Caratteristiche generali

I sistemi a circolazione naturale sono molto semplici, richiedono scarsa manutenzione e possono essere realizzati impiegando dei pannelli solari con basse perdite di carico.

Tutti i sistemi a circolazione naturale si basano sul principio che il fluido del circuito primario, riscaldato dal sole diminuisce la propria densità, diventa più leggero e sale verso l’alto, provocando un movimento naturale del fluido medesimo.

Nei sistemi a circolazione naturale il serbatoio di accumulo dell’acqua deve essere sempre posizionato più in alto del pannello ed a breve distanza dal medesimo. Anche le tubazioni di raccordo tra pannello e serbatoio devono mantenere la stessa inclinazione. Esistono comunque anche sistemi a circolazione naturale con il serbatoio posizionato dietro il pannello.

Tra gli impianti a circolazione naturale si può fare una ulteriore distinzione fra impianti a scambio diretto e impianti a scambio indiretto.

Il principio di funzionamento in entrambi i casi si può così riassumere. Quando l’acqua o il fluido vettore si riscalda nel collettore solare, diminuisce la sua densità. Di conseguenza diminuisce il suo peso, quindi tende a portarsi in alto, mentre l’acqua fredda scende per occupare il posto lasciato libero dall’acqua calda. In questo modo non sono possibili circolazioni inverse poiché il calore rimane sempre più alto. Alla luce di questo principio fisico (già ampiamente sfruttato nei termosifoni a spinta naturale), è facile intuire il funzionamento di un impianto solare a circolazione naturale. Gli elementi costitutivi di un impianto solare a circolazione naturale sono il collettore/i solare/i ed il serbatoio di accumulo/scambiatore.

Il collettore piano è connesso in un circuito chiuso con un serbatoio termicamente isolato destinato all’accumulo dell’acqua calda. Negli impianti a scambio diretto l’acqua scambiata è la stessa che viene riscaldata nei collettori per poi risalire per termosifone nell’accumulatore da cui verrà prelevata per l’utilizzo.

In quelli a scambio indiretto, un fluido (glicole ed acqua demineralizzata) si riscalda nei pannelli solari e sempre “per termosifone” circola in uno scambiatore posto all’interno del serbatoio in cui è accumulata l’acqua calda.

Vantaggi della circolazione naturale

• Velocità di scambio termico commisurata alla differenza di temperatura fra boyler e pannelli.
• Nessuna circolazione inversa durante la notte.
• Autoregolazione della circolazione.
• Assenza di pompe di circolazione, centraline e sonde.
• Installazione rapida ed economica.
• Manutenzione ridotta al minimo.

Applicazioni tipiche

L’applicazione tipica della circolazione naturale è la produzione di acqua calda per uso sanitario. Per produzione di acqua per uso sanitario si intende il soddisfacimento dei fabbisogni di acqua calda sanitaria per:

Per questo uso il sistema a circolazione naturale è più competitivo rispetto ad altre tipologie di impianti in quanto risulta essere più affidabile (visto che nell’impianto non ci sono elementi elettromeccanici) e meno costoso (per piccole utenze).

Criteri di dimensionamento

Per il dimensionamento di un impianto solare è necessario disporre innanzi tutto di alcune informazioni di base, che permettono di individuare il sistema solare più adatto per l’applicazione.

Tali informazioni di base, comuni per il corretto dimensionamento di un qualunque sistema solare, riguardano i dati relativi a:

-  le necessità dell’utente e le condizioni di montaggio

<-  l’orientamento e l’inclinazione delle superfici disponibili per l’installazione

-  le condizioni climatiche del luogo

-  la globalità del progetto

La conoscenza di questi dati con l’ausilio eventuale di adeguati programmi di simulazione, permettono di determinare il corretto dimensionamento di un impianto solare. Per quanto riguarda poi il dimensionamento effettivo dell’impianto solare a circolazione naturale, questa operazione si semplifica con l’utilizzo di tabelle o programmi di calcolo estremamente semplici.

Di seguito si riporta a titolo di esempio una tabella indicativa per il calcolo di un impianto solare termico:

(fonti: Solare Termico Attivo - LEEE, Dossier Solare Termico - Progetto RES & RUE Dissemination – ACCOMANDITA)