Sito di Lino - IK3NGU
Impianto Termo-Solare
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Questo impianto ha partecipato alla manifestazione nazionale organizzata da Ises Italia "I giorni delle Rinnovabili - Impianti Aperti" sabato 19 e domenica 20 aprile 2008
Sistema
Si poteva fare anche di meglio
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Premessa
Quando
abbiamo cambiato casa nella primavera del 2007, abbiamo trovato la
caldaia vecchia di oltre vent'anni e ferma da almeno due. Eravamo
indecisi se far ripartire quella oppure sostituirla. Poi,
consigliati da più parti e agevolati dal fisco, abbiamo
deciso di sostituirla. Anche perché un generatore di
quell'epoca avrebbe avuto dei consumi di carburanti non
indifferenti. Infatti negli anni ottanta si badava di più
alla quantità e alla qualità dei termosifoni che a
quella generatore, visto anche il basso prezzo del petrolio
all'epoca.
Dunque, tra i vari lavori che abbiamo deciso di fare, c'era l'ammodernamento dell'impianto termico. Abbiamo immediatamente preso in esame un paio di progetti aiutati da un progettista termo-tecnico.
Subito emerse la questione:
Riscaldarci ad aria calda oppure con i termosifoni?
Questo è stato un dilemma per alcuni mesi.
Ognuna delle ipotesi aveva il pro e il contro.
Usare l'aria calda per riscaldare la casa permetteva di utilizzare le più efficienti pompe di calore alimentate elettricamente, ma ponevano almeno tre problemi:
un certo consumo di energia elettrica, la non capillare diffusione dell'aria negli ambienti, e non ultimo, la scarsa soddisfazione nello scaldarsi con l'aria calda (sale presto la temperatura, ma va anche via presto dagli ambienti; inoltre il corpo umano non sente l'irraggiamento come succede con i termosifoni). Tuttavia il consumo di energia elettrica era in gran parte compensabile con i pannelli foto-voltaici a cui stavamo pensando.
Usare i termosifoni voleva dire scaldare l'acqua fino almeno a 60°, perché essi possano funzionare sufficientemente bene (con il vecchio impianto andavano ad 80°). Dunque si trattava di riutilizzare la vecchia rete di distribuzione esistente in casa, ma alimentando a gas metano il generatore. Purtroppo i costi del gas sono in aumento continuo e risparmiare non è facile.
La scelta cadde sul riscaldamento a termosifoni, però abbiamo adottato un'integrazione cosiddetta "solare" per agevolare il lavoro della nuova caldaia. Quest'ultima è stata scelta a "condensazione". Cioè, essa usa un procedimento che permette di riusare parte dei gas di scarico per aumentare l'efficienza propria e quindi per utilizzare meglio il prezioso combustibile.
Si poteva fare anche di meglio, ma i tempi e i costi non lo permettevano. Anche se non vi nascondo che esisteva "una terza e una quarta via" più costose che forse avrebbero conferito maggiore indipendenza dai carburanti alla nostra abitazione. Ne accennerò più sotto.
Solare Termico
Dunque, l'idea era quella di una nuova caldaia a gas aiutata dal sole.
Il principio è semplice: installare un accumulo di acqua che viene scaldata dai collettori solari e portata alla temperatura di esercizio dalla caldaia. In presenza di sole serve meno lavoro della caldaia e in sua mancanza ne serve di più, cioè: male che vada serve tanto carburante quanto ne avremmo comunque fornito in un impianto tradizionale senza "aiuto solare". Tuttavia, qui la caldaia di nuova generazione ci aiuterà a consumare meno rispetto alle altre normali.
Qui sotto ecco lo schema sintetico dell'impianto.
Il desiderio era quello di acquisire il maggior apporto possibile dal sole, dunque sono stati scelti i collettori a tubo sotto vuoto in misura di circa 10 mq ed un accumulo di settecento litri.
Questo tipo di collettori sono considerati ad alta efficienza in quanto risentono meno dell'inclinazione errata rispetto all'orizzonte e funzionano anche con un minimo di sole, anche nella stagione fredda. Per contro, costano un poco di più.
