con i quattro supporti così conformati, le forze generate dal vento si scaricano sugli spigoli della cassa e su di un’ampia superficie del tetto. Anche le viti da legno per fissare il supporto alla cassa è meglio siano tante, piccole e lontane fra loro, in ossequio al principio dei fissaggi che dice ch’è molto meglio mettere 10 viti da 4 che una vite da 40…
Ho disegnato i supporti quadrati (40 x 40 spessore 3), ma vanno bene anche tondi (diametro circa 50 mm spessore 3) o in profilato ad “L” (50 x 50 spessore 6). Questo per darti un’idea. L’importante che i profili tubolari non si possano riempire d’acqua…
Se sei costretto a mettere i pannelli ad un’altezza notevole rispetto al tetto, ti conviene usare profilati più grossi, ma non troppo. Comunque non il doppio. E’ molto meglio (e molto più economico) allargare la superficie di appoggio a terra mediante tiranti in cavetto e relativi tenditori. Hai presente ciò che si fa per le antenne TV? Proprio quello intendo.
Se colleghi fra loro i quattro pali che sostengono il pannello secondo le diagonali dei quattro lati (hai presente i tralicci elettrici?) con tondino diametro 8 - 10 mm e dai 4 angoli alti fai partire tiranti (più lunghi sono meglio è, ma senza esagerare) potrai dormire tranquillo: più che tranquillo. Insomma, vedi tu.
Se poi sei costretto a far stranezze, c’è sempre la possibilità di farmi una e-mail con un disegno (completo di misure) di cosa vorresti realizzare.

 

IMPIANTISTICA


Figura 6 - Schema generico di un impianto a 3 pannelli.

È necessario che parta da lontano. Da molto lontano.

Non ho molte probabilità che ti intenda di impianti idraulici ed elettrotecnici. Anche se sicuramente ti piace il “fai da tè”, non penso tu possieda le nozioni tecniche necessarie a fare da solo. Per questo motivo sarò lungo; molto lungo.

E circostanziato, molto circostanziato.

Montare una mensola in casa o riparare lo scarico del lavello è una cosa. Progettare un impianto idrotermico, seppur così semplice, è tutt’altro.

Compiere un seppur piccolo errore di valutazione può pregiudicare tutto, oltre ad essere potenzialmente pericoloso.

La temperatura dell’acqua dei pannelli potrebbe anche superare i 100°C, quindi è meglio fare in modo che non si possa creare la minima condizione di pericolo.


Figura 7 - Schema bidimensionale

Avrai già dato un’occhiata allo schema tridimensionale dell’impianto ed a quello qui sopra. Sicuramente ti saranno venute in mente un sacco di domande da farmi. Non mi resta altro che elencarle e risponderti.

D1 - Perché non posso far passare direttamente l’acqua sanitaria nei pannelli?
R1 - L'acqua può gelare. Poi c’è un sacco di altre considerazioni, ma questa è la risposta principale e conclusiva. Far circolare acqua calda nei pannelli in una gelida notte d’inverno, per evitare che il gelo disintegri tutto è poco ecointrosofico e per nulla naif.

D2 - Il mio boyler non ha il serpentino per il riscaldamento, ma è semplicemente a gas o elettrico. Cosa posso fare?
R2 - C’è poco da fare se non aspettare che il boyler sia da cambiare. Oppure che qualcuno ti compri il boyler che hai e ti permetta di spendere molto meno per acquistare quello nuovo. Ecointrosofia© è soprattutto usare il cervello. Buttare un boyler ancora funzionante per comprarne uno nuovo non lo è.

D3 - Perché la tubazione che porta l’acqua riscaldata dai pannelli al boyler fa un giro così lungo? Perché arriva fino all’ultimo pannello della fila? Non potrebbe essere allacciato al primo pannello? Non è uno spreco di materiale?
R3 - Ovviamente c’è un motivo più che valido. Che io proponga uno spreco ti è sembrato strano, vero? Il motivo risiede nel bilanciamento delle portate d’acqua in ogni pannello e delle perdite di carico di tutto l’impianto. Così come indicato nello schema, la lunghezza di ogni tratto di tubo che entra ed esce da ogni pannello è identica, quindi anche le perdite di carico (l’energia necessaria a mantenere in moto l’acqua nei tubi) lo sono. In questo modo l’acqua trova indifferente raggiungere il primo come l’ultimo pannello, quindi la quantità di calore che essa asporterà ad ognuno di essi sarà pressochè identica. Se così non fosse passerebbe molta più acqua nel pannello più vicino alla pompa, e molto poca nell’ultimo. Questo costringerebbe a complicati calcoli di bilanciamento con conseguente spreco di energia elettrica da richiedere alla pompa. Quel pezzo di tubo in più (non più di un paio di metri) lo si ripagherà in fretta tramite un risparmio (virtuale) in bolletta elettrica. E’ anche questo il motivo per il quale ti ho fatto costruire il serpentino con l’ingresso da una parte e l’uscita dall’altra. Meglio lasciare il meno possibile al caso…

