Scaldacqua solare: installazione fai-da-te

Il livello di sviluppo delle tecnologie e dei materiali moderni è così elevato che non usare l'energia del sole è irragionevole da un punto di vista finanziario e criminale in relazione all'ambiente. Sfortunatamente, l'acquisizione di impianti industriali per la generazione di elettricità e calore è irrazionale a causa del loro costo elevato. Tuttavia, esiste una soluzione: creare un collettore solare produttivo con le proprie mani a partire da materiali reperibili nel negozio di ferramenta più vicino.

Scopo del collettore solare, i suoi vantaggi e svantaggi

Uno scaldacqua solare (collettore solare liquido) è un dispositivo che utilizza l'energia del sole per riscaldare il liquido di raffreddamento. Viene utilizzato per il riscaldamento degli ambienti, l'organizzazione della fornitura di acqua calda, il riscaldamento dell'acqua nelle piscine, ecc.

Il collettore solare fornirà alla casa acqua calda e calore.

Prerequisiti per l'uso di uno scaldabagno ecologico è il fatto che la radiazione solare cade sulla Terra tutto l'anno, sebbene differisca in intensità in inverno e in estate. Quindi, per le medie latitudini, la quantità giornaliera di energia nella stagione fredda raggiunge 1-3 kW * h per 1 mq, mentre nel periodo da marzo a ottobre questo valore varia da 4 a 8 kW * h / m². Se parliamo delle regioni meridionali, i numeri possono essere aumentati in modo sicuro del 20-40%.

Come puoi vedere, l'efficienza dell'installazione dipende dalla regione, ma anche nel nord del nostro paese, il collettore solare fornirà la necessità di acqua calda - la cosa principale è che ci sono meno nuvole nel cielo. Se parliamo della corsia centrale e delle regioni meridionali, l'installazione che funziona dal sole sarà in grado di sostituire la caldaia e coprire le esigenze del mezzo di riscaldamento in inverno. Naturalmente, stiamo parlando di scaldabagni produttivi di diverse decine di metri quadrati.

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Tabella: distribuzione dell'energia solare per regione

I collettori solari costruiti in casa non possono essere confrontati con i dispositivi fabbricati in fabbrica, ma un'installazione solare fatta in casa ridurrà il costo del riscaldamento dell'acqua per scopi domestici e risparmierà energia elettrica quando viene collegata a una lavatrice e lavastoviglie.

Vantaggi degli scaldacqua solari:

• design relativamente semplice;
• alta affidabilità;
• funzionamento efficiente indipendentemente dalla stagione;
• lunga durata;
• la possibilità di risparmiare gas ed elettricità;
• non è richiesta l'autorizzazione per l'installazione dell'attrezzatura;
• peso leggero;
• facilità di installazione;
• piena autonomia.

Per quanto riguarda gli aspetti negativi, nessun impianto per la produzione di energia alternativa può farne a meno. Nel nostro caso, gli svantaggi includono:

• costo elevato delle attrezzature di fabbrica;
• dipendenza dell'efficienza del collettore solare dalla stagione e dalla latitudine;
• esposizione alla grandine;
• costi aggiuntivi per l'installazione di un serbatoio di accumulo termico;
• dipendenza dell'efficienza energetica del dispositivo dalla nuvolosità.

Il collettore solare di fabbrica ricorda un designer, con il quale è possibile assemblare rapidamente l'installazione delle prestazioni richieste

Tipi di scaldacqua solari: la scelta del design per l'autoproduzione

A seconda della temperatura sviluppata dai riscaldatori solari, distinguere:

• dispositivi a bassa temperatura - progettati per riscaldare liquidi fino a 50 ° C;
• collettori solari a media temperatura - aumentare la temperatura dell'acqua in uscita a 80 ° C;
• installazioni ad alta temperatura: riscaldare il liquido di raffreddamento fino a un punto di ebollizione.

A casa, puoi costruire uno scaldabagno solare di primo o secondo tipo. Per la produzione di un collettore di alte temperature, saranno necessarie attrezzature industriali, nuove tecnologie e materiali costosi.

In base alla progettazione, tutti i collettori solari liquidi sono suddivisi in tre tipi:

• scaldabagni piatti;
• termosifoni sotto vuoto;
• helioconcentrators.

