Incalzire acm

Solutii pentru obtinere de apa calda menajera

O instalatie solara destinata prepararii apei calde menajere este alcatuita din unul sau mai multe panouri solare (denumite si colectoare solare), carora li se adauga componente de racord la instalatia sanitara, de prindere in acoperis, unul sau doua boilere cu una sau doua serpentine, pompa de recirculare, elemente electronice (controler), senzori de temperatura si vane de amestec.

Sistemul 1

Cel mai simplu sistem solar de incalzire a apei calde menajere are in componenta un panou solar, un boiler, un grup de pompare, un vas de expansiune si o automatizare solara. Sistemul este recomandat locuintelor medii si mici. In cazul in care boilerul are doua serpentine, acesta se poate conecta si la un cazan pe lemne, gaz sau peleti.

Sistemul 2

In cazul in care boilerul existent are 2 serpentine ce pot fi dedicate doar instalatiei solare, acestea pot fi conectate fie in serie, fie in paralel. Conectarea in serie va omogeniza temperatura apei din boiler. Folosind o vana de deviatie se poate gestiona conectarea in paralel a boilerului si incalzirea stratificata a acestuia.

Sistemul 3

In situatia in care acoperisul nu are orientare sudica ci doar est-vest se poate instala un panou solar pe sarpanta estica si un altul pe fatada vestica. Fiecare panou va avea senzorul propriu iar pornirea pompelor de recirculare va fi determinata de diferenta de temperatura din cele doua colectoare solare si temperatura din bazin. In practica, una din pompe va functiona de dimineata pana la pranz iar cealalta de la pranz pana seara. Acest sistem foloseste 3 circuite de teava de la panouri pana la boiler, in loc de 2.

Sistemul 4

Aceasta diagrama este similara sistemului 3, avand in plus sistemul de incalzire stratificata a boierului ce foloseste o vana de deviatie.

Sistemul 5

Acest sistem este dedicat acoperisurilor cu orientare est-vest in care se vor utiliza 2 grupuri de panouri solare. Sistemul de control al instalatiei va fi format din o vana de deviatie si un grup de pompare. Sistemul analizeaza temperaturile din cele 2 grupuri de panouri solare si deviaza vana catre panoul solar cel mai fierbinte.

Sistemul 6

Pentru situatii in care se doreste incalzirea a doua tancuri, utilizarea sistemului 6 permite devierea fluidului solar intre tancul 1 si tancul 2 folosind o vana de deviatie. Deviatia se poate controla in functie de temperaturile din cele 2 tancuri folosind tehnici de incalzire succesiva sau incalzire in paralel.

Sistemul 7

Aceasta schema este similara diagramei 6, cu exceptia ca aceasta foloseste un sistem de control format din doua grupuri de pompare, fara utilizarea unei vane de deviatie.

Sistemul 8

Sistemul 8 se utilizeaza in situatiile in care se vor incalzi doua tancuri iar panourile vor fi amplasate cu orientare est-vest. Doua grupuri de pompare si o vana de deviatie vor asigura logica de incalzire a sistemului solar.

Sistemul 9

Acest sistem permite transferul energiei termice inmagazinate in tancul solar catre un alt tanc, folosind o pompa de recirculare.

Instalații solare pentru încălzirea apei menajere

Încălzirea apei menajere este, de departe, domeniul în care se montează cele mai multe instalații solare.

Sisteme de recirculare pe bază de diferență de densitate

Întrucât apa caldă are o greutate specifică mai mică decât apa rece, atunci când se încălzește urcă în colector și sistemul de tuburi, ajungând la rezervor (care este montat mai sus), în timp ce pe partea cealaltă curge apa mai rece dinspre rezervor către colector. Circulația apare atunci când apa din colector este mai caldă decât cea din rezervor și este cu atât mai puternică cu cât cantitatea de radiații este mai mare și, astfel, și diferența de temperatură dintre colector și rezervor crește. Acest principiu se numește recirculare pe bază de diferență de densitate sau termosifon.

Avantaje: recircularea are loc automat în mod aproape ideal, circuitul solar funcționează fără pompă, fără sursa suplimentară de căldură și fără dispozitive de reglare. Din acest motiv se folosește acest principiu peste tot acolo unde se dorește montarea unor instalații mici, simple sau acolo unde nu există o rețea de alimentare cu energie electrică. Spre deosebire de „instalația solară tip standard”, nu mai sunt necesare pompa și sistemul de reglare, ceea ce determină o scădere semnificativă a prețului instalației.

Mai mult decât atât, sistemele termosifon pot funcționa relativ fără probleme cu un circuit solar deschis (dacă recircularea se face cu ajutorul pompei, aceasta necesită o anumită limită inferioară de presiune). Astfel, instalația este simplificată și mai mult, deoarece nu mai trebuie să fie rezistentă la presiune și nu mai sunt necesare dispozitive cum ar fi manometrul, supapa de suprapresiune sau ventilul de aerisire.