D4 - E’ necessario installare una pompa elettrica? Ho sentito parlare di impianti privi di pompa che sfruttano la differenza del peso dell’acqua calda rispetto a quella fredda per farla circolare nei tubi.
R4 - Il sistema di impianto di cui hai sentito parlare si chiama “circolazione naturale” e sfrutta effettivamente la differenza in peso delle due masse d’acqua (ritorno caldo, mandata più fredda) a diversa temperatura. Al di là del fatto che il diametro di tutte le tubazioni dovrebbe essere molto più grande, occorrerebbero anche molti requisiti impiantistici che è quasi impossibile si possano verificare. Primo fra tutti (e purtroppo insormontabile) è il diametro della tubazione del serpentino del boyler, la sua conformazione e lunghezza che determinano la superficie di scambio termico. C’è poco da fare. O, meglio, si dovrebbe comprare un boyler speciale, la cui superficie, diametro e conformazione del serpentino (o dell’intercapedine) siano espressamente dimensionati per il tuo impianto. Tutto troppo complicato e costoso. Quindi per nulla ecointrosofico© né naif. Oltre a ciò, ci sono tutta una serie di obblighi tecnici che rendono praticamente impissibile adottare il sistema a circolazione naturale per questo nostro impianto. Per permettere al liquido di circolare senza pompa, è necessario un compromesso fra altezza totale dell’impianto e differenza di temperatura fra acqua di mandata e ritorno. Minore è l’altezza, più alta deve essere la differenza di temperatura. Non si scappa. E questo è incompatibile con la configurazione naif del nostro pannello.

D5 - Se non si può evitare di installare una pompa, come si può risparmiare sul suo funzionamento?
R5 - Come ho detto in precedenza, il periodo del giorno durante il quale avrai un effettivo recupero di calore è limitato. Otto–nove ore d’estate e quattro–cinque d’inverno è tutto ciò che possiamo sperare. Al di fuori di queste ore è inutile tenere accesa la pompa, anzi dannoso. Per questo motivo è necessario asservire il funzionamento della pompa ad un dispositivo che la faccia funzionare solo quando ce n’è davvero bisogno. Il più semplice è un orologio temporizzatore. Ma è poco efficiente per due motivi: durante l’anno il tempo di funzionamento cambia parecchio, costringendoti (se ti ricordi) di intervenire sul timer; il problema più grave, però, è che l’orologio non può sapere se il tempo è nuvoloso. Una cellula fotoelettrica crepuscolare è molto meglio. Però dovrebbe essere possibile tarare la sua sensibilità, in modo che si possa ottimizzare il funzionamento quando ci sono nuvole. Dopo un paio di aggiustamenti, tutto funzionerà. Ma il massimo è un termostato inserito sul fianco della cassa del pannello, col bulbo “immerso” nell’intercapedine d’aria fra cristallo e lamiera di captazione. Quando il sole comincia ad irraggiare, quest’aria sale rapidamente di temperatura. Se tari il termostato a 50°C, tutto sarà perfetto. Fra l’altro, il termostato è lo strumento meno costoso…

D6 - Che funzione ha il barilotto? E come funziona uno scaricatore automatico d’aria?
R* - Il corretto funzionamento di ogni impianto dipende anche dalla totale assenza di aria al suo interno. Quel barilotto (non fare caso alle dimensioni perché lo schema non ne tiene conto) serve a riempire l’impianto di liquido e a raccogliere l’aria che si può formare all’interno delle tubazioni, soprattutto nei primi periodi di funzionamento. E passo allo scaricatore automatico d’aria. Al suo interno c’è un galleggiante che comanda una valvolina a spillo. Quando l’aria lo raggiunge questi si abbassa e la valvola a spillo si apre, scaricandola all’esterno. Come potrai notare, nello schema bidimensionale ne ho aggiunto uno prima della curva discendente, sulla tubazione di ritorno del liquido, verso il boyler. Naturalmente non ne ho messi altri, sullo schema, perché ogni impianto avrà le sue particolarità. Ma in ogni punto in cui l’aria si può fermare, anziché una curva occorre montare un raccordo filettato da 3/8”, al di sopra del quale va montato uno scaricatore automatico d’aria. In mancanza di questi, il liquido potrebbe anche non circolare. Un’ultima raccomandazione: non c’è alcun bisogno di dare pendenza alle tubazioni orizzontali dell’impianto. La velocità dell’acqua spinta dalla pompa sarà più che sufficiente a trasportare l’aria alla fine di un tratto rettilineo dopo il quale c’è una curva dove l’acqua deve scendere: èd è proprio in ognuna di queste zone che va montato un “ti” col suo scaricatore. Se montate una tubazione flessibile, fra boyler e pannelli, stai molto attento.