Il collettore solare piano è una scatola a basso isolamento termico. All'interno sono installati una piastra che assorbe la luce e un profilo tubolare. Il pannello assorbente (assorbitore) ha una maggiore conduttività termica. Per questo motivo, è possibile ottenere il massimo trasferimento di energia al liquido di raffreddamento che circola lungo il circuito dello scaldacqua. La semplicità e l'efficienza delle piante piane si riflettono in numerosi progetti sviluppati da artigiani.

All'interno di un collettore solare piatto: una piastra che assorbe la luce e un circuito tubolare

Il principio di funzionamento degli scaldacqua solari sotto vuoto si basa sull'effetto di un thermos. Il design si basa su dozzine di doppi palloni di vetro. Il tubo esterno è realizzato in vetro temperato resistente agli urti che resiste a gradi e vento. La camera d'aria ha un rivestimento speciale per aumentare l'assorbimento della luce. L'aria viene pompata dallo spazio tra gli elementi del bulbo, evitando la perdita di calore. Al centro della struttura c'è un circuito termico in rame riempito con un refrigerante a bassa ebollizione (freon) - è il riscaldatore del collettore solare sotto vuoto. Nel processo, il fluido di processo evapora e trasferisce l'energia termica del fluido di processo al circuito principale. In questa qualità, l'antigelo viene utilizzato più spesso. Questo design garantisce la disponibilità del sistema a temperature fino a -50 ° C. A casa, è difficile costruire un tale impianto, quindi ci sono poche strutture di tipo vuoto fatte in casa.

Al cuore del design del collettore solare sottovuoto - un sacco di doppie boccette di vetro

L'elioconcentratore ha fondamentalmente uno specchio sferico in grado di focalizzare la radiazione solare su un punto. Il riscaldamento a liquido avviene in un circuito a spirale metallica, che è posto al centro dell'installazione. Il vantaggio dei concentratori solari è la capacità di sviluppare temperature elevate, ma la necessità di un sistema di localizzazione per il sole riduce la loro popolarità tra i produttori artigianali.

Costruire un concentratore solare produttivo a casa non è un compito facile

Per la produzione a casa, i riscaldatori solari piatti costruiti utilizzando materiali termoisolanti, il vetro ad alta trasmissione e gli assorbitori di rame sono i più adatti.

Il dispositivo e il principio di funzionamento di un collettore solare piano

Lo scaldacqua solare fatto in casa è costituito da una cornice di legno piatta (scatola) con una parete posteriore vuota. Nella parte inferiore è presente l'elemento principale del dispositivo: l'assorbitore. Molto spesso, è costituito da una lamiera attaccata a un collettore tubolare. L'efficienza del trasferimento di energia dipende dal contatto della piastra dell'assorbitore con i tubi dello scambiatore di calore, quindi queste parti sono saldate o saldate con una giuntura continua.

Il circuito del liquido stesso è una matrice di tubi montati verticalmente. Nelle parti superiore e inferiore sono collegati a tubi orizzontali di diametro maggiorato, destinati all'alimentazione e alla selezione del refrigerante. L'ingresso e l'uscita per il liquido sono disposti in diagonale; per questo motivo è garantita una completa rimozione del calore dagli elementi dello scambiatore di calore. L'antigelo per sistemi di riscaldamento o altre soluzioni non congelanti viene utilizzato come vettore di calore.

L'assorbitore è coperto di vernice che assorbe la luce, il vetro è posto sulla parte superiore e la scatola è protetta con uno strato di isolamento termico. Per semplificare l'attività, l'area vetrata è divisa in parti e per aumentare la produttività, vengono utilizzate finestre con doppi vetri. Il design chiuso crea un effetto thermos nel collettore solare e allo stesso tempo previene la perdita di calore dovuta a vento, pioggia e altri fattori esterni.

