Collettori solari ad aria calda: funzionamento, installazione e costi

La radiazione solare è la fonte energetica più abbondante e pulita disponibile. La tecnologia per l’utilizzo termico dell’energia del sole ha raggiunto da tempo maturità ed affidabilità, ma ad oggi un aspetto è ancora piuttosto sottovalutato: scaldare l’acqua con il sole è ormai una modalità ordinaria nell’utilizzo domestico e produttivo, mentre scaldare direttamente l’aria con il sole è una tecnica ancora molto poco diffusa, mentre è probabilmente uno tra i modi più razionali ed efficienti per l’integrazione della climatizzazione ambientale.

 

È il cosiddetto riscaldamento solare aerotermico che utilizza  i collettori solari ad aria calda: l’energia proveniente dal sole viene utilizzata per scaldare l’aria all’interno del pannello che poi, tramite un ventola, viene immessa direttamente nell’ambiente.

 

I campi d’applicazione per tali impianti sono tipicamente quelli per il comfort ambientale del piccolo monolocale fino al grande centro commerciale e, in campo industriale, per i processi d’essiccazione di prodotti alimentari.

 

Collettori solari ad aria calda: come funzionano?
I collettori solari ad aria calda si differenziano da quelli ad acqua per il fatto che in essi il fluido termovettore è costituito da aria. Il principio di funzionamento è pressoché lo stesso di quelli ad acqua essendo costituiti dagli stessi elementi per sfruttare l’effetto serra, ma alcuni elementi fanno la differenza, primi tra tutti semplicità ed efficienza.

 

I pannelli sono costituiti da una superficie vetrata esterna, meglio se microprismatica, e da una interna scura assorbente, o trattata selettivamente, in grado di massimizzare l’assorbimento della radiazione solare. Il sistema assorbe calore dal sole e lo cede al fluido termovettore, in questo caso aria anziché acqua, che circola nell’intercapedine tra vetro e assorbitore.

 

I parametri di dimensionamento variano significativamente, dato che l’aria scambia calore con maggiore difficoltà dell’acqua: occorre quindi un tempo di permanenza più lungo all’interno del pannello e per questo motivo il flusso d’aria può anche passare in una serie di “trappole” che lo rallentano consentendo un maggiore assorbimento di calore.

 

A questo punto l’aria è pronta per essere immessa nell’ambiente da riscaldare attraverso un semplice foro nella parete o una conduttura isolata che attraversa il sottotetto. Se l’aria proviene dall’esterno è previsto un sistema di filtraggio. Questi sistemi hanno di norma una piccola ventola che ne controlla l’immissione, la quale può essere attivata da un piccolo modulo fotovoltaico e controllata da una centralina elettronica che ne gestisce il funzionamento.

 

Per comprendere l’aspetto dell’efficienza del sistema è utile un paragone: come il cibo “cotto” o “trasformato” è meno nutriente di quello crudo, così anche l’energia, in questo caso quella solare, più viene trasformata meno è efficiente, ovvero vi sono delle perdite di energia.

 

Il pannello solare ad aria è una delle tecnologie che ha il rendimento più alto nel convertire l’energia solare in energia termica, dato che l’aria riscaldata nei collettori solari può essere inviata direttamente all’ambiente senza scambiatori di calore intermedi, permettendo un notevole aumento di efficienza del sistema, tra l’85% ed il 90%. Basti pensare che, di solito, con un sistema ad acqua, per riscaldare un ambiente a 20÷22°C, occorre portare l’acqua almeno a 60÷70°C. Con questi sistemi inoltre viene garantito un flusso di aria riscaldata continuamente rinnovata, che favorisce un ambiente più sano contrastando la formazione di muffe e il ristagno di umidità.

 

Installazione dei collettori solari ad aria calda
Anche in caso di sole velato (500 W/mq) il collettore può mettersi in funzione e cedere gratuitamente calore. È però nelle fredde, ma soleggiate, giornate d’inverno, che il pannello solare ad aria raggiunge il massimo rendimento, garantendo risparmi elevati. Le modalità d’installazione dipendono dalla tipologia dell’edificio: si può installare sia a parete, sia sul tetto, con appositi supporti, considerando sempre che non dovrà essere in ombra e che il miglior orientamento è sempre il Sud.

 

L’inclinazione può variare dai 55° fino ai 90° (a parete), quest’ultima utile per aver maggiore rendimento in inverno quando il sole è basso sull’orizzonte. Il sistema può essere messo in funzione subito dopo il montaggio. La semplicità dell’impianto garantisce una lunga durata senza onerosi interventi di manutenzione, limitati alla sostituzione del filtro a corredo. Alcuni collettori sono muniti di una valvola di scarico condensa che permette al collettore di funzionare anche come deumidificatore d’ambiente o dotati di un apposito kit accessorio, che  può essere utilizzato per produrre acqua calda d’estate.

 

Approssimando, è possibile utilizzare per il dimensionamento la proporzione di 1 mq di pannello per 10/15 mq di superficie utile, con 3 m di altezza dei vani, ottenendo una integrazione pari al 25-35% del riscaldamento. L’apporto è comunque significativo da ottobre ad aprile, dando il meglio di se nelle stagioni intermedie, in cui si potrebbero ottenere anche apporti del 100% di energia solare.

 

L’impianto può dimostrare la sua utilità anche nel caso di seconde case in climi rigidi: il sistema può attivarsi in autonomia in modo da non far scendere troppo la temperatura interna, garantire un rinnovo dell’aria e ridurre la formazione di muffe, riducendo l’intervento di un riscaldamento tradizionale predisposto a questo scopo.

 

Costo
Paragonato ad una serra climatica ha un costo di circa 5 volte inferiore a parità di calorie prodotte e consente di evitare totalmente il rischio di surriscaldamento (che nel caso di serre mal progettate costituisce un serio problema nei nostri climi mediterranei).

 

I collettori ad aria in commercio non sono molti, ma in media il costo è analogo a quelli ad acqua (il prezzo varia dai 350 ai 700 euro a mq), pur avendo costi di installazione quasi nulli. In alternativa ai sistemi reperibili sul mercato è possibile orientarsi verso l’autocostruzione.

 

Articolo di Andrea Cantini

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