D7 - Hai parlato di impianto pressurizzato e di vaso di espansione. Puoi spiegarmi meglio?
R7 - Il vaso di espansione, e la valvola di sicurezza, vengono dimensionati ed installati per renderne impossibile l’esplosione a causa della pressione. Parlo di esplosione perché se il cedimento per troppa pressione avviene mentre la temperatura del liquido contenuto è molto superiore alla quella della sua ebollizione (ed è così nel 99,9% dei casi) una volta che viene in contatto con l’atmosfera il liquido vaporizza istantaneamente, con velocità di propagazione anche superiori a quelle dei normali esplosivi. Leggi e regolamenti, la tecnica ed i componenti collaudati ed omologati ad uno ad uno, fanno sì che questi incidenti siano praticamente scomparsi. Questo significa che occorre prestare attenzione a quello che sto spiegandoti ed a quanto dovrai realizzare. Non voglio fare terrorismo gratuito, ma solo richiamare la tua attenzione. Aumentando di temperatura, tutto si dilata, compreso il liquido contenuto negli impianti. Per mantenere sotto controllo il fenomeno, si installa un serbatoio che possa contenere questa differenza di volume di espansione fra l’impianto freddo e quello alla sua temperatura massima. Il vaso aperto è un semplice contenitore d’acqua posto nel punto più alto dell’impianto, capace di contenere 1,5 volte il volume di espansione. La sua funzione è anche quella di eliminare l’aria ed è provvisto di un rubinetto a galleggiante (del tutto simile a quello degli sciacquoni) per reintegrare l’acqua che evapora. Per una serie di ragioni che non sto a spiegarti (non ultima quella legata alla sicurezza degli impianti) non si usa più. Il vaso di espansione chiuso non è altro che un contenitore metallico di capacità nota, dentro il quale è montato un pallone (una specie di camera d’aria resistente alla temperatura) che può essere gonfiato con aria in pressione, tant’è che la sua valvola è del tutto identica a quelle dei pneumatici delle automobili. Quando l’impianto è freddo, la pressione alla quale è sottoposta la valvola di sicurezza è pari all’altezza di tutto l’impianto, dalla valvola al suo punto più alto. Tale pressione la possiamo stimare in 0,1 bar ogni metro di impianto. Dieci metri di altezza, un bar. Poi, grazie alla possibilità di precaricare l’impianto, si gonfia il vaso di espansione con 0,5 bar in più. Così facendo si evita che l’aria si possa disciogliere in prossimità della parte alta dell’impianto, creando molti problemi. Man mano che la temperatura del liquido contenuto nell’impianto aumenta, come già detto aumenta il suo volume. La parte eccedente di questo volume trova come unico sfogo quello di entrare nel vaso di espansione, comprimendo così la camera d’aria. L’effetto voluto è quello di far aumentare la pressione di tutto l’impianto in funzione del suo aumento di temperatura. Correlare la pressione alla temperatura è il “trucco”. La pressione è così in grado di aumentare finchè non si raggiunge una temperatura inferiore di 10°C a quella di ebollizione del liquido. A questo punto la valvola di sicurezza inizia ad aprirsi ed a scaricare liquido finchè le serpentine dei pannelli non sono vuote e cessa l’apporto di calore. Questa è, naturalmente, la condizione di emergenza nella quale i pannelli forniscono una quantità di calore talmente elevata all’impianto da uscire dalle condizioni di calcolo. In un impianto ad alimentazione elettrica o a combustibile, molto prima che quanto ti ho appena spiegato si possa verificare c’è un termostato (o due) che interrompe l’afflusso di energia termica. Nel termosolare non è possibile spegnere il sole. Comunque non preoccuparti. Ti indicherò come calcolare e cosa fare per rimanere ben al di sotto dei limiti di pericolosità del sistema. Comunque un “trucco” te lo devo indicare: se la pressione dell’impianto aumenta e la valvola di sicurezza comincia a trafilare (soprattutto ad impianto nuovo) è sufficiente spegnere il gas o togliere l’elettricità dal boyler ed aprire tutti i rubinetti dell’acqua calda di casa. La quantità d’acqua fredda che entrerà nel boyler sarà più che sufficiente a raffreddare il tutto e far scendere la pressione.

D8 - E come funziona la valvola di sicurezza?
R8 - C’è semplicemente un piattello gommato che occlude una sede di diametro prestabilito per mezzo di una molla pretarata. Se la pressione del liquido dell’impianto supera la forza della molla, il piattello si solleva e scarica nella seconda via della valvola. I dati caratteristici di ogni valvola sono il diametro della sede e la pressione di taratura (in bar) cioè la pressione alla quale il piattello comincia a sollevarsi. Per il tuo impianto userai una valvola con un diametro di 20 mm (corrispondente ad un attacco filettato di ½”) mentre la pressione la vedremo in seguito. In commercio, comunque, le pressioni disponibili partono da 1 bar e salgono di mezzo bar in mezzo bar solitamente fino a 6.

D9 - Perché parli sempre di liquido dell’impianto e di temperatura di ebollizione e non di acqua e di 100°C?
R9 - Come ho detto in precedenza, l’impianto dovrà essere riempito con una miscela di acqua ed anticongelante. Questa miscela cambia a seconda di dove è installato l’impianto. Se sei di Lampedusa o di Gela , una miscela per una temperatura minima di -5°C è sufficiente, mentre se abiti ad alta quota sulle Alpi dovrai calcolare come minimo di poter raggiungere i -35°C. A seconda della percentuale di anticongelante, aumenta anche la temperatura con la quale questa miscela raggiunge il punto di ebollizione. Per questo motivo dovremo calcolare assieme, e con cura, la capacità del vaso di espansione e la pressione della valvola di sicurezza in funzione di questi diversi valori limite, e di tutti quelli intermedi. Un’altra informazione, non secondaria, è quella che la temperatura di ebollizione di un liquido (in un circuito senza aria) aumenta in funzione della pressione alla quale si trova.

