Types of solar hot water systems/pt

Os sistemas de aquecimento solar de água são projetados para transferir a energia solar do sol para a água . Encontrar o sistema de aquecimento solar de água mais eficiente e eficaz para uma determinada situação pode ser uma tarefa complexa. Há diversos fatores importantes a serem considerados na escolha da configuração mais adequada. Esses fatores incluem, em grande parte, a quantidade de insolação, o clima, os custos de construção, instalação e materiais, a localização e acessibilidade do sistema, a quantidade de água a ser aquecida, a frequência de uso da água quente, a disponibilidade de eletricidade, a disponibilidade de materiais e o nível de habilidade em construção.

As classificações de sistemas a seguir estão divididas em três grupos de dois sistemas e um grupo de um sistema único. Esses quatro grupos principais são:

1. Circuito aberto versus circuito fechado .
2. Ativo vs. Passivo .
3. Utiliza um permutador de calor vs. Não utiliza um permutador de calor .
4. Sistema em lotes .

Qualquer sistema utiliza uma característica de cada grupo. Por exemplo, um sistema pode ser ativo, de circuito aberto, que não utiliza um trocador de calor. Ou, em outro exemplo, um sistema pode ser passivo, de circuito fechado, que utiliza um trocador de calor. Alguns sistemas são muito mais fáceis de construir do que outros, e pessoas com conhecimento básico de ferramentas e construção podem facilmente criar um sistema funcional. Se alguém deseja construir seu próprio sistema, essa variabilidade na complexidade influenciará o tipo de sistema escolhido.

O custo é outro fator importante, e cada configuração de sistema apresenta uma variedade de custos e benefícios diferentes. Os custos de qualquer sistema específico podem variar bastante de país para país e de região para região. Certas configurações, utilizando determinados tipos de equipamentos, são mais eficientes do que outras em situações específicas. As informações a seguir oferecem uma visão detalhada dessas várias maneiras de construir coletores solares para aquecimento de água.

Diferentes tipos de coletores também são mostrados no final desta página, assim como exemplos de diferentes sistemas comuns de aquecimento solar de água.

Esta página descreve os diversos sistemas utilizados para aquecer água com energia solar. Para uma descrição mais geral sobre aquecimento solar de água, visite a páginaAquecimento solar de água .

Circuito aberto significa que a água que precisa ser aquecida flui diretamente através do coletor solar de água quente. Não há fluido intermediário. Veja a seção Circuito Fechado abaixo para a única exceção a essa definição, onde a água em um sistema de circuito fechado flui diretamente através do coletor solar. Sistemas de circuito aberto não utilizam trocadores de calor.

Os sistemas de circuito aberto são os mais simples de projetar e construir. Geralmente exigem menos trabalho de construção e têm potencial para durar mais tempo sem necessidade de manutenção significativa, devido ao número limitado de peças móveis.

Sistemas de circuito aberto não são ideais em áreas onde as temperaturas podem cair abaixo de zero. Os canos podem congelar, fazendo com que a água líquida se expanda e se transforme em gelo, o que pode romper os canos. Antes de qualquer queda de temperatura, o sistema deve ser drenado para preservar os canos. Em áreas onde as temperaturas caem abaixo de zero, recomenda-se o uso de um sistema de circuito fechado com um trocador de calor ou a implementação de uma ou mais técnicas para evitar o congelamento dos canos. Medidas preventivas podem incluir drenos no sistema, sejam manuais ou controlados por termostato, ou uma bomba que impulsione água aquecida convencionalmente pelo sistema durante o tempo frio. O sistema também pode ser projetado para que a água seja drenada do coletor por gravidade quando a bomba de circulação não estiver funcionando.

Os sistemas de circuito fechado são mais complexos de construir e implementar do que os sistemas de circuito aberto, pois podem ser usados ​​em uma variedade maior de climas. Um sistema de circuito fechado utiliza algum tipo de líquido com um ponto de congelamento muito mais baixo do que o da água, mas que absorve e libera calor facilmente. O anticongelante usado em radiadores automotivos é um bom exemplo. Esse fluido passa pelo coletor solar, é aquecido e entra em algum tipo de trocador de calor. Veja Sistemas de Trocadores de Calor abaixo. Devido à natureza dos sistemas de circuito fechado, os trocadores de calor são necessários para transferir o calor do coletor para a água. Os sistemas de circuito fechado também podem ser usados ​​em pisos radiantes ou radiadores de parede para aquecer uma área em vez de água.

Ao contrário da maioria dos sistemas de circuito aberto, os sistemas de circuito fechado podem ser usados ​​em regiões com temperaturas abaixo de zero. Devido às propriedades únicas da água, os canos podem estourar quando a água congela. Isso é evitado com o uso de um fluido que possui um ponto de congelamento muito mais baixo que o da água.

Sistemas de circuito fechado requerem o uso de um trocador de calor. Isso adiciona ineficiências ao sistema, que devem ser levadas em consideração durante a fase de projeto e dimensionamento. Materiais extras para o trocador de calor também podem aumentar o custo do sistema.

Sistemas ativos são aqueles que requerem energia externa para funcionar. Geralmente, essa energia vem na forma de uma bomba elétrica que impulsiona o fluido através do coletor. Não é incomum encontrar bombas movidas a energia solar como entrada externa. O bombeamento solar é apropriado em muitas circunstâncias devido ao fato de a água ser aquecida, e, portanto, só precisar ser bombeada, quando o sol está brilhando.

