Types of solar hot water systems/ro

Sistemele solare de încălzire a apei sunt concepute pentru a transfera energia solară a soarelui în apă . Găsirea celui mai eficient și eficace sistem solar de încălzire a apei pentru o anumită situație poate fi o sarcină dificilă. Există o serie de factori cheie care trebuie luați în considerare atunci când alegeți cea mai potrivită configurație a sistemului. Acești factori includ, în mare măsură, cantitatea de insolație solară, clima, costurile de construcție, instalare și materiale, locația și accesibilitatea sistemului, cantitatea de apă care necesită încălzire, frecvența utilizării apei calde, disponibilitatea energiei electrice, disponibilitatea materialelor și nivelul de calificare în construcții.

Următoarele clasificări ale sistemelor sunt împărțite în trei grupe de câte două sisteme și un grup de câte un sistem unic. Aceste patru grupe principale sunt:

1. Buclă deschisă vs. buclă închisă .
2. Activ vs. Pasiv .
3. Folosește un schimbător de căldură vs. Nu folosește un schimbător de căldură .
4. Sistem pe loturi .

Orice sistem dat folosește o caracteristică din fiecare grup. De exemplu, un sistem poate fi un sistem activ, cu buclă deschisă, care nu utilizează un schimbător de căldură. Sau un alt exemplu, un sistem poate fi un sistem pasiv, cu buclă închisă, care utilizează un schimbător de căldură. Unele sisteme sunt mult mai ușor de realizat decât altele, iar persoanele cu cunoștințe de bază despre unelte și construcție pot realiza cu ușurință un sistem funcțional. Dacă cineva dorește să își construiască propriul sistem, această variabilitate a complexității ar influența tipul de sistem ales.

Costul este un alt factor, iar fiecare configurație de sistem vine cu o varietate de costuri și beneficii. Costurile oricărui sistem specific pot varia foarte mult de la o țară la alta și de la o regiune la alta. Anumite configurații care utilizează anumite tipuri de echipamente sunt mai eficiente decât altele în anumite situații. Următoarele informații oferă o analiză detaliată a acestor diverse moduri de construire a colectoarelor solare pentru apă caldă.

Diferite tipuri de colectoare sunt prezentate la sfârșitul acestei pagini, precum și exemple de sisteme solare comune de încălzire a apei.

Această pagină descrie diversele sisteme utilizate pentru încălzirea apei cu ajutorul soarelui. Pentru o descriere mai generală a apei calde cu energie solară, vizitați pagina Apă caldă cu energie solară .

Bucla deschisă înseamnă că apa care necesită încălzire curge direct prin colectorul solar de apă caldă. Nu există fluid intermediar. Consultați titlul Bucla închisă de mai jos pentru singura excepție de la această definiție, în care apa dintr-un sistem cu buclă închisă curge direct prin colectorul solar. Sistemele cu buclă deschisă nu utilizează schimbătoare de căldură.

Sistemele cu buclă deschisă sunt cele mai simple de proiectat și construit. În general, necesită cel mai mic volum de construcție și au potențialul de a rezista mai mult timp fără o întreținere serioasă datorită numărului limitat de piese mobile.

Sistemele cu buclă deschisă nu sunt ideale în zonele în care temperaturile pot scădea sub zero grade. Țevile pot îngheța, provocând extinderea apei lichide în gheață, care va rupe țevile. Înainte de a atinge temperaturi de îngheț, sistemul trebuie drenat pentru a conserva țevile. În zonele în care temperaturile scad sub zero grade, se recomandă utilizarea unui sistem cu buclă închisă cu schimbător de căldură sau implementarea uneia sau mai multor tehnici dintr-o varietate de metode pentru a preveni înghețarea țevilor. Măsurile preventive pot lua forma unor drenaje de sistem, fie manuale, fie controlate prin termostat, sau a unei pompe care împinge apa încălzită convențional prin sistem pe vreme rece. Sistemul poate fi, de asemenea, proiectat astfel încât apa să se scurgă din colector prin gravitație atunci când pompa de circulație nu funcționează.

Sistemele cu buclă închisă sunt mai complexe de realizat și implementat decât sistemele cu buclă deschisă, deoarece pot fi utilizate într-o varietate mai largă de climate. Un sistem cu buclă închisă utilizează un tip de lichid care are un punct de îngheț mult mai scăzut decât apa, dar absoarbe și eliberează ușor căldură. Antigelul utilizat în radiatoarele auto este un bun exemplu. Acest fluid trece prin colectorul solar, se încălzește și se deplasează într-un tip de schimbător de căldură. Consultați Sistemele de schimbătoare de căldură mai jos. Datorită naturii sistemelor cu buclă închisă, schimbătoarele de căldură sunt necesare pentru a transfera căldura de la colector la apă. Sistemele cu buclă închisă pot fi utilizate și în aplicații cu radiatoare de pardoseală sau de perete pentru a încălzi o zonă în loc de apă.