Il sole è una fonte di energia disponibile per ogni persona. Questo articolo aiuterà ad equipaggiare il collettore solare:https://aquatech.tomathouse.com/it/otoplenie/alt_otoplenie/solnechnoe-otoplenie-chastnogo-doma.html

Lo scaldacqua solare funziona in questo modo:

1. Il fluido non congelato riscaldato nel collettore solare sale attraverso i tubi ed entra nel serbatoio di accumulo di calore attraverso il ramo di trasferimento del calore.
2. Muovendosi lungo lo scambiatore di calore installato all'interno del serbatoio di accumulo, l'antigelo emette calore nell'acqua.
3. Il fluido di lavoro raffreddato entra nella parte inferiore del circuito dello scaldacqua solare.
4. L'acqua riscaldata nel serbatoio aumenta e viene prelevata per le esigenze di fornitura di acqua calda. Il rifornimento del liquido nel serbatoio di accumulo termico avviene a causa della fornitura di acqua collegata alla parte inferiore. Se il collettore solare funziona come un riscaldatore del sistema di riscaldamento, viene utilizzata una pompa di circolazione per far circolare l'acqua in un circuito secondario chiuso.

Il costante movimento del liquido di raffreddamento e la presenza di un accumulatore di calore consente di accumulare energia mentre il sole splende e di spenderla gradualmente anche quando la stella si nasconde dietro l'orizzonte.

Lo schema di collegamento del collettore solare al serbatoio di accumulo non è così complicato

Opzioni di installazione solare fatte in casa

Una caratteristica degli scaldacqua solari fai-da-te è che quasi tutti i dispositivi hanno lo stesso design di una scatola isolata termicamente. Spesso il telaio è assemblato da legname e coperto con lana minerale e film termoriflettente. Per quanto riguarda l'assorbitore, vengono utilizzati tubi in metallo e plastica per la sua produzione, nonché componenti già pronti da apparecchiature domestiche non necessarie.

Da un tubo da giardino

Un tubo da giardino o un tubo dell'acqua in PVC piegato da una lumaca ha una grande superficie, che consente di utilizzare un circuito simile come scaldabagno per le esigenze di una doccia esterna, cucina o riscaldamento della piscina. Naturalmente, per questi scopi è meglio prendere materiali neri e assicurarsi di utilizzare il serbatoio di accumulo, altrimenti l'assorbitore si surriscalda durante il picco del caldo estivo.

Collettore piano per tubo da giardino: il modo più semplice per riscaldare l'acqua della piscina

Dal condensatore di un vecchio frigorifero

Uno scambiatore di calore esterno di un frigorifero o di un congelatore scaduto è un assorbitore pronto di un collettore solare. Tutto ciò che resta da fare è dotarlo di un foglio termoassorbente e installarlo nell'alloggiamento. Naturalmente, le prestazioni di un tale sistema saranno ridotte, ma nella stagione calda lo scaldabagno dalle parti dell'attrezzatura di refrigerazione coprirà il fabbisogno di acqua calda in una piccola casa di campagna o cottage.

Lo scambiatore di calore di un vecchio frigorifero è un assorbitore quasi pronto per un piccolo riscaldatore solare

Da un radiatore piatto del sistema di riscaldamento

La fabbricazione di un collettore solare da un radiatore in acciaio non richiede nemmeno l'installazione di una piastra assorbente. È sufficiente coprire il dispositivo con vernice nera resistente al calore e montarlo in un involucro sigillato. La produttività di un'installazione è più che sufficiente per un sistema di acqua calda. Se realizzi diversi scaldabagni, puoi risparmiare sul riscaldamento della casa in un clima freddo e soleggiato. A proposito, un impianto solare assemblato da radiatori riscalderà i locali di servizio, un garage o una serra.

Il radiatore in acciaio del sistema di riscaldamento servirà da base per la costruzione di uno scaldabagno ecologico

Da tubi in polipropilene o polietilene

Tubi in metallo-plastica, polietilene e polipropilene, nonché raccordi e dispositivi per la loro installazione, consentono di costruire i contorni dei sistemi solari di qualsiasi dimensione e configurazione. Tali impianti hanno buone prestazioni e vengono utilizzati per riscaldare gli ambienti e produrre acqua calda per le esigenze domestiche (cucina, bagno, ecc.).

Il vantaggio di un collettore solare fatto di tubi di plastica è basso costo e facilità di installazione

Da tubi di rame

Gli assorbitori costruiti con piastre e tubi di rame hanno il più alto trasferimento di calore, quindi vengono utilizzati con successo per riscaldare il mezzo di riscaldamento dei sistemi di riscaldamento e per la fornitura di acqua calda. Gli svantaggi dei collettori di rame comprendono gli alti costi di manodopera e il costo dei materiali.