D10 - Prima hai detto che il diametro della sede di una valvola di sicurezza da ½” è di 20 mm. Ma se un pollice (1”) corrisponde a 25,4 mm, ½” è 12,7 mm e non 20.
R10 - Il diametro di ½” al quale mi riferivo è il diametro della filettatura gas da ½” secondo le normative ISO. Il tubo filettato da ½” ha un diametro esterno di 21,3 mm, così il ¾” è di 26,9, il tubo da 1” di 33,7 ecc. Se vuoi approfondire, il sito migliore che ho trovato è:
http://www.ingegneria.unical.it/ingegneria/docenti/luchi/lezioni/filettature.pdf

D11 - Perché non posso sostituire coi pannelli solari il mio impianto di riscaldamento, ma mi consigli di pensare solamente a quello dell’acqua sanitaria?
R11 - Come ho già detto, non è una questione breve ed avrei preferito tralasciarla, ma se hai pazienza… Userò una serie di dati medi di una condizione media, sulla quale svilupperò i calcoli che porteranno al risultato finale. Stai molto attento alle unità di misura. Prendiamo un dato medio di irraggiamento solare di 800 W ogni m2 di superficie utile del pannello. Poniamo che il nostro pannello abbia una dimensione di 1,5 x 0,6 m, cioè 0,65 m2 . Di quegli 800 W / m2 , il pannello ne riceverà (800 x 0,65) = 520. Ma solo una parte verrà trasformata in calore, mentre l’altra sarà riflessa dal cristallo o dispersa. Con buona approssimazione posso dire che solo la metà potrà essere convertita in Watt termici (Wt). C’è poi da considerare che non è sempre mezzogiorno, che l’atmosfera non è sempre pulita ecc. Perciò dovremo dimezzare ancora la quantità di calore recuperabile. Cosa rimane? Rimarrà (520 x 0,5 x 0,5) = 130 Wt. Deluso? Ci credo! Devi comunque tenere sempre a mente che l’impianto di riscaldamento serve d’inverno, quando di sole ce n’è poco e per poche ore. E’ questa la fregatura! E quante ore di sole riusciremo a sfruttare? Sicuramente non più di 6. Ciò significa che ogni giorno di sole potremo avere a disposizione solamente (130 x 6) = 780 Wt / giorno = 0,78 kWt / giorno. Adesso pensiamo alla quantità di calore di cui ha bisogno una casa media. Consideriamo che la caldaia installata abbia una potenza utile di 17 kWt (17.000 Wt pari a circa 14.500 kcal / h) e nelle condizioni medie di utilizzo il bruciatore rimanga acceso per il 40% del tempo. Dico condizioni medie perché se considerassi le massime il risultato sarebbe ancor più evidente. Il 40% di 17 kWt è (17 x 0,4) = 6,8 kWt, e questo valore medio è il fabbisogno in un’ora. Nelle 24 ore è di (6,8 x 24) = 163,2 kWt / giorno. Presto fatto il calcolo di quanti pannelli occorrerebbero: (163,2 / 0,78) = 128 pannelli. Deluso ancora? Pensa, allora, che l’impianto a 128 pannelli deve produrli in 6 ore, e deve accumularne i ¾ per quando non c’è il sole. Per accumulare il calore necessario scaldiamo acqua: quanta? Vediamo. Diciamo che in quelle 6 ore di sole dobbiamo scaldare acqua che, per essere utilizzata nei termosifoni non può essere sotto i 50°C e contiamo (sempre in quelle 6 ore) di scaldarla fino a 80°C. Ci troviamo di fronte ad una differenza di temperatura di (80 - 50) = 30°C. Quanto calore abbiamo a disposizione? (163,2 x 3/4) = 122,4 kWt, cioè 105.264 kcal, che devono scaldare con un delta di 30°C una quantità di acqua pari a (105.264 / 30) = 3509 litri d’acqua. Dovremo perciò dotare il nostro impianto di uno o più boyler per una capacità complessiva superiore ai 3,5 m3 d’acqua. E se calcolo che per un’intera settimana può non esserci il sole, il numero di pannelli da montare sarà di (128 x 7) = 896 e la capacità dei boyler dovrà superare i (3.500 x 7) = 24.500 litri! Ho esagerato? Un poco. Ma se l’ho fatto è stato per farti capire. Anche se non consideriamo l’assurdo accumulo settimanale di calore, capisci da tè che un impianto con 128 pannelli ed un accumulo di 3.500 litri non può costare solo qualche migliaio di Euro. Nemmeno col fai da tè! E dove li metto 128 pannelli? La sola superficie netta, senza cioè considerare lo spazio che va lasciato fra pannello e pannello è di (128 x 0,65) = 83,2 m2 . E dove li mettiamo? Come ho già detto più e più volte in passato in decine di testi, meglio lasciar perdere. Dimenticavo: anche nel caso (pazzesco) dell’accumulo settimanale occorre comunque mantenere l’impianto tradizionale a combustibile. Se il sole manca per 2 settimane che si fa: si bruciano i mobili o si va a vivere in albergo?

D12 - Cos’è quello strumento rotondo vicino alla valvola di sicurezza ed al vaso di espansione? Un termometro?
R12 - No. I termometri non li ho indicati perché lascio a te la discrezione di dove e quanti metterne. Almeno due, uno all’ingresso ed uno all’uscita del serpentino del boyler, li metterei. Quello è il manometro. Indispensabile al controllo dell’impianto. Ogni caldaietta del rottamaio ne ha uno… Se invece non trovi un manometro di caldaietta, la scala che deve avere è da 0 a 6 bar. Con le scale più alte non si legge nulla e non si apprezzano le variazioni. Fra il manometro ed il tubo sarebbe meglio mettere un rubinettino…

Passiamo ora ad analizzare un ipotetico impianto ed a fare un altro po’ di calcoli.