La potenza totale approssimativa dei collettori è di 5,4 KW
Elemento critico è l'inclinazione rispetto all'orizzonte dei collettori. Infatti, a differenza dei pannelli solari foto-voltaici, che sono più tolleranti in questo aspetto, quelli per l'acqua calda vorrebbero una luce solare incidente diretta, il più possibile perpendicolare.
Dunque per una configurazione "invernale" (il sole d'inverno passa basso rispetto all'orizzonte) alla nostra latitudine (45° nord) servirebbe un'inclinazione di circa sessanta gradi (45° + 15°), come descritto nella teoria.
Nel mio caso sono stati installati con una inclinazione di circa 45°, ma presto saranno portati a circa 60° in occasione di una prossima manutenzione straordinaria.
Qui sotto i collettori solari ancora imballati.
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Se avessi lasciato i collettori coricati sulla falda del tetto, che è a circa 20° di inclinazione, avrei ottenuto una configurazione "estiva" (il sole d'estate passa alto rispetto all'orizzonte). Risultato: tanta acqua calda d'estate. Ma cosa me ne farei di tutta quell'acqua calda d'estate, quando mi serve soprattutto d'inverno?
Commento. Penso a tutte quelle installazioni un po' "timide" di collettori solari che vedo in giro sul territorio: praticamente sono tutte configurate per l'estate! Cioè, nella maggior parte dei casi sono collettori selettivi piani (cioè ad efficienza ordinaria) distesi sul tetto a circa 20° e servono per lo più a integrare la produzione di acqua calda sanitaria. Lo so che ciò è anche frutto di un compromesso estetico. Infatti se i collettori solari sono distesi sul tetto non si notano molto.
Suggerimento. Dico a quella gente che: si potrebbe migliorare molto la prestazione del loro sistema solare. Come? Senza andare sui collettori a tubo sotto vuoto, come questi in foto, basterebbe elevare la posizione dei loro collettori solari fino ad arrivare ad almeno 40°-45°. L'ideale sarebbe tra i 50° e i 60°. Altrimenti sarebbe come "andare in barca a vela mentre c'è vento, ma con le vele spiegate solo a metà!"
Non fidatevi solo dell'idraulico/impiantista: spesso non lo sanno neppure loro. L'estetica non è poi così male e alla fine quel che conta di più è recuperare energia dal sole per il vostro sistema di climatizzazione invernale!
Per fortuna il locale caldaia esistente ha permesso l'installazione del grande accumulo d'acqua, oltre che della nuova caldaia con tutti gli annessi e connessi. Soprattutto la porta ha consentito il passaggio del bollitore grande, che per questo è stato "svestito" della sua coibentazione e spogliato degli accessori e poi "rivestito" e ricomposto.
Nella foto qui sotto si può vedere l'accumulo grande di 700 litri a sinistra di colore grigio, con la funzione appunto di accumulo e volano termico. Quello a destra di color rosso è il bollitore per l'acqua calda sanitaria di 300 litri, utile per lavarsi, cucinare, per alimentare la lavastoviglie e la lavatrice, ecc...
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qui sotto si può vedere la nuova caldaia murale a condensazione
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Si tratta di una Ecoflam mod. Bluette 107, consigliata anche da alcune associazioni dei consumatori per la sua riuscita. Una caratteristica avanzata delle caldaie a condensazione moderne è che non hanno fiamma pilota e sono modulanti. Cioè la fiamma nel bruciatore non è sempre uguale, come succede nelle caldaie tradizionali, ma è variabile nell'intensità in base alla necessità dell'utenza e soprattutto in base al clima del momento. Dunque lo sforzo del generatore è calibrato e misurato. Anche per questo che si dice siano efficienti ed economiche.
L'impianto solare è composto da un kit appositamente predisposto anch'esso della Ecoflam. In realtà i componenti dell'impianto solare sono tedeschi e austriaci (centralina elettronica), assemblati assieme dalla Kloben.
Qui sotto nella foto si può vedere:
alla destra: la centralina elettronica che gestisce in modo automatico i circolatori (pompe) dell'impianto solare;
al centro: Il circolare dei collettori solari (di colore grigio e nero);
a sinistra: il vaso di espansione del circuito solare (di colore blu);
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Durante l'installazione sono stati pompati nel circuito solare quasi venti litri di acqua con antigelo (un liquido di colore rosa appositamente progettato per questi sistemi). Questa miscela o fluido vettore si riscalda facilmente e circolando nel circuito fino nella serpentina dell'accumulo grande, rilascia il calore trasmessogli dai collettori solari scaldando l'acqua lì contenuta. Poi torna raffreddato su ai collettori solari per un nuovo ciclo.