Dezavantaje: dezavantajoase sunt condițiile hidraulice marginale: viteza de curgere, respectiv a fluxului, nu sunt reglabile, iar forța motrice este relativ mică. Astfel, rezultă viteze relativ mici de curgere, care determină creșterea temperaturilor din colector și scăderea gradului de eficiență a acestuia. Acest lucru poate fi evitat însă, ca și la sistemele tip low-flow, prin adoptarea unei tehnici potrivite, în special printr-un schimbător de căldură de calitate circuitului solar. Totuși, rezistența hidraulică opusă curentului trebuie să fie mică pentru că altfel fluxul termosifonic se poate opri. Pentru aceasta se montează de obicei, dacă este cazul, schimbătoare de căldură cu carcasă.

În afară de aceasta, dimensiunile și fezabilitatea unor sisteme de acest tip sunt limitate de condițiile marginale. Rezervorul trebuie montat în orice caz deasupra colectorilor pentru ca alimentarea să fie transferată rezervorului; este de evitat montarea unor tuburi orizontale lungi pentru că în acest fel recircularea nu ar mai avea loc așa cum trebuie. Rezistenta hidraulică opusă curentului din tuburi trebuie să fie foarte mică, ceea ce presupune ca secțiunea transversală a tuburilor să fie mare, iar lungimea tuburilor dintre colector și rezervor să fie foarte mică. Pentru a se evita recircularea nedorită a agentului termic dintre colector și rezervor noaptea, atunci când rezervorul este semnificativ mai cald decât colectorul, se recomandă montarea unei clapete de închidere ușor manevrabile.

Pe lângă limitările de spațiu și cele impuse de instalare (montarea rezervorului în acoperiș poate fi o problemă din punct de vedere al spațiului) se numără și limitările impuse de statică (încărcarea acoperișului), de efectele estetice (rezervoarele care se văd de afară nu au un efect estetic pozitiv), precum și limitări impuse de practica uzuală de montare, respectiv racordare la instalația existentă.

Zone de utilizare

În Europa Centrală instalațiile pe bază de diferență de densitate nu sunt folosite decât rareori: rezervorul solar se montează de obicei în pivniță, cât mai aproape de instalația de încălzire pentru că rezervoarele externe au pierderi termice prea mari din cauza climatului din această zonă. Situația este cu totul alta în Europa de Sud, respectiv în spațiul mediteraneean: clima este mai blândă (însă nu suficient de caldă ca să nu mai fie deloc nevoie de apă caldă), iar rezervoarele externe au pierderi termice mai scăzute; aici, instalațiile de încălzire centrală sunt la fel de puțin răspândite ca și pivnițele, iar pretențiile în ceea ce privește confortul și efectul estetic nu sunt (încă) la fel de mari. Din aceste motive, instalațiile termosifon sunt mai răspândite în spațiul mediteraneean, regăsindu-se pe mii de acoperișuri (plate) și având suprafață de până ia 10 m2 pentru ca acoperișul să nu fie suprasolicitat. Pe Iângă cea mai mare piață la nivel mondial pentru energia termosolară și anume China, țară dominată de instalațiile termosifon simple, se mai numără și țări precum Australia, țările din America de Sud și India. Astfel, sistemele termosifon sunt, de departe, cele mai răspândite instalații solare.

Avantajele și dezavantajele diferitelor configurații de instalații

  • sistem deschis termosifon cu un circuit

Avantaje: în comparație cu sistemul descris nu mai există schimbător de căldură și nici vas de expansiune, pentru că circuitul solar este unul deschis. Se montează totuși un flotor, care oprește alimentarea cu apă rece la un anumit nivel. Se pot folosi inclusiv rezervoare și elemente componente foarte simple, care nu trebuie să fie rezistente la presiune. Un alt avantaj important al sistemelor cu un circuit este reprezentat de un bun transfer termic, căci nu apar pierderi ale schimbătorului de căldură.

Dezavantaje: la sistemele deschise riscul de coroziune din cauza pătrunderii de oxigen este destul de mare. În afară de aceasta, în rezervor pot ajunge impurități, ceea ce înseamnă că nu trebuie exclus faptul că apa menajeră este murdară. Acesta este motivul pentru care acest sistem nu este aprobat în Germania pentru folosirea apei potabile. Ca sistem cu un singur circuit nu poate funcționa cu antigel.

Domenii de utilizare: cel mai simplu și ieftin sistem termosifon se folosește în regiunile cu o presiune scăzută a rețelei de apă potabilă, sau acolo unde sistemul central de aprovizionare cu apă potabilă se întrerupe deseori. Rezervorul este în același timp și recipient de acumulare, iar presiunea apei menajere este stabilită doar de diferența de înălțime dintre rezervor (de obicei montat pe acoperiș) și pompa de alimentare (presiune statică). Sistemul trebuie golit dacă există risc de îngheț. Configurații de acest tip se găsesc, de exemplu, în zonele din nordul Africii.

  • sistem închis termosifon cu un circuit

 Avantaje: și în acest caz este vorba despre un concept simplu și rentabil. Datorită faptului că este vorba despre un sistem închis, spre deosebire de sistemul descris anterior, aici se exclude riscul de pătrundere a impurităților, păstrându-se în același timp un bun transfer termic între colector și circuitul consumatorului. Prin racordul direct la rețeaua de apă există risc de coroziune ca urmare a pătrunderii oxigenului prin apa proaspătă.