Dimentichiamoci subito dell’inverno. Sei d’accordo? In inverno prenderemo quel che c’è, poco o molto che sia, accontentandoci.

E’ da aprile a settembre che avremo il grosso del recupero. E ce ne accorgeremo in bolletta.

Se in casa siete in due, un solo pannello basterà. Ovvio che se mentre uno sta facendo una doccia, l’altro lava i piatti e, nel frattempo, parte il bruciatore del boyler, non dare colpa del pannello né alla sfortuna…

Se siete in quattro, i pannelli necessari sono due.

Normalmente la capacità dei boyler ad accumulo è di 60 litri. Sarebbe meglio averlo da 80 o 100 litri, ma accontentarsi di quel che c’è è un obbligo.

Ora occorre trovare un posto per i pannelli. Come già detto deve essere a Sud e libero da ombre.

Adesso puoi vedere dove poter passare coi tubi che collegano pannello e boyler.

Scegli la strada più corta, se puoi, oppure privilegia quella che necessita della minore quantità di curve. Nel considerare gli spazi occupati dai tubi, calcola anche il diametro dell’isolamento che andrà montato. Calcola che ogni tubo sarà di 10 cm di diametro e sarai sicuro che tutto andrà bene.

Quanti metri di tubo ti risultano? 70? Mmm… Sei sicuro che non si possa fare di meglio? No? Pazienza.

Veniamo ora al diametro delle tubazioni fra boyler e pannelli.

Per un solo pannello e per distanze fino a 10 metri (10 andata + 10 ritorno) va più che bene un tubo diametro interno 12 mm e raccorderia gas da 3/8”. Per distanze più lunghe o per due pannelli, il diametro interno deve essere 16, 18 o 20 e la raccorderia da ½” gas.

Per 3 pannelli e distanze oltre i 50 metri occorre usare tubi di diametro interno 22, 24 e 26 con raccorderia da ¾” gas.

Scusami se sono generico. Non posso andare oltre. Non sarebbe serio. Perché non mi mandi una e-mail con qualche disegnino? Schizzi a mano con le misure vanno più che bene. Facciamo così? Bene. Aspetto la tua e-mail.

Non aspettarti che ti faccia il progetto completo, eh? Ti faccio un rapido calcolo per i diametri e ti do qualche dritta per la pompa, eh?

Se il progetto te lo faccio io, quando imparerai? :o)

Per le tubazioni mi orienterei sui tubi di polietilene per riscaldamento. Attenzione: la loro temperatura massima di esercizio non deve essere inferiore a 120°C. Un tratto unico di tubo fra boyler e pannello sia per mandata che ritorno. Questo ti costringerà a far fare al tubo ampie curve (raggio 300 - 400 mm) a tutto vantaggio dell’energia elettrica assorbita dalla pompa. E se il tubo è in pezzo unico, è molto difficile che perdano le giunzioni…

Naturalmente le tubazioni andranno supportate con collari e staffe rigidi. Tieni sempre a mente il vento… la neve ed il ghiaccio… Uno in più significa una mezz’oretta di lavoro. Uno in meno del necessario è il vero problema! Ovviamente, meno tubazione corre all’esterno, meglio è.

Quella che fino ad ora ho chiamato pompa, da ora in poi la chiameremo circolatore.

E’ questo il nome che gli impiantisti danno ai piccoli dispositivi per piccolissime portate. Tutti hanno un motore monofase (220 V) a tre velocità. E questo è perfetto.

Comprarlo? Sei matto? Hai presente quante caldaiette vengono rottamate? Dentro ogni caldaietta c’è un circolatore che funziona ancora bene. Giusto? Giusto.

Naturalmente devi sceglierlo col motore da non più di 30 W per un pannello, 50 W per due pannelli ed 80 W per tre. E a tre velocità.

E mentre lo smonti recupera anche i due bocchettoni. Cosa sono? Dopo che hai svitato i due grossi dadi che ti permettono di smontare la pompa, sono i dadi che hai smontato e gli altri due pezzi che permettono loro di ruotare. Quelli avvitati alle tubazioni di mandata e ritorno della pompa, insomma.

E non dimenticarti il coperchio della morsettiera elettrica.

 

VASO DI ESPANSIONE

È giunto il paragrafo più complicato. Prima o poi doveva giungere…

Allora. Prima cosa da fare è calcolarsi la quantità di acqua contenuta nell’impianto.

Ti faccio un elenco:

  • contenuto del serpentino, Se non lo sai metti un litro. Due, se il boyler è da 100 litri.
  • contenuto del circolatore (circa 0,2 litri)
  • contenuto dei serpentini dei pannelli (il tubo è di diametro interno 12 mm, quindi ogni metro contiene 0,113 litri)
  • contenuto delle tubazioni. Sai le lunghezze; sai i diametri interni. Se fai tutti i calcoli in decimetri, ti risulteranno subito i decimetri cubi, quindi i litri. Se un tubo è di diametro interno 18 mm, sono 0,18 dm. Se è lungo 12 m (andata) e 12 m (ritorno) sono 240 dm. 0,18 x 0,18 x 3,14 x 0,25 = 0,0254 dm2 x 240 = 6,1 dm3 cioè litri. Ho usato la formula di “quadrato del diametro per pigreco quarti” quell’altra sarà: 0,09 x 0,09 x 3,14 (quadrato del raggio per pigreco) che dà sempre 0,0254 dm3.

