SolarLab
Semplice progetto fai da te, di un pannello solare passivo per scaldare l'acqua senza spendere un centesimo, sfruttando il sole.
Dobbiamo decidere che tipo di pannello ci serve, a seconda del luogo dove và installato:
Pesante o Leggero?
Pesante:
Il tipo pesante lo possiamo impiegare in giardino, su di un tetto piano, o anche su tetto inclinato.Pannello di recupero,cercate dal rottamaio un calorifero che non abbia buchi o troppo arrugginito, altrimenti lo potete comprare anche nuovo,di circa un metro quadro. Se ve lo volete costruire andate da un rivenditore di ferro e comprate del tubo scatolato metallico con spessore da 2 mm. Con sezione rettangolare 100x60 mm.,fatevelo tagliare sul posto , con misura perimetrale quadrata o rettangolare dovete ricavare 1 metro quadro. Non dimenticatevi i due pezzi di scatolati a "U" che chiudono il pannello sopra e sotto. Infine serve un pezzo di lamiera sempre con lo spessore di 2mm, dove ricaveremo le lamelle che favoriscono la circolazione a serpentina e i tappi che chiudono il circuito.Saldate i tubi le lamelle i tappi con la saldatrice.
Leggero:
Il tipo leggero si può impiegare ovunque,basta acquistare due fogli di lamiera piana con spessore da 0,8 a 1 mm. con dimensione rettangolare o quadrata pari ad un metro quadro, sovrapposte,con in mezzo dei ferri piani pieni con spessore dai 2 ai 4 mm. e con larghezza dai 3 ai 4 cm. Questi ferri hanno solo lo scopo di creare una circolazione a serpentina nel pannello stesso, ma impediscono anche che lo stesso si deformi o si gonfi durante la saldatura. Per evitare che il pannello si pieghi durante la saldatura ai lati, piegare le due lamiere agli stessi. Si può in alternativa costruire un pannello più semplice:
Saldare le due lamiere senza i ferri piani, ma facendo dei semplici buchi col trapano,saldate poi dei comuni tondini per edilizia nei buchi, mantenendo la stessa distanza del precedente pannello.
Se tutto questo vi sembra complicato o non possedete una saldatrice, basta usare il calorifero che è già pronto e tutto è risolto no?
Terminata la costruzione del pannello scelto, ora dobbiamo controllare accuratamente se ci sono delle perdite, riempiamo il pannello di acqua e verifichiamo. Il mio consiglio è di verificare la tenuta del circuito con la pressione più affidabile.
Verniciatura:
Se tutto è a posto, verniciamo ora il pannello totalmente,con la vernice speciale per scarichi o marmitte auto di colore nero opaco, che resiste alle alte temperature. Applicate uno strato solo di vernice(dato che questa vernice è un cattivo conduttore di calore) a spruzzo o a pennello e lasciate asciugare.
Siamo arrivati al punto più importante della realizzazione. L'isolamento e il contenitore del nostro pannello.
Nei vari negozi ferramenta o brico, troverete molti di questi materiali isolanti, ma i più indicati e adatti al nostro scopo sono:
Lana di vetro
Poliuretano espanso (alta densità)
L'isolamento serve principalmente a non disperdere tutto il calore raccolto dal nostro prezioso pannello, dato che un corpo opaco esposto ai raggi solari raggiunge una temperatura superiore a quella ambientale. In generale l'isolamento è composto da uno strato di 5 - 10 cm di lana di vetro collocato ai lati e sotto alla superficie assorbente.
Perché la lana di vetro?
Costa poco
Ottimo isolante termico
Resiste a temperature oltre i 100 °C
Ma la lana di vetro non ha solo pregi, l'umidità causa la perdita delle sue qualità, poi deve essere fissata alla superficie di appoggio altrimenti scivola e si piega verso il basso se viene inclinato il pannello. Ci sono varie soluzioni a questo piccolo problema, esistono pannelli a fibra lunga più rigidi che non si piegano, oppure
potete fissare la lana di vetro con della colla (universale, silicone a freddo), in alternativa con dei bottoni di plastica incollati al contenitore stesso, l'ultima soluzione incollate la lana di vetro tra due fogli di carta da pacchi.Dovremo comunque realizzare uno strato isolante perfettamente stagno,perché pioggia,rugiada, umidità e condensa la trasformano in un conduttore, mentre a noi serve un isolante.Ricordatevi di usare i guanti e gli occhiali protettivi perché la lana di vetro è un materiale molto irritante.
