Schimbătorul de căldură, sau tehnic spus transformatorul de căldură, a fost deja menționat în descrierea rezervorului instalației solare. Schimbătorul de căldură are rolul de a transfera căldura de la un agent termic la altul în timp ce separă ambele circuite. Acest lucru se întâmplă in cazul rezervoarelor ca alimentare și evacuare indirecte. Procesele de transfer termic sunt diverse și au loc în viața de zi cu zi, de exemplu în timp ce gătiți, căldura ajunge la tigaie prin intermediul ochiului aragazului. Un alt exemplu în acest sens sunt corpurile de încălzire ale sistemului centralizat de încălzire, care transferă căldură aerului din încăpere datorită apei calde pe care o conțin. În exact același mod funcționează și schimbătorul de căldură în cadrul circuitului solar. În ceea ce privește transferul de căldură de la agentul termic la apa potabilă sau ia apa caldă din rezervor. În afară de acest schimbător de căldură al circuitului solar există, la instalațiile solare moderne în special la cele pentru sprijinirea sistemelor de încălzire, și alte schimbătoare de căldură, astfel încât aceste sisteme câștigă teren.

Pentru a putea avea loc un transfer termic trebuie să existe o diferență de temperatură dintre agentul termic pe de o parte și materia care trebuie încălzită, pe de altă parte. Curentul de apă caldă circulă prin peretele despărțitor de la materia caldă către cea rece.

Cantitatea de căldură pe care un schimbător de căldură o poate transfera, cu alte cuvinte capacitatea de încălzire, urcă odată cu:

  • o suprafață mai mare AWT a schimbătorului (suprafața de încălzire),
  • o diferență mai mare de temperatură dintre partea rece și cea caldă și
  • o viteză mai mare de curgere a ambelor suprafețe, unde o importantă mare o are tipul de curgere (laminar sau turbulent).

Pentru ca un colector solar să poată funcționa (a un grad ridicat de eficiență, schimbătorul de căldură trebuie astfel dimensionat încât temperatura de evacuare, care corespunde într-o oarecare măsură temperaturii de intrare în colector, să fie cât mai joasă.

Randamentul unui schimbător de căldură se calculează astfel:

randament = suprafața de schimb • valoarea U • diferența de temperatură

O atenție deosebită ar trebui acordată și rezistenței hidraulice opuse curentului schimbătorului de căldură. Schimbătoarele de căldură mai mari alcătuit din țevi cu nervuri au, ca și cele alcătuite din plăci, pierderi de presiune destul de mari. De fapt, în instalațiile cu pompe, rezistența hidraulică opusă curentului se poate compensa relativ de ușor prin mărirea randamentului pompelor. Totuși, schimbătoarele de căldură trebuie să aibă, prin construcția lor, un grad cât mai redus de rezistență hidraulică pentru ca bilanțul energetic final al instalației solare să nu fie afectat de un consum de energie crescut.

Forma a construcției

La instalațiile mici pentru încălzirea apei menajere se montează de obicei schimbătoare interne de căldură sub forma unor țevi netede sau cu nervuri, căci sunt mai ieftine și — fiind montate in interiorul rezervorului — nu necesită un surplus de spațiu. Mai mult decât atât, se evită astfel pierderile suplimentare de căldură, cum este cazul schimbătoarelor externe de căldură. În timp ce schimbătoarele de căldură cu țevi netede se montează de cele mai multe ori fix în interiorul rezervorului (pentru a încăpea lungimea, respectiv suprafața necesară țevilor), schimbătoarele de căldură alcătuite din țevi cu nervuri se pot monta compact din cauza suprafeței mai mari a țevilor, montându-se printr-o flanșă specială în interiorul rezervorului.

Apa încălzită în suprafața țevii (cu nervuri) urcă încet prin convecție. Prin agentul termic aflat într-o ușoară mișcare de rotație din partea secundară, randamentul specific de transfer al acestui agent termic este destul de scăzut și poate scădea și mai mult în timp din cauza depunerii de calcar (în special la spirale din cauza colmatării). Dacă apa menajere conține foarte mult calcar se recomandă mai degrabă folosirea schimbătoarelor cu țevi netede pentru randamentul nu este afectat de depunerile de calcar, în timp ce la schimbătoarele de căldură cu țevi cu nervuri calcarul se depune între nervuri, suprafața de transfer diminuându-se, în acest fel, semnificativ. La cele din urmă există posibilitatea de a le extrage și de a le curăța (de calcar) prin deschiderea flanșei. În practică, această procedură nu poate fi efectuată decât printr-un efort mare (golirea rezervorului și a circuitului solar) și aceasta este cauza pentru care are loc rar, mai ales pentru că procesul de depunere a calcarului este un proces lent, iar urmările rămân neobservate pentru mult timp.