Dezavantaje: în circuit esențială este presiunea rețelei de apă care, având o valoare în tuburi de obicei de 4 bari în Europa Centrală, presupune montarea unor dispozitive suplimentare care să asigure siguranța instalației, fiind vorba de montarea în special a unui vas de expansiune cu membrană si un ventil de siguranță. Totuși, elementele absorbante sunt rareori rezistente la o presiune așa de mare. În multe dintre țările lumii presiunea din rețeaua de apă potabilă este foarte mică. De multe ori nu se află decât un rezervor de apă (acumulator din plastic) pe acoperiș, unde presiunea se formează datorită diferenței de înălțime fată de consumator. Întrucât și instalația solară se află, de cele mai multe ori, tot pe acoperiș, pot apărea probleme din cauza unei presiuni prea mici a instalației.

Domenii de utilizare: acest tip de instalație se montează, de obicei, în regiuni fără risc de îngheț, unde dominantă este presiunea scăzută a apei din tuburi (nu mai mult de 2 bari).

  • .sistem deschis termosifon cu 2 circuite

Avantaje: datorită separării circuitului solar de cel al consumatorului se poate utiliza pentru circuitul solar un amestec antigel pentru protecția împotriva înghețului, Mai mult decât atât, se poate monta un recipient rentabil, nerezistent la presiune. Dezavantaje: ca la orice sistem deschis există riscul de coroziune din cauza pătrunderii oxigenului și a impurităților, aici făcându-se referire în special la apa potabilă din rezervor.

Domenii de utilizare: domeniile de utilizare sunt asemănătoare cu cele descrise în cazurile anterioare. Această configurație a instalației este însă relativ rar întâlnită, căci în majoritatea zonelor unde se poate monta nu există risc de îngheț, iar separarea celor două circuite nu ar însemna decât costuri mai mari și mai puține avantaje.

  • sistem termosifon cu 2 circuite, cu circuit solar deschis și circuit închis consumatorului

Avantaje: ca circuit deschis, circuitul solar poate fi alcătuit, avantajos din punctul de vedere al costurilor din componente simple, care nu sunt neapărat rezistente la presiune și poate fi umplut cu amestec de apă cu antigel. Datorită circuitului închis al consumatorului nu există riscul de pătrundere a impurităților în apa potabilă.

Dezavantaje: în circuitul solar deschis există un risc mare de coroziune din cauza pătrunderii oxigenului.  Rezervorul trebuie să fie unul rezistent la presiune.

Domenii de utilizare: domeniul principial de utilizare al acestor sisteme este reprezentat de țările din vestul Mării Mediterane. Sistemul poate funcționa pe toată durata anului și în țările cu risc de îngheț.

Este posibilă și montarea unui sistem termosifon cu 2 circuite, dintre care circuitul solar este închis, iar circuitul consumatorului este deschis. O configurație a sistemului de acest tip, însă, nu prea are sens și, de aceea, nici nu se prea pune în aplicare.

  • sistem închis termosifon cu 2 circuite

Avantajele față de celelalte sisteme îl reprezintă un risc scăzut de coroziune și de pătrundere a impurităților în apa potabilă, precum și posibilitatea de a introduce antigel în circuitul solar.

Dezavantaje: dintre toate tipurile de sisteme enumerate până acum, acesta este cu siguranță cel mai scump, întrucât peste tot trebuie să se monteze elemente componente rezistente la presiune și, din cauza circuitului solar închis, nu se poate renunța la dispozitivele suplimentare cum ar fi vasul de expansiune cu membrane sau ventilul de siguranță.

Domenii de utilizare: sistemele de acest tip se montează de obicei în spațiul mediteraneean, în special în orașe, acolo unde, de obicei, stau la dispoziție resurse financiare suficiente pentru a investi într-un sistem solar și unde presiunea apei din conducte este atât de stabilă, încât să se poată monta un sistem de acest fel.

Sisteme cu recirculare forțată

Spre deosebire de sistemele termosifon, la instalațiile solare cu recirculare forțată se montează o pompă care are rolul de a recircula agentul termic din circuitul solar. Pentru acționarea pompei este necesară montarea unui sistem de comandă. O caracteristică importantă a instalațiilor cu recirculare forțată este prezența pompei și unităților de comandă sau reglare.

Avantaje: montarea unei pompe de recirculare cu sistem de comandă nu mai are limitările sistemului termosifon. Locurile de montare a colectorului și rezervorului, precum și distanța dintre cele două elemente nu mai sunt la fel de importante și nu mai trebuie adaptate la condițiile locale. Mai mult decât atât, prin dimensionarea corespunzătoare a tuturor elementelor, sistemul poate funcționa la un randament maxim.

Dezavantaje: dezavantajos este faptul că este necesar un efort suplimentar pentru acționarea pompei și a sistemului de comandă, precum și pentru instalarea și reglarea acestora.

Domenii de utilizare: deoarece avantajele joacă în practică un rol important, instalațiile solare cu sistem forțat de recirculare au devenit sisteme standard de mici dimensiuni pentru Europa Centrală și de Nord. Instalațiile mari nu se pot realiza în niciun alt fel decât așa.