Perché l'espanso?
Se volete potete usare il materiale espanso,più pratico. Lo trovate rigido, in fogli di varie misure e spessore, con densità variabile. Ma dobbiamo fare attenzione perché non tutti resistono a temperature di 100 °C. E le caratteristiche rispetto alla lana di vetro, sono:
- Leggeri
- Facili da tagliare
- Facili da incollare
- Modellabili con carta a vetro
- Esistono anche in forma liquida
- In sacchetti sfusi
Penso che infine uno dei materiali impiegabili è il sughero espanso se lo trovate facilmente.
L'ultima cosa da fare,necessaria e fondamentale che migliora anche l'isolamento del nostro collettore solare è il foglio di alluminio interposto, tra il pannello solare e l'isolante. Questo foglio ha la funzione di riflettere verso il pannello i raggi infrarossi, altrimenti si disperderanno nel contenitore.
LA SCATOLA:
La funzione principale è quella di tenere insieme tutti i materiali che compongono il collettore solare:
Pannello Solare
Isolamento Termico
Vetro
Gli sforzi meccanici che deve sopportare questa scatola,sono deboli, quindi non necessita una grande resistenza. Di solito questa viene fissata e ancorata al tetto o alla soletta.
scatola può essere di:
- Metallo
- Legno
- Resina
- Poliuretano + Resina
Metallo:
Normale lamiera, economica ma purtroppo facilità le dispersioni termiche e necessita di : piegatrice, saldatrice, rivettatrice ecc.
Alluminio, l'impiego di questo materiale, dipende essenzialmente se avete nelle vostre vicinanze un rivenditore. Costoso, ma leggero e praticissimo, basta un trapano, punte, rivettatrice,silicone e in un attimo se avete i pezzi già tagliati di misura costruite la scatola.
Legno:
Compensato marino oppure legno di pino stagionato,durata e tenuta nel tempo discutibili. Se volete aumentare nel tempo la durata, dovrete trattare il legno con vernici idonee.Mentre ottima la praticità di costruzione e di fissaggio. Ottimo isolante pochissime dispersioni termiche.
Resina e Poliuretano:
Penso che questa sia la soluzione meno cara e la più pratica. Non necessita di materiali particolari ma richiede una certa cura. Per costruire questo tipo di contenitori servono sabbia e gesso o scagliola, materiali che trovate praticamente ovunque,ferramenta o negozio colori.
- Contenitore semplice
- Contenitore + isolante
Contenitore semplice:
Fare uno stampo di sabbia, colare successivamente il gesso liquido e lasciare asciugare. Stendere sopra la fibra di vetro, adattarla bene allo stampo e impregnarla con la resina liquida. Attendere il completo indurimento (circa 24 ore), staccare lo stampo ed eventuali residui.Ora abbiamo uno stampo master per produrne altri. Se invece lo si usa direttamente per il collettore, aggiungiamo diversi strati di rinforzo di fibra e di resina.
Contenitore + Isolante:
Se non volete usare sabbia e gesso, potete sfruttare l'isolante stesso come supporto. Utilizziamo schiume rigide (poliuretano espanso o schiuma PVC) ma non il semplice polistirolo altrimenti la resina lo buca e lo scioglie. Per incollare i pezzi tagliati usare del silicone acetico in cartuccia. Lasciare asciugare e successivamente smussare tutti gli angoli vivi, per facilitare la tenuta della resina. Stendiamo ora la fibra di vetro su tutta la superficie interna ed esterna, ottenendo così un pannello di tipo "sandwich molto rigido.Per aumentare la durata del contenitore agli agenti atmosferici, aggiungere vari strati supplementari di resina (5 millimetri durano circa 25 anni).
Per due motivi essenziali,mettiamo una copertura trasparente davanti al pannello solare:
- Isolamento
- Effetto Serra
Isolamento:
Se non mettiamo una protezione davanti al pannello, l'aria che viene a contatto con lo stesso gli impedisce di raggiungere alte temperature. Impedisce anche le perdite per convezione. Lo spazio tra il vetro e il pannello è di circa 30 mm (minimo 25mm massimo 40mm).
Effetto Serra:
Il vetro presente davanti al pannello realizza un efficace effetto serra, lascia passare l'energia solare e recupera il più possibile l'irraggiamento emesso dal pannello.
Cosa succede in un collettore colpito dall'irraggiamento solare?