Devido à natureza da hidrologia e da termodinâmica, o bombeamento de água através dos coletores elimina a necessidade de armazenar a água aquecida acima dos coletores, o que pode ser desafiador e restritivo em termos de projeto (consulte SistemasPassivos para obter mais explicações).

A utilização de uma bomba requer tanto a compra da bomba quanto a necessidade de uma fonte de energia, provavelmente elétrica , para alimentá-la.

Também conhecido como sistema de termossifão, o sistema solar passivo é aquele que não utiliza uma fonte de energia externa. O termo "solar passivo" abrange muito mais do que apenas aquecimento solar de água. Por exemplo, pintar uma piscina de preto para absorver mais energia ou instalar janelas voltadas para o sul em uma casa (no hemisfério norte) para aproveitar melhor a energia solar são exemplos de sistemas solares passivos.

Um aquecedor solar passivo de água deve levar em consideração os princípios da hidrologia e da termodinâmica. Este tipo de sistema utiliza um termossifão. Um termossifão usa a energia solar para movimentar a água ou outro fluido do coletor na vertical. Isso ocorre quando um líquido apresenta variações de temperatura e, consequentemente, de densidade. Como a água mais quente sempre se move para cima, deslocando a água mais fria para baixo, o reservatório de água quente ou o trocador de calor deve estar localizado acima do coletor solar.

Não é necessária energia externa para movimentar o líquido pelo sistema. Menos peças móveis significam menos coisas que podem quebrar.

Se for utilizado um reservatório de água quente ou um permutador de calor, este deve ser posicionado acima do coletor solar para que o termossifão funcione corretamente. Isso pode causar problemas, visto que a maioria dos sistemas solares são instalados em telhados residenciais. Atualmente, existem diversas opções de projeto que facilitam o armazenamento de água quente acima do sistema.

Os trocadores de calor são utilizados em regiões com temperaturas abaixo de zero. Eles são integrados a um sistema de circuito fechado e transferem o calor coletado no coletor para o sistema de água quente da residência. Existem diversos modelos de trocadores de calor.

Um projeto comum consiste em complementar um aquecedor de água convencional, transferindo o calor do fluido do coletor solar para o reservatório de água quente. Tubos de cobre são um bom material para a transferência eficiente de energia térmica de um líquido.

Outro tipo comum de trocador de calor utiliza um cilindro com duas linhas de cobre paralelas. Um tubo vem do coletor solar, entra no cilindro pela parte superior, contorna a borda, sai pela parte inferior e completa o circuito fechado retornando ao coletor solar. O outro tubo, paralelo ao primeiro, é o da água quente da residência. Ele entra no cilindro pela parte inferior, segue paralelo à tubulação do coletor até o topo e sai pela parte superior, com água quente. O calor é transferido do fluido quente do coletor, através da tubulação de cobre, para a água da residência. O cilindro pode ser isolado externamente para aumentar a eficiência da transferência de calor.

Existem diversos fluidos diferentes que podem ser usados ​​no sistema de circuito fechado. Os líquidos mais comuns e facilmente disponíveis são: misturas de glicol/água, óleos de hidrocarbonetos, refrigerantes/anticongelantes automotivos e silicones. Cada um deles apresenta vantagens e desvantagens. Consulte este link de referência da EERE para obter mais informações. ^{[ 1 ]}

Os permutadores de calor são utilizados por dois motivos principais: para proteger o sistema contra o congelamento e como uma opção para complementar outra fonte de aquecimento de água.

Os trocadores de calor aumentam a complexidade de um sistema de água quente. Há mais aspectos do sistema que precisam ser projetados e planejados ao usar um trocador de calor. Também existe uma maior probabilidade de falhas ou mau funcionamento devido aos componentes adicionais. Além disso, é preciso ter cuidado para garantir que o fluido coletor seja atóxico ou que haja uma probabilidade mínima de contaminação do abastecimento de água potável em caso de rupturas no sistema de circuito fechado.

São sistemas em que a água potável a ser aquecida flui diretamente através do coletor solar. Este tipo de sistema é um sistema de circuito aberto.

Veja Sistemade Circuito Aberto

Veja Sistemade Circuito Aberto

Também conhecidos como sistemas de coleta e armazenamento integrados (ICS, na sigla em inglês), esses sistemas incluem um ou mais tanques ou tubos pretos dentro de uma caixa isolada e envidraçada. A estrutura pode ser tão simples quanto pintar um tanque de preto, colocá-lo em uma caixa, isolá-lo em todos os lados, exceto no lado voltado para o sol, e cobrir esse lado exposto ao sol com vidro ou plástico. Conforme o sol aquece a água, ela se expande e se torna menos densa, fazendo com que a água quente flua para o topo do coletor. De lá, ela é bombeada para dentro da casa conforme a necessidade ou para um tanque auxiliar para armazenamento. Esses sistemas funcionam melhor em áreas onde temperaturas abaixo de zero são raras. Apesar das restrições climáticas, eles funcionam relativamente bem; em climas mais frios, podem ser usados ​​sazonalmente e esvaziados antes dos rigorosos meses de inverno.

Veja http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BatchSolarHeater.JPG

Baixe o livro "The Integral Passive Solar Water Heater Book" de David Bainbridgeem http://www.builditsolar.com/Projects/WaterHeating/ISPWH/IPSWH.pdf