Avantajele și dezavantajele diferitelor configurații de instalații

La instalațiile solare pentru apa menajeră din regiunile cu climat central european se folosește, în ciuda efortului mare de funcționare, sistemul închis cu schimbător de căldură (în circuitul solar), deoarece este rezistent la îngheț și corespunde normelor locale ale tehnologiei de instalare.

Sistemele fără schimbător de căldură nu funcționează pe toată durata anului decât în țările sudice, adică acolo unde nu există îngheț și unde instalațiile nu trebuie golite. Datorită calităților lor (randament bun, cheltuieli reduse) sunt răspânditein aceste zone în special ca sistem termosifon. În Germania, acest sistem nu intră în discuție decât pentru bazinele de înot.

    Sistemele deschise nu se instalează în această regiune mai deloc, fie pentru că sunt greu de integrat în sistemul de alimentare cu apă sub presiune (în cazul sistemelor fără schimbător de căldură), fie pentru că o parte din agentul termic se transformă în vapori la vasul deschis de expansiune (în cazul sistemelor cu schimbător de căldură), ceea ce presupune cheltuieli uriașe de întreținere. Pe lângă aceasta, sistemele deschise sunt predispuse la coroziune ca urmare a pătrunderii oxigenului prin vasul deschis de expansiune. În țările mediteraneene, respectiv in țările cu climă subtropicală, sistemele deschise, în special cele mici termosifon au o importanța mai mare, pentru că modul nepresurizat de construcție corespunde sistemului de alimentare cu apă a gospodăriilor (rezervorul de apă este montat pe acoperiș).

Sistem cu două circuite cu recirculare forțată și schimbător intern de căldură (pentru circuitul solar)

Acesta este sistemul standard întâlnit în Germania pentru instalațiile mici (< 10 m2), de departe cel mai des sistem utilizat pentru încălzirea apei menajere.

Avantaje: pentru conceptul simplu și foarte flexibil al acestei instalații există nenumărate experiențe și o varietate de elemente componente standard prefabricate, ceea ce înseamnă că instalațiile de acest tip sunt relativ ieftine și se livrează în funcție de dimen­siuni (pachete prefabricate)

Dezavantaje: în comparație cu sistemele termosifon, acest tip de instalații presupune un efort mai mare și este mai scump.

Domenii de utilizare: încălzirea casnică a apei potabile pentru până la 8 persoane (colectorul (< 10 m2).

Instalație solară cu două circuite cu recirculare forțată schimbător extern de căldură (pentru circuitul solar) ca instalație cu două rezervoare

Avantaje: căldura se transferă mai bine printr-un schimbător extern de căldură. Primul rezervor poate fi un rezervor presurizat simplu, fără anexe. Acest sistem poate fi prevăzut cu un schimbător extern de căldură în locul unuia intern.

Dezavantaje: schimbătorul extern de căldură presupune un efort suplimentar pentru cea de-a doua pompă și pentru racordul tuburilor. Ambele rezervoare necesită un spațiu relativ mare, iar pierderile termice sunt mai mari decât cele ale unui singur rezervor cu același volum de înmagazinare. Ambele rezervoare trebuie să fie rezervoare cu presiune pentru apa menajeră.

Domenii de utilizare: acest sistem se folosește la instalațiile mai mari (>10 m2), dar și la racordarea cu un sistem deja existent unde există deja un al doilea ceea ce privește ultimul caz, sistemul este soluția standard, iar cel de-al doilea rezervor este, de obicei, mult mai mic, ca la instalațiile convenționale de încălzire. În acest caz este rentabil să se monteze în partea superioară a celui de-al doilea rezervor un schimbător suplimentar de căldură și încă o pompă; aceasta din urmă are rolul de a pompa apa din rezervorul suplimentar către celălalt rezervor dacă nu există un blocaj.

  • sistem cu trei circuite cu recirculare forțată și schimbător intern de căldură (pentru circuitul solar)

Avantaje: prin separarea circuitului consumatorului de rezervor printr-un schimbător suplimentar de căldură se poate monta încă un rezervor tampon, fără presiune. În rezervor se poate găsi, de exemplu, apă de încălzire.

Dezavantaje: prin elementele componente suplimentare (schimbător extern de căldură, pompa plus sistem de reglaj, racordul tuburilor) sistemul necesită mai multă energie și este mai scump,

Domenii de utilizare: sistemul se folosește atunci când apa din rezervor este necesară pentru un alt circuit (de exemplu pentru circuitul de încălzire). De aceea, se montează acolo unde volumul rezervorului depășește 400 l și presupune măsuri speciale de protecție împotriva bacteriei legionella.

  • sistem cu 3 circuite cu recirculare forțată și schimbător extern de căldură

Avantaje: schimbătorul extern de căldură separă toate circuitele unul de celălalt. Ca rezervor solar se pot monta și rezervoare tampon simple, astfel încât rezervoarele mici de apă potabilă și cele pentru apa menajera să poată fi montate și la instalațiile mari.

Dezavantaje: acest sistem presupune un efort destul de mare din cauza elementelor suplimentare numeroase și a cheltuielilor necesare pentru racordarea tuburilor. Pierderile termice cresc proporțional cu numărul de rezervoare.