Quando non c'è sole la pompa/circolatore non funziona e il fluido vettore è fermo.
Oltre a questo processo, la centralina elettronica gestisce anche il prelievo d'acqua calda dall'accumulo principale, quello grande (grigio), in quello piccolo (rosso). In questo modo l'acqua calda sanitaria è sempre disponibile alla temperatura di 55°. Inoltre gestisce altre funzioni, come la contabilizzazione della produzione (opzionale) e le sicurezze.
Da notare che l'acqua negli accumuli è più fredda sotto e più calda sopra, anche di parecchi gradi di differenza.
Recentemente (agosto 2011) in occasione di una manutenzione straordinaria all'impianto, abbiamo cambiato le cose...
Dato che in primavera ho ricominciato ad avere problemi di stagnazione e in genere stallo del sistema solare termico, ho chiesto aiuto al tecnico ed amico Alessandro Zanella. Dopo un analisi attenta abbiamo rivisto la configurazione e progettato le modifiche.
In effetti i pannelli lavoravano male e non riuscivano a scaricare tutta l'energia prodotta negli accumuli d'acqua. Ciò in parte a causa di una cattiva installazione iniziale. Il resto dell'insoddisfazione era dovuto ad una progettazione conservativa, orientata più a rispondere al fabbisogno di calore immediato, che all'uso efficiente delle fonti rinnovabili.
Quindi, in pratica, la caldaia prevaleva sempre su tutte le richieste di calore: riscaldamento e acqua calda sanitaria (a.c.s.). In questo modo però ho consumato parecchio carburante (gas metano) fin ora. Mentre il sistema solare, di per sé potente, era subordinato a fornire calore in seconda battuta integrando poco e male le richieste di energia.
Da ora in poi il sistema solare preriscalderà entrambi gli accumuli d'acqua, quindi è stato aggiunto un gruppo solare nuovo con circolatore e sfiato (necessario e che non c'era). Le richieste di a.c.s. saranno mediate tra la caldaia e l'accumulo solare tramite uno scambiatore di calore (aggiunto anche quello). Gli accumuli accoglieranno molto più calore dai pannelli solari termici rispetto a prima (fino a 90°C!!) costituendo una buona riserva per le giornate senza sole. Per questo l'erogazione di acqua calda sanitaria sarà mediata da un miscelatore automatico (miscela acqua bollente e fredda) tarato a 60°C (se no ci scottiamo!).
La caldaia sarà regolata per lavorare sul circuito di riscaldamento (termosifoni) decisamente sotto i 60°C al massimo, rimanendo così in zona condensazione e quindi in modo economico. Ovviamente saranno ri-tarati tutti termostati ambiente in casa per consentire periodi più lunghi di riscaldamento.
Inutile dire che la centralina solare è stata ri-programmata opportunamente, senza difficoltà particolari. Meno male che in questi anni l'avevo studiata ed utilizzata abbastanza.
Il riferimento qui sopra mostra un immagine con i valori in tempo reale, ma con un ritardo di ore 1:15. Monitor realizzato tramite servizio Resol Vbus.net.
Utilizzo
La
messa in servizio dell'impianto non è stata semplice.
Sia la nuova caldaia a condensazione, sia la centralina solare, per funzionare in modo efficiente si avvalgono di varie sonde esterne e interne. Esse rilevano le varie temperature nei punti prestabiliti - fuori: a nord della casa e sui collettori solari - dentro: nei due bollitori in alto e in basso. In base ad un programma di lavoro prestabilito, sia la caldaia sia la centralina azionano o disattivano bruciatore e pompe nell'ordine giusto in base alle condizioni ambientali e alla necessità della casa (riscaldamento e acqua sanitaria).
Purtroppo in un primo momento sono state posizionate male alcune sonde dalla ditta che ha eseguito l'impianto. Quindi il sistema ha funzionato in modo manuale, forzato per qualche settimana (eravamo sotto le feste di Natale), in attesa dell'intervento di un tecnico specializzato.