L'uso di tubi e piastre in rame per la fabbricazione dell'assorbitore garantisce elevate prestazioni solari

Metodologia di calcolo solare

Il calcolo delle prestazioni del collettore solare solare si basa sul fatto che per 1 mq di installazione in una giornata limpida rappresenta da 800 a 1 mila watt di energia termica. Le perdite di questo calore sul retro e sulle pareti della struttura sono calcolate dal coefficiente di isolamento termico dell'isolamento utilizzato. Se si utilizza schiuma di polistirene, il coefficiente di perdita di calore per esso è 0,05 W / m × ° C. Con uno spessore del materiale di 10 cm e una differenza di temperatura di 50 ° C all'interno e all'esterno della struttura, la perdita di energia termica è 0,05 / 0,1 × 50 = 25 W. Tenendo conto delle pareti laterali e dei tubi, questo valore viene raddoppiato. Pertanto, la quantità totale di energia in uscita sarà di 50 W per 1 mq della superficie del riscaldatore solare.

Per riscaldare 1 litro di acqua per grado, saranno necessari 1,16 W di energia termica, quindi, per il nostro modello di un collettore solare con una superficie di 1 metro quadrato e una differenza di temperatura di 50 ° C, saremo in grado di ottenere un coefficiente condizionale di produttività di 800 / 1,16 = 689,65 / kg × ° C. Questo valore mostra che un'installazione di 1 metro quadrato riscalderà 20 litri di acqua a 35 ° C entro un'ora.

Il calcolo della produttività richiesta di uno scaldacqua solare viene eseguito secondo la formula W = Q × V × δT, dove Q è la capacità termica dell'acqua (1,16 W / kg × ° C); V - volume, l; δT è la differenza di temperatura all'ingresso e all'uscita dell'impianto.

Le statistiche dicono che per un adulto sono necessari 50 litri di acqua calda al giorno. In media, per l'approvvigionamento di acqua calda è sufficiente aumentare la temperatura dell'acqua di 40 ° C, che, se calcolata secondo questa formula, richiede un consumo di energia W = 1,16 × 50 × 40 = 2,3 kW. Per scoprire l'area del collettore solare, questo valore deve essere diviso per la quantità di energia solare per 1 metro quadrato di superficie a una determinata latitudine geografica.

Calcolo dei parametri solari richiesti

Realizzare uno scaldacqua solare con un assorbitore di rame

Il collettore solare proposto per la produzione in una giornata di sole invernale riscalda l'acqua a una temperatura superiore a 90 ° C e, con tempo nuvoloso, fino a 40 ° C. Questo è sufficiente per fornire acqua calda alla casa. Se si desidera riscaldare l'abitazione con energia solare, saranno necessarie diverse installazioni di questo tipo.

L'energia solare è ideale per far funzionare una pompa per il pompaggio di acqua. Le sfumature di produzione di tale unità sono descritte qui:https://aquatech.tomathouse.com/it/vodosnab/nasos/nasosy-montazh/samodelnyj-nasos-dlya-otkachki-vody.html

Materiali e strumenti necessari

Per realizzare uno scaldabagno avrai bisogno di:

• lamiera di rame con uno spessore di almeno 0,2 mm nella dimensione 0,98 × 2 m;
• tubo di rame Ø10 mm, lunghezza 20 m;
• Tubo di rame Ø22 mm lungo 2,5 m;
• 3 / 4˝ thread - 2 pezzi;
• 3 / 4˝ plug - 2 pezzi;
• saldatura dolce SANHA o POS-40 - 0,5 kg;
• flusso;
• prodotti chimici per annerire l'assorbitore;
• Lastra OSB spessore 10 mm;
• angoli del mobile - 32 pezzi;
• Lana basaltica spessa 50 mm;
• isolamento termoisolante in lamiera con uno spessore di 20 mm;
• rotaia 20x30 - 10m;
• guarnizione per porte o finestre - 6 m;
• vetro della finestra con uno spessore di 4 mm o finestra a doppi vetri 0,98x2,01 m;
• viti autofilettanti;
• dipingere.

Inoltre, prepara i seguenti strumenti:

• trapano elettrico;
• una serie di punte per metallo;
• “Corona” o fresa per legno Ø20 mm;
• tagliatubi;
• bruciatore;
• respiratore;
• pennello;
• set di cacciaviti o cacciavite;
• puzzle elettrico.