Domenii de utilizare: configurația descrisă reprezintă o modalitate de racord pentru instalațiile mari (colectori cu o suprafață > 50 m2). Legarea în serie a mai multor rezervoare (instalații cu 2, 3 sau mai multe rezervoare) este deseori necesară (din cauza spațiului disponibil etc.). Acest exemplu arată faptul că instalațiile mari nu sunt pur și simplu copii mărite ale unor instalații mai mici, ci necesită în bună parte o altă concepție și un efort corespunzător mai mare.

 

Alimentarea directă

La rețelele de apă potabilă mari, cum ar fi cele pentru locuințele mari, spitale ş.a., alimentarea cu energie solară se poate realiza și în mod direct, fără rezervor. Acest lucru este posibil pentru că atunci când instalația solară produce energie au aproape întotdeauna loc și eliberări de energie, ceea ce înseamnă că există necesar (consum) de energie. Pe lângă aceasta, la instalațiile de acest tip se montează totuși un rezervor care să poată fi folosit dacă este nevoie. Pentru aceasta s-au dezvoltat stații prefabricate, prin care rețelele deja existente se pot completa ulterior relativ ușor.

Dimensionarea instalațiilor pentru apa calda menajera

Determinarea necesarului de energie pentru apa caldă
Pentru a adapta producerea de energie consumului este important să se determine consumul de apă caldă și energia necesară pentru încălzirea acesteia. În cazurile ideale, aceasta are loc prin măsurarea consumului pe o perioadă mai lungă, ceea ce presupune însă un efort prea mare pentru utilizările mici (casele cu o familie).
În afară de tabieturile individuale trebuie să se ia în considerare și standardele diferite ale sistemelor de distribuție a apei calde în gospodării. Trebuie să se înnoiască în special sistemele de țevi din clădirile vechi: diametrele supradimensionate ale țevilor, termoizolații insuficient de groase și circularea în timpul funcționării continue pot accelera necesarul de energie pentru pregătirea apei calde.
De multe ori merită, așadar, să se modernizeze, respectiv să se înlocuiască și sistemul de distribuție a apei calde la montarea unei instalații solare.
În domeniul industrial sau la alte utilizări, determinarea necesarului de apă caldă se poate realiza cu ajutorul unor apometre pentru apa caldă. Mai mult decât atât, o atenție deosebită trebuie să se acorde în acest caz structurii temporale de consum (de exemplu vârfuri de consum mai mari dimineața în industria hotelieră). Pentru planificarea obiectelor cu structură de utilizare ieșită din comun există manuale speciale pentru inginerii de specialitate.
În timpul determinării consumului trebuie să se verifice dacă există posibilitatea de a înmagazina apă menajeră care să poată fi folosită consecvent. Astfel, montarea unor baterii de amestec de calitate la chiuvetă și cadă și a unor ventile care să limiteze fluxul la pompa de alimentare pot ajuta să nu curgă mai multă apă decât este nevoie. Din aceeași categorie fac parte și unele capete de duș care au nevoie de mai putină apă pentru a asigura același grad de confort.
Măsurile de acest tip au efecte pe mai multe un consum mai mic de apă caldă menajeră înseamnă nu numai un necesar mai mic de energie, ci și o instalație solară mai
mică și, deci, costuri mai mici.

Determinarea ofertei solare de radiații la colector
Acum mai trebuie să se calculeze oferta de radiație solară de la fața locului. Un rol important îl joacă:
· locul unde se montează colectorul (considerente climatice)
· unghiul de înclinare și orientarea colectorului (considerente arhitecturale)
· gradul potențial de umbrire din cauza caselor sau a copacilor din împrejurimi etc.
Nu rareori se subestimează influenta gradului de inclinare și orientare asupra câștigului energetic. Într-un domeniu relativ mare pierderile din cauza abaterii de la poziția ideală sunt relativ scăzute.
Exemplu: pentru un acoperiș cu un grad de înclinare de 45° orientat către sud, factorul de corecție este de 1,06.

Dimensionarea suprafeței colectorului
În practică există mai multe variante de determinare a suprafeței colectorului. O determinare exactă a acestuia este însă posibilă, căci influentele climatice și în special cele ale comportamentului utilizatorului (necesarul de căldură) se pot schimba radical. Acesta este motivul pentru care metodele de calcul prezentate în paragrafele următoare fac referire deseori la valori sau rezultate medii. Pe lângă aceasta, măsurarea exactă a suprafeței colectorului nici nu are sens,
căci dimensiunea câmpului colectorului corespunde uzanțelor comerciale.
Determinarea cu ajutorul unei formule de bază
Pe baza experiențelor de câteva decenii ale instalațiilor solare pentru încălzirea apei menajere s-a impus pentru instalațiile mici (din casele cu o familie) următoarea formula de baza:
· 1 – 1,5 m2 din suprafața unui colector plat/persoana, respectiv
· 0,8 – 1,2 m2 din suprafața unui colector cu tuburi de vid/persoană