I raggi solari colpiscono il vetro, lo attraversano quasi tutti e raggiungono il pannello. Questo essendo verniciato di nero assorbe tutti i raggi scaldandosi. In breve tempo raggiunge temperature dai 35 ai 100 °C (dipende dalla velocità di circolazione dell'acqua), e di conseguenza emette radiazioni diverse da quelle che ha ricevuto. Queste essendo sulla frequenza dell'infrarosso, cercheranno di uscire dal vetro ma il vetro lascia passare i raggi solari e assorbe gli infrarossi. Di conseguenza il vetro si riscalda, la temperatura dipende dalle caratteristiche del pannello, in genere comunque è compresa fra 30 e 50 °C, comportamento come un corpo nero ed emetterà radiazioni infrarosse in tutta la sua superficie da tutti e due i lati. Il pannello quindi riceverà: irraggiamento solare + la metà dell'irraggiamento del vetro: ecco ottenuto l'effetto serra.
Quale Vetro?
Si possono adoperare i vetri comuni per le finestre del tipo più "Bianco", che per delle dimensioni massime di 1m X 1m necessita di 4mm di spessore. I migliori sono: " Pyrex " e il vetro di " Silice " ma sono abbastanza cari. Si possono usare anche vetri sintetici, molto leggeri ed economici ma purtroppo a contatto diretto con i raggi ultravioletti invecchiano rapidamente e quindi vanno sostituiti quando sono rovinati. Per le dimensioni e spessori dei vetri richiedeteli via e-mail.
Montare i Vetri:
Si devono usare mastici elastici(silicone acetico), oppure guarnizioni in gomma o neoprene, altrimenti le frequenti dilatazioni termiche sarebbero cause di perdite che comprometterebbero il buon funzionamento del collettore. Il tutto si deve poter muovere insieme alla dilatazione del vetro come da disegno.
I collettori solari possono essere collegati fra loro in serie o parallelo?
Collegamento in serie (Consigliato)
La stessa quantità di acqua attraversa tutti, si ottiene una temperatura maggiore. (questo tipo di impianto, necessita pompa elettrica di circolazione).
Collegamento in parallelo (Sconsigliato)
La stessa temperatura attraversa tutti i pannelli,ma maggiore quantità di acqua a disposizione (consigliato nell'impianto a funzionamento a termosifone).
Inclinazione Rispetto al Piano:
Affinché il collettore raccolga il massimo di energia, deve essere orientato perpendicolare ai raggi solari. Purtroppo l'inclinazione dei raggi cambia durante il giorno e a seconda della stagione.
- Inverno Sole Basso
- Estate Sole alto
I collettori comunque devono essere fissati e devono essere orientati a "SUD", questo per sfruttare al massimo l'energia solare. Devono essere inclinati con un angolo, compatibile alla latitudine del luogo dove sono installati. Quindi si rende necessaria una regolazione stagionale che necessita l'impiego di raccordi flessibili per le tubazioni.
Gli impianti a collettori solari si dividono in due:
- Ciclo Diretto
- Scambiatore di Calore
Ciclo Diretto:
L'impianto a ciclo diretto è semplice da costruire ma limitato nell'uso, soggetto a gelate invernali e a incrostazioni calcaree. Economico perché non richiede l'installazione della pompa di ricircolo e molto pratico.
Scambiatore di Calore:
A scambio di calore invece ci permette di utilizzare l'impianto tutto l'anno senza problemi.Utilizzato sia per scaldare l'acqua sanitaria, ma anche come fonte integrativa dell'impianto di riscaldamento.Una tipologia di impianto più complicato, costoso e ingombrante.Richiede l'installazione di una pompa di ricircolo.
Come costruirlo!
Serbatoio senza scambiatore:
Cerchiamo un fusto metallico (spessore lamiera 10 o 15 decimi) per olio o carburante, pulirlo accuratamente.
Fasi di preparazione:
- Rivestimento interno
- Isolamento
- Protezione Esterna
Rivestimento interno:
Versare vernice resistente al calore (1/2 litro per un bidone da 200 litri) e agitare in modo che si distribuisca completamente.Una seconda mano di vernice epossidica per uso alimentare.
Isolamento:
1° Strato di lana di vetro incollata su carta bitumata
2° Strato di lana di vetro o di roccia imprigionata in una rete metallica zincata.
Schiumare con poliuretano liquido eventuali buchi o intorno ai raccordi dei tubi di entrata e di uscita.