Per testare la pressione del circuito, avrai anche bisogno di un compressore e un manometro progettati per pressioni fino a 10 atmosfere.

Un semplice bruciatore a gas è adatto per la saldatura dolce

Istruzioni per l'avanzamento dei lavori

1. Usando un tagliatubi, un tubo di rame viene tagliato a pezzi. Otterrai 2 parti Ø22 mm 1,25 m di lunghezza e 10 elementi Ø10 mm 2 m di lunghezza.
2. In tubi spessi, rientrare dal bordo di 150 mm ed eseguire 10 perforazioni di Ø10 mm ogni 100 mm.
3. I tubi sottili vengono inseriti nei fori ottenuti in modo che sporgano verso l'interno di non più di 1-2 mm. Altrimenti, nel radiatore apparirà un'eccessiva resistenza idraulica.
4. Usando un bruciatore a gas, una pistola ad aria calda e una saldatura, tutte le parti del radiatore sono collegate.
   

   Il circuito del collettore solare funziona sotto pressione, quindi viene prestata particolare attenzione alla tenuta dei collegamenti

    

   Per assemblare il radiatore, è possibile utilizzare raccordi speciali, ma in questo caso il costo del sistema solare aumenterà in modo significativo. Inoltre, i giunti pieghevoli non garantiscono la tenuta della struttura sotto carichi termodinamici variabili.

5. Sulla diagonale del radiatore, tappi e fili sono saldati in coppia ai tubi da 3/4 3.
6. Dopo aver chiuso la filettatura di uscita con una spina, un raccordo viene avvitato sull'ingresso del collettore assemblato e viene collegato un compressore.
   

   Il compressore è collegato mediante un raccordo

7. Il radiatore viene posto in un contenitore con acqua e una pressione di 7-8 atm viene pompata dal compressore. Dalle bolle che si alzano sulle articolazioni, giudicano la tenuta delle articolazioni saldate.
   

   Se non è possibile trovare un serbatoio adatto per il controllo del collettore, è possibile assemblarlo con le proprie mani. Per fare questo, dai mezzi improvvisati (legname segato, mattoni, ecc.) Fai una scatola o un semplice recinto e coprilo con un involucro di plastica.

8. Dopo aver verificato la tenuta, il radiatore viene asciugato e sgrassato. Quindi procedere alla saldatura del foglio di rame. Saldare il foglio assorbitore ai tubi dovrebbe essere una cucitura continua lungo l'intera lunghezza di ciascun elemento del circuito di rame.
   

   La saldatura del nastro assorbitore viene eseguita da una cucitura continua

9. Poiché l'assorbitore di collettori solari è realizzato in rame, al posto della pittura è possibile utilizzare il blacking chimico.Ciò ti consentirà di ottenere un vero rivestimento selettivo sulla superficie, come quello ottenuto in fabbrica. Per questo, una soluzione chimica riscaldata viene versata nel serbatoio per controllare la tenuta e l'assorbitore viene posizionato a faccia in giù. Durante la reazione, la temperatura dei reagenti viene mantenuta in ogni modo possibile (ad esempio, pompando costantemente la soluzione attraverso un contenitore con una caldaia).
   

   L'annerimento del rame è una delle fasi più critiche nella produzione di un assorbitore

    

   Come liquido per l'ossidazione chimica, puoi usare una soluzione di idrossido di sodio (60 g) e persolfato di potassio o solfato di ammonio (16 g) in acqua (1 l). Ricorda che queste sostanze sono pericolose per l'uomo e il processo di ossidazione del rame è associato al rilascio di gas nocivi. Pertanto, l'uso di dispositivi di protezione - un respiratore, occhiali e guanti di gomma è obbligatorio e il lavoro stesso deve essere fatto all'aperto o in un'area ben ventilata.

10. Dal foglio OSB, le parti vengono ritagliate per il montaggio del corpo del collettore solare: la parte inferiore è 1x2 m, i lati sono 0,16x2 m, la parte superiore 0,18x1 me la parte inferiore 0,17x1 m del pannello, nonché 2 pareti di supporto 0,13x0,98 m.
11. Una guida di 20 x 30 mm viene tagliata a pezzi: 1,94 m - 4 pezzi. e 0,98 m - 2 pezzi
12. Nelle pareti laterali vengono realizzati fori Ø20 mm per i tubi di ingresso e uscita e 3-4 fori Ø8 mm per la microventilazione vengono eseguiti nella parte inferiore del collettore.
    

