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Collettori solari termici

Prove previste per i collettori solari termici e marcatura CE

LE PROVE PREVISTE PER I COLLETTORI SOLARI TERMICI
Cos'è un collettore solare?
Il pannello solare termico (detto anche collettore solare) è un dispositivo atto alla conversione della radiazione solare in energia termica e al suo trasferimento, per esempio, verso un accumulatore per un uso successivo. Un sistema solare termico normalmente è composto da un pannello che riceve l'energia solare, da uno scambiatore dove circola il fluido utilizzato per trasferirla al serbatoio utilizzato per immagazzinare l'energia accumulata. Il sistema può avere due tipi di circolazione, naturale o forzata. 
 



Incentivi e detrazioni.
Quasi tutti i pannelli solari implementano in vario modo questi componenti: copertura trasparente, assorbitore, isolamento, collegamenti, scambiatore di calore con accumulo. La Finanziaria 2007 ha introdotto l'incentivo consistente nella detrazione 'imposta del 55% in fase di dichiarazione dei redditi per l'installazione di pannelli solari per produzione di acqua calda per usi domestici o industriali in edifici.
Solo i laboratori accreditati ACCREDIA (ex SINAL) come Istituto Giordano possono produrre i documenti necessari ai fini della detrazione.
Nota bene.
Per l'incentivo serve la certificazione del solo Collettore secondo la norma UNI EN 12975 o del sistema Collettore-Bollitore secondo la UNI EN 12976, solamente se l'unità di accumulo non è separabile dal collettore; non sono necessarie entrambe.
 
Classificazione dei collettori.
I collettori solari termici si dividono principalmente in collettori piani e sottovuoto.
• I collettori solari piani sono la tipologia attualmente più diffusa. Quelli vetrati sono essenzialmente costituiti da una copertura in vetro, una piastra captante isolata termicamente nella parte inferiore e lateralmente, contenuti all'interno di una cassa metallica o plastica. Quelli scoperti sono normalmente in materiale plastico direttamente esposti alla radiazione solare. L'utilizzo di quest'ultimi è di norma limitato al riscaldamento dell'acqua di piscine.
• I collettori solari sottovuoto sono progettati con
lo scopo di ridurre le dispersioni di calore verso l'esterno. Infatti il calore raccolto da ciascun elemento (tubo sottovuoto) viene trasferito alla piastra generalmente in rame o alluminio, presente all'interno del tubo. In tal modo il fluido termovettore si riscalda e, proprio grazie al vuoto, minimizza la dispersione di calore verso l'esterno. Al loro interno la pressione dell'aria è ridottissima, così da impedire la cessione del calore per conduzione da parte dell'assorbitore. In fase di assemblaggio aria tra l'assorbitore ed il vetro di copertura viene aspirata, e deve essere assicurata una tenuta perfetta e che rimanga tale nel tempo.
 

La normativa.
Gli standard UNI EN 12975 sono stati scritti pensando tipicamente a queste due tipologie di collettori, ma si sta pensando già di estenderli ai collettori solari ad aria ed ai sistemi a concentrazione, per quanto riguarda i test di efficienza energetica.
I collettori solari sono attualmente regolati da sistemi di certificazione volontaria ed in futuro è prevista la marcatura CE secondo la direttiva CPD (vedi articolo relativo alla presente TNL).
Di seguito si riporta una breve descrizione delle prove previste per attestare la qualità e l'affidabilità dei collettori secondo le UNI EN 12975-1/2:2006.
 