Esempi di dispersione:
Se il serbatoio contiene acqua a 60 °C l'acqua si abbasserà di circa 10 °C ogni 24 ore se l'isolamento ha lo spessore di 5 cm. Perderà invece solo 5 °C ogni 24 ore se l'isolamento è spesso 10 cm.
Protezione esterna:
Appoggiare il serbatoio su treppiede di metallo, per poterlo isolare anche sul fondo.Fasciare con garza e gesso tutto il serbatoio.Pennellare il tutto infine con bitume da copertura(per il tetto).
Principio di Funzionamento:
Serbatoio a ciclo diretto:
L'acqua che si scalda nel collettore, essendo più leggera dell'acqua fredda sale, l'acqua fredda invece tende a scendere, in questo modo si innesca una circolazione naturale a " Convezione ".
- Serbatoio con scambiatore:
E' identico al precedente, possiede semplicemente uno scambiatore di calore (serpentina).Lo scambiatore si comporta come un radiatore, l'acqua calda circolando,cederà parte delle calorie per scaldare l'acqua più fredda del serbatoio. Lo scambiatore quindi andrà posizionato nella parte più bassa del serbatoio.
Ora vediamo alcuni esempi di montaggio e di utilizzo di collettori solari per il riscaldamento di acqua sanitaria. Sono solo esempi.
Composto da:
- Collettore ad Effetto Serra
- Serbatoio accumulo
- Circuito e Tubature
- Pompa (circolazione forzata)
Elenco: attrezzature e materiali necessari per realizzare e costruire il pannello solare passivo (acqua calda).
Di consumo:
Colle: universali,per polistirolo,cianoacrilato,per gomma,per carta.
Silicone: in tubetto,cartuccia per pistola,trasparente e in vari colori.
Resine:epossidica, 5minuti,tessuto di resina o fibra di vetro, resina da carrozziere.
Gomma per vetri,per guarnizioni,pezzi di gomma larga o stretta. ( * )
Guarnizioni autoadesive: gommapiuma o gommaspugna o altro.
Polistirolo:liquido( bombola spray), pannelli rigidi alta-media-bassa densità di vario spessore.( * )
Lana di vetro o lana di roccia di vario spessore.( * )
Fogli di polietilene argentati ad alta riflessione,possibilmente argentati da entrambi le parti. ( * )
Fogli trasparenti, nylon,pellicola per cibi (*) Fogli di alluminio sottili e modellabili a mano. ( * )
Profilati di alluminio di varie forme e misure. ( * )
Lamiere verniciate e non. ( * )
Sughero
Lastre di vetro: 3 o 5 mm,preferibilmente temperati dove nevica o grandina,in alternativa lastre di plexiglass. ( * )
Tavole di legno,cunei,tacchi. ( * )
Nastro adesivo per pacchi o telato
Utensili:
Cacciaviti di varie misure
Forbici,pinze,martello,cutter, ecc.
Pinza a pappagallo
Punte trapano per legno, ferro e muro
Morsetto serratubi Pinza a ganascia
Filiera a testa intercambiabile
Tagliatubi regolabile
Scaldatubi portatile
5 utensili, levigatrice orbitale, trapano a batteria,seghetto alternativo,smerigliatrice angolare,trapano a percussione
Graffatrice manuale o elettrica
livella di varie misure
Metro da 1 e 5 metri Spatole di varie misure
Morsetti regolabili
Calibro digitale e in plastica
Spazzole in ferro per trapano
Tubature:
Tubi di recupero o nuovi zincati (*)
Raccordi da avvitare (*)
Manicotti (*)
Riduttori(*)
Raccordi(*)
Gomiti(*)
Gomiti a T(*)
Gomiti a X(*)
Tubi di rame e raccordi rapidi o a saldare
Tubi di Alluminio e raccordi rapidi Tubi di plastica e raccordi(*)
Tubi di plastica per scarichi o fognature e loro raccordi(*)
Tutti i materiali contrassegnati con l'asterisco (*) sono riciclabili, di solito vengono buttati via da imballaggi, oppure li trovate in abbondanza da demolitori o centri di riciclo.
Dove non ci sono problemi di temperatura elevata, si possono impiegare tubi di alluminio che si piegano a mano, che permettono di guadagnare tempo prezioso e denaro.Per chi vuole fare un impianto ad Hoc consiglio di usare tubazioni in rame, facili anche da saldare a stagno.
Attenzione: non usare tubazioni in rame saldate a stagno dove ci sono temperature che superano i 90 °C