Această formulă se folosește pentru un consum mediu de apă caldă și determină un grad de acoperire solară a instalației de 40 – 60%. Valorile inferioare înseamnă rate solare de acoperire mai mici sau sunt valabile pentru colectorii cu un randament mai mare, în timp ce valorile mai ridicate înseamnă o rată de acoperire solară mai mare.
Bineînțeles, formula de acest tip indică niște valori aproximative, unde calitatea colectorului, diferențele climatice, precum și abaterile de la montarea ideală a colectorului nu sunt luate în considerare. Totuși, aceasta formulă este foarte importanta pentru o apreciere estimativă a dimensiunilor colectorului
Determinarea cu ajutorul unei nomograme
Mai mulți producători de instalații solare întocmesc și diagrame de măsurare, așa-numitele nomograme, special concepute pentru produsele lor. Astfel, suprafața colectorului se poate determina ușor și repede, același lucru fiind valabil de cele mai multe ori și pentru volumul rezervorului. Rezultatele pentru o familie cu 4 persoane sunt (grad de înclinare a acoperișului de 45°, orientare către sud, regiunea Warzburg, 4 persoane x 50 k/d.pers = 200l/d):
AK = 5 m2 pentru un colector fabricat de Wagner&Co la o rată de acoperire solară de 58%.

Determinarea pe baza gradului de utilizare a colectorului
Pe baza unei ecuații pentru gradul de utilizare a colectorului (a se vedea paragraful cu definițiile termenilor) se poate calcula chiar și suprafața necesară a colectorului AK, atâta timp cât este cunoscută și radiația
nk = QsK/Gs = QsK/(Ga*AK)
Acum trebuie să se mai calculeze doar câștigul brut de energie al colectorului QsK. Acesta depinde de următorii factori:
· rata de acoperire solară: informațiile din capitolul 5.2 indicau faptul că nu este rentabilă acoperirea necesarului mai mult sau mai puțin completă cu ajutorul unei instalații solare. Un raport optim cost—consum se obține atunci când rata de acoperire este cuprinsă între 40 — 50%.
În cazul unei familii cu 4 membri cu un consum anual de 3,400 kWh instalația solară trebuie să aibă o contribuție de 1,700 kWh (la o rată de acoperire de 50%).
· pierderile termice din sistem: însuși câmpul colectorului trebuie să asigure mai mult de 1.700 kWh, întrucât între colector și consumator apar pierderi termice.
· pierderile din circuitul colectorului depind în mare parte de lungimea tuburilor precum și de calitatea izolației acestora. În funcție de lungimea tubului și de timpul zilnic de funcționare. Acestea reprezintă între 10 și 20% din câștigul termic brut al colectorului. Pierderile mai mari de 20% indică o racordare necorespunzătoare a țevilor și, nu în ultimul rând, o izolație insuficientă a acestora.
În exemplul nostru, pierderile din circuitul colectorului reprezintă anual 250 kWh, adică 11% din câștigul anual al colectorului de 2.250 kWh.
· pierderile termice ole rezervorului se pot calcula în funcție de valoarea (U-A) a rezervorului indicată în manualul producătorilor. În cazul de față, acestea reprezintă în total 500 kWh pe an. Întrucât instalația solară nu transferă rezervorului decât 50% din câștigul de energie, se presupune că pierderile totale ale instalației solare sunt de 50%, în cazul nostru fiind așadar de 300 kWh și corespunzând unui procent de 13% din câștigul colectorului.
· alte pierderi apar la folosirea circulării apei menajere. Întrucât, însă, în gospodăriile cu o familie nu se montează de obicei un astfel de sistem, se recomandă, din motive economice să renunțați la el; se pleacă de la premisa că nu există o circulație a apei menajere și deci, nici pierderi termice suplimentare.

Determinarea pe baza gradului de utilizare a sistemului și valorile medii lunare
Principiul acestei metode este reprezentat de necesarul lunar de apă caldă (necesarul zilnic numărul de zile ale unei luni calendaristice) precum și cantitatea lunară de radiații.
Determinarea suprafeței colectorului se realizează cu ajutorul gradului de utilizare a sistemului instalației nSys:
nsys=QNlunar /Glunar*AK).
Pentru a putea calcula acum suprafața colectorului trebuie să se cunoască gradul de utilizare a sistemului nsy,. Acesta poate fi influențat de mai multe variabile, printre care și de radiație, tipul colectorului (colector plat sau cu tuburi de vid), de vânt, de lungimea tuburilor, de calitatea termoizolației, mărimea rezervorului și, în primul rând, de temperaturi (temperatura colectorului, a rezervorului, a împrejurimilor), Astfel, se poate determina gradul de utilizare a sistemului unei instalații solare, aflându-se între 20 și 40%. Se presupune că gradul mediu de utilizare este de 34%.
Astfel, se poate calcula suprafața colectorului pentru fiecare lună a anului prin care se poate obține o rată de acoperire solară de 100%.
Dimensionarea volumului rezervorului
Valoarea superioară trebuie aleasă atunci când se dorește ca rata de acoperire solară să fie mai mare de 60%, iar valoarea inferioară se alege atunci când rata de acoperire solară este mai mică de 40%. Pe baza următoarelor recomandări se poate determina volumul rezervorului:
1 volum al rezervorului = necesarul zilnic
+ un supliment de 20 până la 50% pentru vârfurile de
consum
+ 20 1/m2 din suprafața colectorului
unde suplimentul pentru vârfurile de consum depinde de dimensiunea instalației:

5 până la 10 kWh/d + 50%
10 până la 15 kWh/d + 40%
15 până la 20 kWh/d + 30%
20 până la 25 kWh/d + 20%

Încălzirea suplimentară
Ce volum trebuie să se păstreze la un anumit nivel de temperatură prin încălzire (convențională, curent electric) și înălțimea la care trebuie să se încălzească ulterior rezervorul sunt doi factori ce depind de disponibilitatea energiei suplimentare:
• la încălzirea suplimentară cu cazan de încălzire (cu o putere cuprinsă între 8 și 20 kW), schimbătorul de căldură trebuie montat în partea superioară a rezervorului, astfel “încât să asigure între 25 și 500 din necesarul zilnic de căldură.
• la încălzirea suplimentară electrică printr-un plonjor de încălzire (cu o putere de 2 kW) trebuie să se încălzească necesarul zilnic de apă astfel încât bastonul de încălzire să se afle la mijlocul rezervorului. Din motive ecologice și economice se recomandă evitarea încălzirii suplimentare electric.
Din punct de vedere energetic cea mai rentabilă este încălzirea suplimentară cu un încălzitor al fluxului apei (încălzitor pe gaz), căci în acest caz întregul volum al rezervorului este la dispoziția energiei solare.

Dimensionarea schimbătorului de căldură

Dimensiunea acestuia depinde în primul rând de:
§ puterea transferată, care depinde de suprafața colectorului
· diferența medie de temperatură dintre racordul de alimentare și evacuare ale schimbătorului de căldură, care depinde de modul de funcționare a sistemului. La instalațiile high-flow această diferență nu trebuie să fie mai mică de 10 K, iar la o radiație totală nu trebuie să scadă sub 20 K. La instalațiile Low-Flow, diferența medie de temperatură este cuprinsă între 20 și 40 K.
– concentrația de glicol din circuitul solar. Valorile orientative menționate mai jos fac referire concentrația utilizată de aprox. 40%.
· comportamentele fluxului
· tipul de construcție a schimbătorului de căldură.
Pierderile de presiune din schimbătorul de căldură trebuie să fie mici, căci la valori mai mari creste semnificativ randamentul necesar ai pompei. Pierderea de presiune este cuprinsă de obicei între 70 și 200 mbar, o viteza de curgere de 0,5 —1/5 m/s (informații oferite de producători sau de diagrama pierderilor termice). La instalațiile termosifon: această valoare orientativă este mult prea mare; în acest caz trebuie să se plece de la premisa că valorile pierderilor de presiune de 10 mbar corespund unui flux de 101/h pe m2 din suprafața colectorului.
Schimbătoarele interne de căldură (scufundate) pentru instalațiile high-flow se dimensionează conform următoarei reguli:
· schimbător de căldură cu tuburile netede: suprafața schimbătorului va fi de 0,2 m2 pe m2 de suprafață colector
· schimbător de căldură cu tuburi cu nervuri: suprafața schimbătorului va fi de 0,35 m2 pe m2 de suprafață colector