Le prove previste
Test di sovrappressione - il collettore viene sottoposto per 15 minuti ad una pressione interna pari a 1,5 volte la pressione massima operativa dichiarata dal produttore.
• Test di resistenza alle alte temperature - il collettore viene provato per un'ora ad almeno 1000 W/m2, temperatura ambientale maggiore di 20°C e velocità del vento minore di 1 m/s.
Test di esposizione (stagnazione a secco) - questa prova prevede l'invecchiamento mediante esposizione outdoor a 30 giorni con irraggiamento minimo pari a 14 MJ/m2 e 30 ore con irradianza minima pari a 850 W/m2 e temperatura ambiente maggiore di 10 °C.
Shock termico esterno (STE) ed interno (STI) - dopo aver sottoposto il collettore ad elevato irraggiamento, viene testata la sicurezza verificando la tenuta ad uno shock termico mediante pioggia per 15 minuti (STE) e successivamente mediante l'immissione di acqua fredda per 5 minuti, quando l'assorbitore ha raggiunto alte temperature
(solitamente superiori a 150 °C).
Prova di pioggia - In questo caso viene misurata l'acqua entrata all'interno del collettore dopo 4 ore di pioggia con il collettore tenuto a 50°C.
 


Prova di carico meccanico - queste prove servono a valutare la tenuta del collettore e dei supporti di montaggio quando caricati in modo positivo o negativo, per simulare rispettivamente il carico di neve e di vento. In questo caso si misura la deformazione residua dell'involucro, che deve stare all'interno di un certo range oltre a valutare visivamente ogni altro danneggiamento eventuale.
Resistenza all'impatto - questa prova volontaria simula la grandine e viene eseguita facendo cadere ripetutamente una sfera d'acciaio da diverse altezze (fino a 2 metri) in un angolo del collettore.
Efficienza termica in stato stazionario con struttura indoor (simulatore solare) e outdoor - per misurare l'efficienza di un collettore, vengono eseguiti più campionamenti di temperatura in ingresso e in uscita al collettore, di portata, di temperatura ambiente e di irradianza, al fine di valutare la resa aumentando la differenza di temperatura tra collettore e ambiente. Viene dunque costruita una curva passante per i punti campionati mediante metodo dei minimi quadrati pesati. È importante misurare i primi punti con temperatura del collettore prossima a quella ambiente per avere un valore preciso di efficienza η0, quando il collettore non cede calore all'esterno.La prova può essere eseguita in condizioni stazionarie outdoor, con cielo limpido e velocità del vento controllate.
 


Costante di tempo e capacità termica - questi test possono essere eseguiti in modo diverso, solitamente si eseguono misurando il tempo intercorso per raggiungere l'equilibrio, dopo che il collettore è stato prima oscurato e poi scoperto velocemente. Con dei calcoli viene poi determinato il tempo di risposta e la capacità termica.
• Modificatore dell'angolo di incidenza - la prova serve a valutare l'efficienza con irraggiamento non normale; solitamente si misura la perdita d'efficienza inclinando il collettore a 50°. Per i tubi sottovuoto vengono misurati più angoli in senso tangenziale e longitudinale.
Perdite di carico - la prova prevede la misura della perdita di carico tra ingresso ed uscita del collettore variando la portata di prova; viene dunque costruita una curva caratteristica.  
 
COLLETTORI SOLARI TERMICI.
La marcatura CE?
Il laboratorio Solare di Istituto Giordano è uno dei pochi in Italia accreditato ai fini della detrazione fiscale del 55%.
È ormai uso comune ricercare il marchio CE in tutti i prodotti che circolano nel mercato Europeo, riconoscendo l'importante messaggio di sicurezza racchiuso in queste due lettere. Ma non tutti i prodotti sono marcabili, perché?
Per apporre il marchio CE è necessario che il prodotto sia coperto da una specifica Direttiva Europea che attraverso gli standard tecnici armonizzatati - EN - stabilisce i criteri di sicurezza che tal prodotto dovrà rispettare. Se la normativa tecnica contiene l'allegato ZA, allora la norma è armonizzata ed il prodotto va marcato CE.
Fatta questa premessa, esistono casi limite, per cui "interpretando" le definizioni si cerca di forzare l'applicazione del marchio CE.