Questa situazione temporanea, non teneva conto però che il sole non attende nessuno e quando splende in alto nel cielo, i collettori solari lì sotto ricevono tanta di quella energia che deve essere scaricata in qualche maniera!
Perciò nel giro di pochi giorni ci sono stati ripetuti fenomeni di stallo termico che ci hanno messo un poco in allarme per le elevate temperature che si generavano nel circuito solare.
Per evitare problemi, temporaneamente ho coperto con teli ombreggianti i collettori solari che apparivano come nelle foto seguenti.
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Per fortuna, dopo una quindicina di giorni è stato sistemato tutto come da progetto e l'impianto ha iniziato a funzionare automaticamente.
Non vedevo l'ora di verificare l'apporto solare in questa stagione fredda nei primi giorni di gennaio. Ebbene presto mi sono fatto un'idea. Dopo qualche giorno di cielo nuvoloso, è arrivata finalmente una bella giornata di sole. Sono andato a controllare varie volte l'impianto, sia per capire se tutto funzionasse a dovere, sia per capire quanto l'apporto solare influenzasse la produzione di acqua calda.
In pratica già dalle prime ore del mattino (soleggiato), diciamo attorno alle ore 9, la centralina dice che la temperatura sui collettori solari è già sufficiente per far partire il circolatore: siamo a 62°, 5° di più della temperatura nell'accumulo. In effetti subito dopo vedo la spia della pompa in azione e questo dura per un minuto appena; il tempo di rilasciare il calore nell'accumulo e raffreddarsi. La temperatura nei collettori solari si abbassa rapidamente fino ad arrivare a 32°. Dopo quindici minuti circa siamo di nuovo a temperatura elevata e di nuovo la pompa fa circolare il fluido vettore. Man mano che la giornata si scalda i tempi di intervento del circolatore e quindi lo scambio di calore si allungano e i tempi di inattività si accorciano. Alle ore 11,30 circa siamo all'insolazione massima. Ora la pompa rimane accesa anche per quattro o cinque minuti e l'intervallo nell'inattività è divenuto di circa dieci minuti.
Intanto la caldaia se ne sta tranquilla, agevolata dall'azione solare sull'accumulo.
Ho potuto verificare nei giorni successivi, che un apporto solare moderato c'è anche in condizioni di cielo parzialmente nuvoloso. Questo invece non accade in presenza di cielo perturbato o stabilmente grigio. Sich!
A proposito della centralina solare vorrei segnalare che la visualizzazione dei valori di lavoro deve avvenire a frontale, cioè non può essere remotizzata. Questo mi è dispiaciuto molto. Inoltre leggendo il manuale ho verificato che sarebbe possibile anche misurare l'energia istantanea e totale prodotta dai collettori. Purtroppo il kit non prevedeva le tre sonde apposite.
Ho tentato di sapere se fossero disponibili opzioni di espansione contattando sia la ditta austriaca (produttrice della centralina) sia la Ecoflam, ma sembra che non ci sia nulla da fare. Dicono che é non richiesta. Questo è un vero peccato: mi sarebbe stato utile leggere dalla mia scrivania in studio o via web la qualità e la quantità della produzione solare.
Non dispero di trovare un domani una centralina evoluta che possa sostituire questa.
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L'impianto solare ha certamente richiesto alcuni interventi durante questo anno di funzionamento.
Per quanto riguarda il collettore solare, abbiamo avuto alla fine dell'estate 2008 tre tubi sottovuoto guasti. In particolare: uno risultava rotto, forse a causa della grandine di agosto 2008 e altri due sono diventati da neri a bianchi, in pratica hanno perso il vuoto. Fortunatamente sono stati sostituiti in garanzia dalla Ecoflam. Per il futuro conto sulla polizza di assicurazione della casa.
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collettore con tubo guasto: ha perso il vuoto
Comunque il problema più grande è capire quando qualcosa non va in questo tipo di impianti. Per questo motivo dall'estate scorsa (2008) tengo un registro nel locale caldaia dove annoto i valori delle temperature e delle pressioni nei vari stadi. Mi sarà utile per confronto in caso di anomalie.