Dimensionarea tuburilor
Întrucât tuburile din circuitul colectorului și conținut de lichid al acestuia reprezintă o capacitate „moartă” de înmagazinare și mai apar, pe deasupra, și pierderile termice, diametrul tuburilor nu trebuie să fie prea mare. Pe de altă parte, trebuie să se aleagă un anumit diametru minim în raport cu o acționare cât mai rară a pompelor.
Diametrul necesar al tuburilor depinde de suprafața colectorului instalat (viteza de curgere din tub este de max. 0,5 până la 1 m/s) și de lungimea totală (înainte și înapoi) a tubului (pierderea de presiune din tuburi < 200 mbar).
Dimensionarea pompei de recirculare
În cazul instalațiilor mici cu o suprafață a colectorului de până la 10 m2 și o lungime a tuburilor de 50 m se poate renunța de obicei la un calcul detaliat al pompei de recirculare, atâta timp cât nu se montează elemente componente deosebite cu o rezistență la curgere extrem de mare. Pompele de recirculare reglabile cel mai des utilizate îndeplinesc această cerere.
La instalațiile mai mari sau la montajele speciale este necesară calcularea rezistenței la curgere în circuit, numai astfel putându-se alege pompa corespunzătoare, Rezistența la curgere sau pierderile de presiune depind foarte mult de flux, adică de fluxul volumului total din circuitul VKK al colectorului: cu cât este mai mare fluxul, cu atât sunt mai mari și pierderile de presiune.
La instalațiile solare standard se recomandă ca fluxul să fie
cuprins între 30 și 50 l/h/m2 din suprafața colectorului, iar la instalațiile low-flow să fie cuprins între 8 și 15 l/m2*h.
Prin înmulțirea suprafeței active a colectorului rezultă un flux total: acesta reprezintă de exemplu la o suprafață a colectorului de 5 m2, 150-250 l/h, respectiv 40-75 l/h la instalațiile low-flow. La alegerea unei pompe de recirculare sau pentru determinarea locului de acționare a acesteia trebuie să se calculeze pierderile termice din circuitul colectorului.
În funcție de legarea colectorilor între ei (serie, paralel sau combinat serie și paralel) se poate calcula fluxul fiecărui colector în parte. Producătorii livrează pentru fiecare colector în parte o diagramă din care se poate deduce rezistența la curgere ca funcție a fluxului. La colectorii cu o suprafața de cca. 2 m2 și un flux al volumului de cca. 50l/(m2h), pierderile de presiune reprezintă cam 5-35 mbar. La legarea în paralel, pierderea de presiune a câmpului colectorului corespunde unui colector, iar la legarea în serie se mai adaugă rezistențele. Întreaga pierdere termică de la instalațiile mari (cu o suprafață de până la 30 m2) nu trebuie să depășească valoarea maximă de 0,1 — 0,2 bari. Aceasta se poate obține prin îmbinarea de calitate a legării în serie și paralel.
· schimbător de căldură
Pentru a obține un transfer termic bun dintre agentul termic și peretele de schimb (curgere turbulentă) este necesar ca viteza de curgere în schimbător să fie de cca. 1 m/s. Pierderea de presiune a colectorului se poate calcula pe baza diagramei oferită de producătorul schimbătorului termic. Există posibilitatea ca la cantități mai mari de debit să fie necesară montarea în paralel a două sau mai multe schimbătoare de căldură.
· tuburi
Pierderile totale din tuburi rezultă din înmulțirea valorii specifice cu lungimea tuburilor (de alimentare și evacuare). La coturi și la coturile în T, reducții, ventile și alte armături, pierderile termice se calculează separat — atâta timp cât nu sunt prea mici pentru a fi neglijate —cu ajutorul valorilor de rezistență în raport cu viteza de curgere sau/și cu lungimea echivalentă a tubului.
Alegerea vasului de expansiune și a supapei de siguranță
Pentru alegerea vasului de expansiune cu membrană și pentru calcularea volumului de agent termic—trebuie să se calculeze întâi volumul VA al lichidului din circuitul
VA =VK+VWT+ VL
Volumul instalației = volumul colectorului + volumul schimbătorului de căldură + volumul tuburilor
Volumul specific al colectorului și al schimbătorului de căldură sunt indicate în fișele oferite de producător.
Volumul de dilatare VD depinde de conceptul instalației și de cel de siguranță
1. În cel mai simplu caz, lichidul se va dilata până ajunge la o temperatură de stagnare. Mărirea volumului depinde de așa-numitul coeficient de dilatare, care la apă este de cca. 5%, iar la amestecul de apă cu propilenglicol de 40/60 este de 10% (inclusiv un adaos de siguranță de 30%). Astfel rezultă un volum minim de dilatare VD1:
VD1 = 0,05 • VA pentru apa ca agent termic și
VD1 = 0,10 * VA pentru amestecurile de glicol cu apă.
2. Instalațiile sigure intrinseci trebuie să poată prelua pe lângă dilatarea lichidului și întregul volum VK al colectorului:
VD2 = VK + VD1 = VK + 0,1 • VK
Volumul VG al vasului nu este același cu volumul VD de dilatare.
Întrucât presiunea în colector variază între presiunea minimă și maximă de funcționare, înseamnă că la dispoziție nu se află întregul volum al vasului de expansiune, ci numai partea din jurui pernei de gaz care se schimbă la această modificare de presiune. În mod asemănător se poate calcula dimensiunea minimă VGmin a vasului in funcție de următoarea ecuație:
VGmin= VD*( pBmax+1)/( pBma-pvor)
pvor supra-presiunea la care se umple instalația,
pBmax presiunea maximă de funcţionare.
Expresia ( pBma-pvor) / ( pBmax+1) indică volumul real al vasului de expansiune cu membrană. Acesta ar trebui să reprezinte maxim 0,5, corespunzând unui procentaj de 50% din volumul vasului — altfel există riscuri de supra dilatare a membranei.
· Suprapresiunea pvor trebuie să fie atât de mare încât să nu pătrundă aer în instalație (de exemplu printr-un ventilator rapid automat) nici iarna, când temperaturile exterioare sunt foarte scăzute. Dacă instalația este rece, supra-presiunea trebuie să fie de 4,5 până la 1 bar în cel mai înalt punct al sistemului, pentru a evita pătrunderea aerului în circuit. Dacă presiunea de funcționare se măsoară la un alt punct și nu la cel mai înalt punct al instalației (de obicei în pivniță sau în apropierea rezervorului), atunci in afară de presiunea minimă trebuie să se calculeze și presiunea coloanei de apă unde la 10 m coloană de apă corespunde 1 bar.

Solar Data Logger

Monitorizeaza online parametrii de functionare ai instalatiei solare in portalul Panosol DeltaX.

Documentatie tehnica

Descarca fise tehnice si manuale pentru produsele Panosol.

Ghid de proiectare

Dimensioneaza corect elementele instalatiei solare folosind modulul de calcul Panosol.

Catalog produse

Descarca catalogul complet cu produse Panosol.

Retea de parteneri

Gaseste cel mai apropiat distribuitor de produse Panosol.

Ghid de montaj

Vizualizeaza clipuri si imagini cu montaje ale instalatiilor solare Panosol.