Schimbătoarele de căldură interne pentru circuitul solar se montează cât mai jos în rezervor pentru ca tot volumul de acumulare a rezervorului să poată înmagazina energie solară și pentru ca trecerea către colector să se afle la o temperatură cât mai joasă.

Suprafața schimbătorului termic: pentru schimbătoarele termice cu țevi cu nervuri de la instalațiile solare pentru apa menajeră se recomandă ca suprafața de schimb (de încălzire) să reprezinte 35% din suprafața colectorului, adică suprafața schimbătorului să fie de 0,35 m2din 1 m2 al suprafeței colectorului. Elementele cu țevi verticale sunt mai ușor de aerisit și ajută la convecția din rezervor.

La schimbătoarele termice cu țevi netede este suficientă o suprafață de încălzire de cca. 0,2 m2 din 1 m2 al suprafeței colectorului. întrucât acestea sunt fix montate în rezervor, nu este posibilă o ajustare ulterioară, cum ar fi ajustarea la o suprafață mai mare a colectorului sau la înlocuirea rezervorului.

Racord: circuitul colectorului se va racorda în așa fel încât agentul termic încălzit să curgă în schimbător de sus în jos.

Schimbătoarele speciale pentru căldură solară se caracterizează printr-o capacitate mare de transfer și dimensiuni mici. Suprafața de încălzire a schimbătorului de căldură se poate mări în acest caz prin împărțirea curentului agentului termic în mai multe țevi subțiri. În același timp, prin legarea în paralel a țevilor schimbătorului de căldură se evită pierdere suplimentară de presiune și, astfel, utilizarea pompelor rămâne la minim. Acest tip de schimbătoare de căldură a fost conceput în special pentru instalațiile cu o curgere foarte redusă, căci, pe baza acestei curgeri lente, agentul termic ajunge la temperaturi foarte ridicate. Pentru ca eficiența colectorului să fie totuși la un nivel mare, agentul termic din schimbătorul de căldură trebuie să se răcească în partea cât mai de jos a schimbătorului, mai jos decât la instalațiile tip standard cu un flux de curgere foarte ridicat („High— Flow”). Înainte de dezvoltarea acestor schimbătoare interne speciale de căldură, acest lucru nu se putea obține decât cu ajutorul unor schimbătoare externe de căldură.

Schimbătoarele externe de căldură se montează în instalațiile solare ca schimbătoare de căldură împotriva curentului. Prin fluxul de pe ambele părți ale suprafeței schimbătorului de căldură, randamentul specific de transfer este mult mai mare decât în cazul schimbătoarelor interne.

Montajele obișnuite pentru schimbătoarele de căldură externe sunt schimbătoarele de căldură cu fascicul de țevi schimbătoare de căldură cu plăci. Se pot monta ca schimbătoare de căldură ale circuitului solar în principiu    instalațiile solare medii și mari cu mai multe rezervoare mari și la stațiile de apa proaspătă, unde apa menajeră se încălzește pe parcurs.

Schimbătoarele de  căldură cu două treceri sunt parte componentă a rezervoarelor speciale cu presiune pentru apa caldă. În acest caz se sudează de rezervorul propriu-zis al doilea compartiment. Avantajul este acela că rezistența la flux e mai mică, astfel încât acest tip de construcție se recomandă in primul rând pentru instalațiile mari. Spre deosebire de celelalte schimbătoare de căldură au și unele dezavantaje, motiv pentru care nu se montează în Europa Centrală:

  • stratificația de temperatură din cel de-al doilea compartiment nu este echilibrată.
  • căldura colectorului nu poate fi transferată exclusiv apei reci din partea inferioară a rezervorului.
  • temperatura nu se poate măsura fără dificultăți (în cazul instalațiilor cu pompe), astfel încât rezervorul ( nu se poate încărca optim.
  • din cauza vitezelor, mici ale curentului, în cel de-al doilea compartiment, randamentul termic specific este mic.

Lasă un răspuns




Enter Captcha Here :