Per esempio: se non va un circolatore o una pompa, ce ne vuole per capirlo. Per questo motivo mi sono messo in testa di monitorare l'impianto e ci sto studiando sopra da tempo. L'ideale sarebbe una centralina solare tele-gestibile via rete LAN attraverso un computer sul web: ne ho trovate alcune sul mercato ma non sono ancora convinto di quelle. Potrebbe essere la soluzione fra qualche tempo, comunque sarà dopo la scadenza della garanzia.
Intanto, ho risolto installando delle telecamere ad infrarossi (Ipcamera) che inviano foto scattate ad intervalli regolari su questa pagine web (vedi sezione monitor più sopra). Non è il massimo, ma intanto aiuta a capire come vanno le cose.
Vorrei evidenziare alcune situazioni potenzialmente critiche per questo tipo di impianti.
In caso di mancanza di energia cosa succede?
Durante una giornata soleggiata, se la mancanza è breve: diciamo di qualche minuto, non c'è problema, altrimenti si rischia lo stallo dei collettori.
Cosa significa stallo dei collettori solari?
Lo stallo dei collettori accade quando si supera una temperatura limite nel circuito solare. Il fluido vettore non può scaricare il calore accumulatosi e aumenta anche il suo volume. In questi caso ci sono delle sicurezze nell'impianto che aiutano a superare il momento critico. In cima ai collettori c'è una valvola di sfogo che però si apre solo manualmente per far uscire aria o vapore. Anche in basso, nel locale caldaia esiste una valvola di sfogo sul circolatore che permette la fuoriuscita del fluido vettore che sarà raccolto in una tanica appositamente preparata.
Dopo una simile situazione potrebbe essere necessario sostituire il fluido vettore che perde le sue caratteristiche. Esiste uno spioncino in cristallo all'interno della scatola del circolatore che mostra il liquido nel circuito. Esso deve rimanere di colore rosa. Se invece è divenuto scuro, vuol dire che si è "cotto" e va sostituito.
Dopo la manutenzione straordinaria di agosto 2011, è stata aggiunta una valvola di sfiato manuale (presente nel nuovo gruppo circolatore solare) sul circuito di mandata solare.
Che precauzioni ci sono?
Si può innanzitutto installare un interruttore salvavita di tipo RESTART, cioè a ripristino automatico. Per evitare per esempio che mentre siamo fuori di casa, a causa di un temporale o del classico ri-fasamento delle centrali della rete elettrica, si stacchi l'interruttore generale. Se non siamo in casa chi riarmerà l'interruttore? Ebbene questo tipo di interruttore intelligente può riarmare da sé, a patto che non ci sia un corto circuito all'interno del circuito elettrico casalingo. Dunque aiuta per la maggior parte dei casi di mancanza di energia. Questa soluzione agevola anche a salvare i cibi congelati nel congelatore, a mantenere il funzionamento di certi dispositivi di sicurezza, ecc...
Restart della Gewiss
Durante l'estate potrebbe accadere che la temperatura di accumulo acqua calda sia troppo elevata (maggiore di 85°), e se non utilizzata può essere un problema.
Dopo alcuni blocchi (stallo) ho deciso di coprire parte dei collettori solari per raccogliere meno energia e non avere problemi.
In seguito ad esperimenti, ho lasciato scoperto solo un collettore su tre. Gli altri due ora "riposano" sotto il telo ombreggiante. A metà ottobre li scoprirò di nuovo, in vista della ri-accensione del riscaldamento.
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più in alto: Collettori termo-solari semicoperti
La stratificazione del calore nei bollitori
Un fenomeno curioso capita all'acqua accumulata nei bollitori o accumuli. Se andiamo a cedere calore mediante il sistema solare per esempio all'accumulo, avremo una temperatura superiore nella parte alta ed una sensibilmente più bassa verso terra.
Il termometro è posizionato a circa tre quarti dell'altezza complessiva (tra la posizione 1 e 2 della figura) e la sua indicazione è da interpretare.
La centralina solare misura invece a circa un terzo dell'altezza (posizione 3 della figura) del serbatoio tramite una sonda a filo. Nel tempo, facendo le varie letture in alto e in basso ho potuto constatare temperature molto diverse tra loro che non mantengono la stessa proporzione.
Mi spiego: d'inverno con il riscaldamento accesso, lo scarto tra la parte basso dell'accumulo e quella alta è di soli 7-9° al massimo. Nella bella stagione con il riscaldamento spento lo scarto può arrivare a 25-28°!!