OK. Adesso sai quanti litri di liquido contiene il tuo impianto (ci serviranno anche per calcolare la quantità di anticongelante) ed hai già misurato qual è l’altezza fra il serpentino e la parte più alta dell’impianto. Con un po’ di precisione.

Il contenuto in litri dell’impianto lo chiamiamo “C” mentre la sua altezza il solito “H”.

Per stabilire la pressione iniziale (che chiameremo “Pi”) dobbiamo trasformare l’altezza H in bar (basta dividere per 10) ed aggiungere, come già detto, 0,5 bar.

Così se l’altezza è 13 m, Pi sarà di (13 x 0,1) + 0,5 = 1,8 bar. Dovrai procurarti una pompa pneumatica a mano con l’attacco adatto per le valvole da auto. Non ti sarà difficile fartela prestare da qualcuno. Più avanti, quando saremo finalmente al collaudo, ti servirà.

NOTA doverosa: se i pannelli sono più bassi del boyler, la pressione di precarica Pi rimane 0,5 bar.

La pressione finale “Pf” la stabiliamo noi. E’ la pressione della valvola di sicurezza.

Nei grossi impianti conviene stare alti con tale pressione, perché più alti si sta, più piccolo diventa il volume di espansione, quindi anche il vaso.

Nel nostro caso dobbiamo fare i conti col fatto che i vasi di espansione più piccoli in commercio siano quasi troppo grandi. Quindi conviene scegliere una pressione della valvola di sicurezza vicina a Pi. Nell’esempio considerato, una Pf di 2,5 bar va più che bene.

Devo comunque indicare, in via di principio, che la Pf non può essere superiore alla pressione massima del componente più fragile. Nel nostro caso, tutti i componenti degli impianti di riscaldamento hanno una pressione massima almeno di 6 bar.

Quindi possiamo andare tranquilli.

La formula del volume di espansione è:

Ve = (0,058 x C) / (1- (Pi / Pf))

Se vuoi sapere cos’è quello 0,058 è presto detto. E’ la differenza fra il volume specifico dell’acqua fra 120 e 20°C. Perché 120°C? Perché non è detto che l’impianto non ci possa arrivare, e se ci arriva siamo a posto.

Adesso facciamo il calcolo per un impianto che contenga 28 litri di liquido.

Andiamo per gradi:

0,058 x 28 (C) = 1,62

Pi / Pf = 1,8 / 2,5 = 0,72

1 – 0,72 = 0,28

1,62 / 0,28 = 5,78

Andrai quindi dal rottamaio a vedere se c’è una caldaietta che ha un vaso di espansione da 6 litri.

Per confermarti che la Pf alta riduce il volume di espansione, ti rifaccio il calcolo per 5 bar:

Pi / Pf diventa 1,8 / 5 = 0,36

quindi: 1 – 0,36 = 0,64

perciò 1,62 / 0,64 = 2,53 litri invece di 5,78

OK? OK!

 

COLLAUDO

Inserisco questo capitolo prima di parlare di anticongelante, perché il primo collaudo è meglio farlo solo con acqua. L’antigelo costa, e se c’è da vuotare l’impianto è meglio buttar via solo acqua.

Deve essere una giornata di sole. Obbligatorio.

La prima cosa da fare è controllare che tutto sia a posto: raccordi stretti bene e tutte le valvole aperte. Hai sgonfiato completamente il vaso di espansione? Bravo, vedo che sei attento.

Smonta lo scaricatore automatico d’aria e comincia ad immettere l’acqua dal sottostante barilotto finchè non ce ne sta più. A questo punto accendi il circolatore alla massima velocità e continua ad immettere acqua finchè tutto non si è stabilizzato e non esce più aria.

Chiudi il rubinetto sul barilotto; è il momento di gonfiare la membrana del vaso di espansione alla pressione del tuo Pi. Tale pressione deve rimanere costante.

Siccome è una giornata di sole e sono circa le 11 solari del mattino, la temperatura dell’acqua dell’impianto sta salendo, e così la pressione. Benissimo.

Visto anche che non è inverno e che quindi non corri il rischio di gelare tutto, puoi continuare ad usare l’impianto così com’è. Il riempimento con antigelo lo potrai fare in autunno.

Come sta andando? Bene, eh? Sono contento.

Ora metti il termostato del boyler (quello del bruciatore a gas o della resistenza elettrica) al massimo, e non aprire nessun rubinetto dell’acqua calda. Dobbiamo far andare su di pressione l’amico…

Sale? Benissimo. Lo deve fare. Se il sole ne ha voglia, non è difficile che i termometri dell’acqua dei pannelli segnino già 80°C, vero?

Basta ora. Rimetti il termostato del boyler al valore normale. E’ tutto a posto.