Il caso dei collettori solari termici
Un caso pratico è quello dei collettori solari termici, sistemi solari utilizzati per riscaldare l'acqua calda sanitaria e per il condizionamento. Sono in tanti a chiedere il marchio CE per questa tipologia di prodotti e non è del tutto casuale trovare dei collettori con il "CE" in mostra, peccato che non esiste ancora una norma armonizzata che consenta tale operazione. La Commissione Europea ha già dato il mandato (M369) per armonizzare lo standard UNI EN 12975, che riguarda solo i collettori solari termici
da utilizzare in edilizia. Il mandato coprirà solo il collettore solare, focalizzando l'attenzione su prove relative alla sicurezza, tra cui reazione al fuoco e
carichi di neve e vento. Si pensa che nei prossimi 2/4 anni terminerà l'iter normativo che porterà dunque alla marcatura CE secondo la Direttiva CPD (Direttiva Prodotti da Costruzione).
 
Collettore in prova per test di resa termica con simulatore solare


 
Le altre Direttive nelle quali ricadono i collettori solari.
I collettori termici potrebbero tuttavia rientrare nello scopo di altre Direttive Europee, tra cui Eco Design - Energy Labelling e PED sui prodotti in pressione.
• Eco design.
Per la Direttiva Eco-Design andranno considerati solo i sistemi solari completi (con sistema di riscaldamento ed accumulo), e per questo si sta lavorando in sede Europea per definire le prove e le modalità di esecuzione dei test. Data la possibilità di configurare il sistema in vario modo, con uno o più collettori e accumuli diversi, i costi e i
tempi delle prove sarebbero a dir poco immensi, per questo è in studio un modello matematico che permetta di definire e calcolare alcune variabili a partire da un numero limitato di prove.
Inoltre è in corso la revisione per armonizzare gli standard EN 12976 e EN 12977 per la marcatura CE secondo la Direttiva 92/75/CE e così gli accumulatori solari avranno l'etichetta energetica come frigoriferi e lavatrici.
• PED (Pressure Equipment Directive)
Per quanto riguarda la Direttiva PED è invece in corso un equivoco non affatto banale, che ha portando alla marcatura di alcuni collettori già in commercio.
La Direttiva Attrezzature a Pressione (97/23/CE), nota come PED (Pressure Equipment Directive), è rivolta ai costruttori di attrezzature a pressione e di insiemi, che intendano vendere o mettere in servizio la loro attrezzatura in un paese della EEA (European Economic Area). Si ricorda che la PED non garantisce la funzionalità dell'impianto o dei singoli componenti (peraltro già regolamentata da altre normative), bensì assicura la non pericolosità degli stessi. I collettori solari lavorano normalmente in pressione, per cui potrebbe esserci il dubbio su un eventuale applicazione.
Secondo gli schemi e le linee guida, la Direttiva PED va applicata a quei prodotti tali per cui il prodotto Ps * V sia maggiore di 50 bar*litro (dove Ps è la
pressione massima ammissibile e V è il volume di acqua contenuto). Questo è veramente molto lontano dalle caratteristiche dei collettori standard, costruiti
per contenere solitamente 1-2 litri di acqua e lavorare al massimo a 10 bar (Ps*V = 20 bar*litro).
Nelle linee guida 2/23 del 31 Marzo 2006 sulla Direttiva PED il Gruppo di lavoro (WG) "Pressure", aveva chiarito che "un tipico collettore solare andrà classificato articolo 3 paragrafo 3, visti i volumi e la pressione operativa come mostra la figura 1 dall'allegato II". Inoltre va chiarito che la Direttiva PED si applica al singolo collettore a non alla serie.
Esiste inoltre la possibilità che l'acqua possa surriscaldarsi, qualora il collettore in stagnazione (vuoto ed esposto all'irraggiamento solare) venga brutalmente riempito d'acqua, ma in ogni caso, questi prodotti sono costruiti e testati per sopportare questi imprevisti, essendo sottoposti a test di resistenza ad elevata irradianza/irraggiamento e a test di shock termico interno ed esterno secondo la UNI EN 12975, dunque anche questo rischio viene ampliamente verificato e controllato. L'applicazione del marchio CE ai sensi della Direttiva PED, stante quanto appena detto, non ha ragione di esistere per i classici collettori solari ed in questo senso si
sono tra l'altro già pronunciati in Europa diversi enti tra cui anche ESTIF (The European Solar Thermal Industry Federation).  

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