Dopo un periodo di studio ho capito che tutto dipende dall'utilizzo dell'acqua. Cioè meno richiesta di acqua c'è e meno omogenea la temperatura nel serbatoio d'accumulo.
Si poteva fare anche di meglio
Esistevano veramente una terza e quarta ipotesi di progetto oltre quella di scaldarci ad aria calda con pompe di calore e al ripristino della caldaia per il riscaldamento a termosifoni.
Si poteva adottare una pompa di calore acqua/acqua alimentata a gas metano o elettrica. Essa avrebbe fornito acqua calda per riscaldamento e per uso sanitario e freddo per l'estate.
Macchina a gas
Macchina elettrica
I vantaggi sarebbero stati:
una efficienza energetica notevole (COP 3,5) di molto superiore ad una caldaia a gas a condensazione.
unica macchina per caldo e freddo
inutilità dei collettori solari per l'acqua calda, in quanto adottando la versione elettrica di queste macchine, un pannello solare foto-voltaico avrebbe supplito al consumo di energia
Purtroppo i costi leggermente superiori e la non immediata reperibilità dei componenti ci hanno fatto abbandonare l'ipotesi.
Altra ipotesi sarebbe stata quella di adottare una pompa di calore acqua / acqua, dello stesso tipo della soluzione precedente, ma con delle sonde geotermiche. Anche qui la macchina sarebbe stata alimentata elettricamente e con un pannello solare foto-voltaico si sarebbe supplito al consumo di energia di queste.
circuito geotermico da interrare
La peculiarità di questo sistema sta nello scambio di calore o freddo con la terreno in una profondità che va dai 30 a 150 metri, dipendente dal tipo di terreno.
Si sarebbero dovuti fare dei sondaggi in profondità nel terreno e poi attraverso dei piccoli pozzi si sarebbero calate diverse circuiti scambiatori.
Anche qui, avremmo avuto un sistema molto efficiente senza l'uso di collettori solari ad integrazione.
Purtroppo il costo di un simile sistema era nettamente superiore a tutte le altre proposte, soprattutto per il costo dei sondaggi e dei pozzi.
Solo recentemente ho trovato una soluzione che utilizza elementi delle varie ipotesi qui sopra presentate, ma presenta costi e caratteristiche molto più accettabili (50% in meno!).
Si tratta di effettuare una raccolta solare tramite termo-coperture e termo-pareti e poi l'accumulo di energia per mezzo dei soliti bollitori, ma anche di innovativi termo-pozzi.
Un pompa di calore acqua-acqua ad alta efficienza e bassi consumi elettrici fornirà acqua calda sanitaria, riscaldamento, e raffrescamento estivo!
Da notare che a parte la pompa di calore il resto viene realizzato in cantiere da maestranze locali.
Potete saperne di più andando qui.
Settembre 2011 - Solo ora, dopo quasi quattro anni, riesco a vedere l'impianto funzionare in maniera fluida e probabilmente sicura, senza blocchi. Verificherò durante la prossima stagione fredda il reale contributo di calore che l'impianto solare potrà darci.
Tutto questo accade perché?
Potrei dire: perché non ho scelto il progettista, o la ditta, o la tecnologia giusta! Oppure tutte le cose assieme. La risposta che posso dare è semplicemente una:
dietro qualsiasi tecnologia o macchina c'è sempre l'uomo. Quindi se quell'uomo, leggi il progettista o l'esecutore, è capace e attento, allora ci sarà probabilmente una buona riuscita del progetto. Altrimenti ci saranno sempre problemi, anche se la tecnologia di base è valida.
Dunque, se non avessi chiamato Alessandro, l'ultimo tecnico che ha messo le mani su questo impianto, non avrei capito tutti i difetti. Lui si è appassionato al problema ed ha scoperto i difetti, non facili, con pazienza e dedizione. Altri tecnici, anche di concessionarie del marchio, non hanno saputo o potuto farcela proponendomi interventi tampone o palliativi.
Documenterò le modifiche effettuate in altro documento.
A proposito: se abitate qui nella mia zona, ed avete problemi simili ai nostri, vi suggerisco di farvi aiutare da Alessandro Zanella. Vi giro volentieri il contatto.
visite dal 13/01/2008
Ultimo aggiornamento 10 settembre 2013