Da ora in poi devi essere tu a fare quei piccoli aggiustamenti (un po’ più o un po’ meno di pressione al vaso di espansione, piccoli cambiamenti alle temperature dei termostati della pompa) che ti permetteranno di arrivare ad una gestione soddisfacente dell’impianto. Adesso tocca a te. Solo a te. Tieni una traccia scritta di quanto fai e quando lo fai, ma soprattutto fai un solo cambiamento per volta ed aspetta di vedere i risultati, tentando di capire perché è successo quel ch’è successo (o non è successo) Se cambi 3 paramentri per volta, quale dei tre avrà fatto cosa?

 

ANTICONGELANTE

Adesso che sappiamo con sufficiente approssimazione quanto liquido conterrà l’impianto, possiamo vedere quanto anticongelante mettere. Ti consiglio di comprarlo puro, e ti sconsiglio di comprare un prodotto legato all’automobile perché te lo faranno pagare troppo. Chi te lo fornisce, ti indicherà che percentuale metterne per ottenere quella temperatura minima che richiede la tua zona. Costa parecchio, lo so, ma è indispensabile…

 

COIBENTAZIONE

Quando sei sicuro che l’impianto non perde acqua e che tutto è a posto, è il momento di coibentare. Comprerai quei tubi di poliuretano espanso tagliati lungo l’asse longitudinale, nelle lunghezze e nei diametri del tuo impianto. Se abiti sulle Alpi, lo spessore della coibentazione dovrà essere di 40 mm (il tubo diametro 14 diventerà diametro 94); se invece sei di Lampedusa, 20 mm basteranno. Naturalmente tutto ciò è riferito ai tubi che corrono all’esterno o dentro locali non riscaldati. Incolla tutto bene col prodotto che ti darà il negoziante, ritocca le fessure con sigillante siliconico poi copri tutti i giunti con nastro adesivo forte per esterni (quello grigio corrugato).

Non schiacciare il poliuretano… il nastro adesivo serve solo ad evitare che entri acqua e a dar ulteriore resistenza meccanica al sistema.

E’ la colla che sopporterà la maggior parte degli stress meccanici di vento, neve e ghiaccio (sempre che tu non sia di Lampedusa)

Per le tubazioni che corrono in ambienti riscaldati sono sufficienti 20 mm di spessore, così come le tubazioni che decidessi di incassare nei muri.

Non mi rimane altro che raccomandarti di fare le cose con calma e pensare sempre a quando verrà il vento ed il gelo…

 

TERMOREGOLAZIONE (optional)

Come detto poc’anzi, il circolatore ha tre velocità.

Ti intendi un poco di elettromeccanica? Hai un amico che ti può dare una mano?

Tieni conto, comunque, che c’è già timer, un interruttore crepuscolare o un termostato sul pannello che accendono e spengono la pompa. Questa funzione deve rimanere inalterata.

Se installi sull’impianto un termostato a 3 gradini (o 3 termostati) puoi rendere automatico il rendimento dell’impianto. Il termostato a 3 gradini non è altro che tre termostati nello stesso apparecchio, quindi la logica di funzionamento non cambia.

Il primo termostato lo allacci alla velocità più bassa e lo tari a 50°C; il secondo alla velocità media e 60°C mentre il terzo lo allacci alla massima velocità e lo tari a 70°C.

Quando c’è poco calore da recuperare, è inutile sprecare energia per far circolare il liquido.

Anche se alla minima velocità del circolatore il rendimento termodinamico dei serpentini dei pannelli e di quello del boyler è basso, non fa nulla. Ma quando il sole picchia, è meglio picchiare anche con l’impianto, no?

Dove trovi il termostato a 3 gradini? Non lo so.

Quello che so è che dal rottamaio ci sono molte caldaiette, ed ogni caldaietta ha almeno un termostato… vado avanti?

Naturalmente ogni bulbo di ogni termostato ha bisogno di un Ti e di una guaina. Ti è rimasta un po’ di pasta conduttiva? Spalmala sul bulbo prima di introdurlo nella guaina, cosicchè il termostato senta la temperatura effettiva dell’acqua e non quella dell’aria fra bulbo e guaina…

Naturalmente le tre temperature che ti ho indicato sono quelle di partenza. Sta a te modificarle per ottimizzarle in funzione del tuo impianto e del tuo consumo d’acqua calda.

 

RIFLETTORI (Optional)


Figura 8 - Vista 3D dei riflettori montati sul pannello

Se vuoi aumentare il rendimento del tuo pannello puoi installare due riflettori che possano riflettere una maggiore quantità di luce sulla lamiera del serpentino. Li puoi installare solo sulle parti superiore ed inferiore del pannello, perché se le mettessi anche ai lati, copriresti i raggi del sole al mattino ed alla sera.

Il massimo del rendimento sarebbe l’installazione di specchi, ma è pur vero che saresti costretto a costruire una robusta intelaiatura che li protegga dal vento, dal possibile accumulo di neve e, soprattutto, dalla grandine. Per questi motivi te li sconsiglio. Il cristallo è temperato o stratificato, quindi ci vorrebbe un bel chicco di grandine per distruggerlo. Lo specchio è, di norma, un vetro comune, quindi estremamente fragile. Lo si potrebbe incollare su di una tavola di compensato di almeno 10 mm di spessore. Conviene?