    I fori sono necessari per la microventilazione.

13. Nelle partizioni, i tagli vengono eseguiti sotto i tubi dell'assorbitore.
14. Un telaio di supporto è assemblato da binari 20x30 mm.
15. Utilizzando angoli di mobili e viti autofilettanti, il telaio è rivestito con pannelli OSB. In questo caso, le pareti laterali devono poggiare sul fondo: questo eviterà che il corpo si fletta. Il pannello inferiore è abbassato di 10 mm dal resto per coprirlo con il vetro. Ciò impedirà alle precipitazioni di entrare nel frame.
16. Installa partizioni interne.
    

    Durante il montaggio della custodia, devono utilizzare un quadrato di costruzione, altrimenti il ​​design potrebbe risultare troppo liscio

17. Il fondo e i lati del corpo sono isolati con lana minerale e ricoperti da un rotolo di materiale termoriflettente.
    

    È meglio usare lana minerale con impregnazione idrorepellente

18. L'assorbitore viene posizionato nello spazio preparato. Per fare ciò, smontare uno dei pannelli laterali, che vengono quindi inseriti.
    

    Schema della "torta" interna del collettore solare

19. A una distanza di 1 cm dal bordo superiore della scatola, il perimetro interno della struttura è rivestito con una striscia di legno 20x30 mm in modo che il suo lato largo tocchi le pareti.
20. Intorno al perimetro colla sigillata.
    

    Per sigillare utilizzare una guarnizione per finestra convenzionale

21. Impilare il vetro o una finestra a doppi vetri, il cui contorno è anche incollato con la guarnizione della finestra.
22. La struttura è pressata con un angolo in alluminio, in cui sono preforati i fori per le viti autofilettanti. In questa fase, l'assemblaggio del collettore è considerato completo.
    

    Assemblato, lo spessore del collettore solare è di circa 17 cm

Per prevenire perdite di umidità e calore, in tutte le fasi, i giunti e le giunzioni delle parti sono trattati con sigillante siliconico. Per proteggere la struttura dalle precipitazioni, il legno è rivestito con una composizione speciale e verniciato con smalto.

Caratteristiche di installazione e funzionamento dei collettori di riscaldamento a liquido

Per posizionare un collettore solare, viene scelto un luogo spazioso che non oscuri tutte le ore di luce del giorno. La staffa di montaggio o il telaio ausiliario è realizzato con listelli di legno o metallo in modo tale che l'inclinazione dello scaldabagno sia regolabile da 45 a 60 gradi rispetto all'asse verticale.

Per installare uno scaldacqua solare assemblare il telaio di supporto

Collegamento alla caldaia per riscaldamento indiretto oppure l'accumulatore di calore viene eseguito utilizzando raccordi filettati e tubi in rame, metallo-plastica o polipropilene multistrato. Sono ricoperti da uno strato di isolamento termico.

Schema di collegamento di un riscaldatore solare in un sistema con movimento forzato del liquido di raffreddamento

Il serbatoio di accumulo per ridurre la perdita di calore è collocato il più vicino possibile all'installazione. A seconda delle condizioni, viene organizzata la circolazione naturale o forzata del liquido di raffreddamento. In quest'ultimo caso, viene utilizzato un controller con un sensore di temperatura incorporato nel tubo di uscita. Il pompaggio del fluido di lavoro lungo il circuito si accenderà quando la sua temperatura raggiunge il valore programmato.

Un sistema che funziona stagionalmente viene caricato con acqua, mentre per tutto l'anno l'uso di uno scaldacqua solare richiede l'uso di liquido non congelante. Un'opzione ideale è un antigelo speciale per i sistemi solari, ma anche i liquidi destinati ai radiatori delle automobili o ai sistemi di riscaldamento domestici vengono utilizzati per risparmiare.

Video: scaldacqua solare fai-da-te

Costruire un collettore solare non è solo un'attività interessante ed eccitante. Uno scaldabagno solare farà risparmiare il budget della tua famiglia e dimostrerà che puoi proteggere l'ambiente non solo a parole, ma anche con azioni concrete.