Se riuscissi a recuperare della lamiera di acciaio inossidabile di 1 - 2 mm di spessore sarebbe il massimo. Prima di installarli ne lucidi la parte verso il pannello con pasta lucidante da carrozzeria da auto, una lavata con acqua e sei a posto.

Può andare bene anche usare lamiera zincata, sempre di 1 - 2 mm di spessore, ma dovrebbe essere nuova (e non ingrigita dal tempo) ed andrebbe pulita e sgrassata bene prima di verniciarla con un prodotto trasparente. Oppure potresti verniciare una lamiera qualsiasi, partendo da un buon antiruggine di fondo, poi una vernice argentata ed infine il trasparente.

O ancora potresti usare una lamiera di alluminio, anch’essa, comunque, da verniciare col trasparente. In questo caso lo spessore non dovrebbe essere inferiore a 3 mm.

Mi sa però che alla fin fine la lamiera inox sia la scelta migliore. Possibile che dal tuo rottamaio non sia riuscito a trovarla?

Hai provato da un altro rottamaio?


Figura 9 - Disegno di costruzione dei riflettori

Una volta trovata la lamiera devi tagliarla a misura. Come potrai notare dal disegno, la parte riflettente deve essere alta almeno quanto è largo il pannello, quindi quanto Hc, mentre dovrà essere piegata di 22,5 gradi per fare sì che ogni riflettore si occupi di metà del pannello. Tale angolo è un compromesso fra la dimensione della lamiera, l’apertura del sistema e l’angolo della luce che si riflette sul cristallo del pannello, che così risulta di 45°. Come ho già avuto modo di dire, ogni vetro riflette comunque una parte della luce che lo colpisce. Se i raggi sono normali alla sua superficie la riflessione è minima, ma più l’angolo di incidenza aumenta, più si manifesta l’effetto di questa riflessione.

Posso comunque dire che la lunghezza massima del riflettore, come si può facilmente intuire, è di 2 Hc. Vedi tu.

Senza aspettarti miracoli da questo optional, esso può aumentare artificialmente le dimensioni del pannello, inviando sulla sua superficie una maggior quantità di energia. Per quanto poca, sarà sempre maggiore che senza i riflettori.

Come dici? Il vento?

Giusto. Vedo che le mie ripetute raccomandazioni cominciano a dare risultati. Com’è più che evidente, queste superfici laminari si comportano esattamente come i flaps di un aereo. Quindi un vento sostenuto e rafficato potrebbe distruggere tutto in poco tempo.

Conviene perciò fare dei fori (minimo 3) sui bordi lunghi ed esterni dei riflettori (due a 20 cm dagli angoli ed uno in centro), facci passare e ripassare dentro del fil di ferro zincato di almeno 2,5 mm di diametro e tira il tutto secondo la sequenza: parte del tetto anteriore al pannello, primo riflettore, secondo riflettore, parte del tetto posteriore al pannello. Non preoccuparti della tensione del fil di ferro, mentre lo fai passare e ripassare nei fori del riflettore (in modo che l’anello in fil di ferro lo serri senza poter scorrere) anzi ti conviene lasciarlo un po’ lento. Potrai occuparti di tendere il filo successivamente, quando tutto sarà a posto, attorcigliandone l’eccedenza con una leva od una pinza. Chissà quante volte hai visto queste attorcigliature lungo i fili che sostengono le vigne… Le piu moderne hanno degli appositi tenditori, ma questi sono troppo poco naif…

Per finire, la parte esterna dei riflettori (tranne che per l’acciaio inox) andrebbe verniciata. T’è rimasta un po’ di vernice rossa? No? Valla a comprare e non metterla in conto al budget dell’impianto. Se non riesci a trovarla dello stesso colore fa niente; ma ti perdono solo se questa è ancor più rossa!

 

IMPIANTI ELETTRICI

Un solo consiglio: realizza o fai realizzare tutto a norme. Un cavo elettrico volante, magari in bagno, è la cosa meno ecointrosofica che esista. Un cavo volante non è naif, è stupido!

Finalmente posso redigere una distinta materiali:

a - n° X pannelli Panda
b - n° 2X valvole a sfera diametro 3/8” per escludere (eventualmente) un pannello
c - n° 1 circolatore con le caratteristiche prima descritte
d - n° 2 valvole a sfera per l’esclusione e lo smontaggio del circolatore
e - n° 1 valvola a sfera sul serpentino per lo smontaggio del boyler
f - n° 1 manometro, come già descritto
g - n° 1 valvola di sicurezza come già descritta
h - n° 1 vaso di espansione come già descritto
i - n° 2 termometri (minimo) con scala 0-120°C
j - n° X scaricatori automatici d’aria + rubinetto di esclusione
k - n° X tubazioni di allacciamento, nei diametri indicati in precedenza
l - n° X raccordi filettati e non (a seconda del tipo di tubazioni impiegate)
m - n° X supporti per le tubazioni
n - n° X coibentazione come precedentemente descritto
o - n° X anticongelante

Cosa resta?

Non mi resta che chiederti l’ultimo piacere. Questo testo è giovane, e sicuramente manca di descrizioni importanti mentre, magari, è ridondante in altre parti. Se fossi così gentile da suggerirmi le modifiche da apportare…

Avrai notato che ad inizio testo c’è il numero della release e la data di emissione: servono proprio a questo.

Grazie fin da ora.

enz:o)gal       ecointrosofia@email.it        

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