Spre deosebire de majoritatea sistemelor cu buclă deschisă, sistemele cu buclă închisă pot fi utilizate în regiuni cu temperaturi sub zero grade. Datorită proprietăților unice ale apei, țevile pot exploda atunci când apa îngheață. Acest lucru este prevenit prin utilizarea unui fluid care are un punct de îngheț mult mai scăzut decât apa.

Sistemele cu buclă închisă necesită utilizarea unui schimbător de căldură. Acest lucru adaugă ineficiențe sistemului, care trebuie luate în considerare în etapa de proiectare și dimensionare a sistemului. Materialele suplimentare pentru schimbătorul de căldură pot, de asemenea, crește costul unui sistem.

Sistemele active sunt cele care necesită energie externă pentru a funcționa. În general, această energie vine sub forma unei pompe electrice care împinge fluidul prin colector. Nu este neobișnuit să găsești pompe alimentate cu energie solară ca sursă externă de alimentare. Pomparea solară este potrivită în multe circumstanțe, deoarece apa este încălzită și, prin urmare, trebuie pompată doar atunci când soarele strălucește.

Datorită naturii hidrologiei și termodinamicii, pomparea apei prin colectoare înlocuiește necesitatea de a stoca apa încălzită deasupra colectoarelor, ceea ce poate fi dificil și restrictiv de proiectat (vezi Sistemepasive pentru explicații suplimentare).

Utilizarea unei pompe necesită atât achiziționarea unei pompe, cât și necesitatea unei surse de alimentare, cel mai probabil electricitate , pentru alimentarea pompei.

Cunoscute și sub denumirea de Sistem Termosifon, sistemele solare de tip pasiv sunt cele care nu utilizează o sursă de energie externă. Termenul solar pasiv se aplică la mult mai mult decât simpla încălzire solară a apei. De exemplu, vopsirea unei piscine în negru pentru a absorbi mai multă energie sau amplasarea ferestrelor pe partea de sud a unei case (în emisfera nordică) pentru a permite pătrunderea unei cantități mai mari de energie solară sunt considerate sisteme solare pasive.

Un încălzitor solar pasiv de apă trebuie să ia în considerare fizica din jurul hidrologiei și termodinamicii. Acest tip de sistem utilizează un termosifon. Un termosifon folosește energia soarelui pentru a mișca apa sau alt fluid colector în direcție verticală. Acest lucru se întâmplă atunci când un lichid are o temperatură variabilă și, prin urmare, diferențe de densitate. Deoarece apa cea mai fierbinte se va mișca întotdeauna în sus, deplasând astfel apa mai rece în jos, rezervorul de stocare a apei calde sau schimbătorul de căldură trebuie să fie deasupra colectorului solar.

Nu este nevoie de energie externă pentru a deplasa lichidul prin sistem. Mai puține piese mobile înseamnă mai puține lucruri care se sparg.

Dacă se utilizează un rezervor de apă caldă sau un schimbător de căldură, acesta trebuie poziționat deasupra colectorului solar pentru ca termosifonul să poată curge. Acest lucru poate cauza probleme, deoarece majoritatea sistemelor solare se află pe acoperișurile caselor. Acum sunt disponibile multe opțiuni de proiectare care facilitează stocarea apei calde deasupra sistemului.

Schimbătoarele de căldură sunt utilizate în regiuni cu temperaturi sub zero grade. Schimbătoarele de căldură în sine sunt încorporate într-un sistem cu buclă închisă și transferă căldura acumulată în colector către alimentarea cu apă caldă a casei. Există o serie de modele de schimbătoare de căldură.

Un design comun este de a suplimenta un încălzitor de apă convențional prin transferul căldurii din fluidul colectorului solar în rezervorul de apă caldă. Tuburile de cupru sunt un material bun pentru transferul ușor al energiei termice a unui lichid.

Un alt tip comun de schimbător de căldură folosește un butoi cu două linii de cupru paralele între ele. Un tub vine de la colectorul solar, intră în butoi în partea de sus, se spiralizează în jurul marginii butoiului, iese din butoi în partea de jos și completează bucla închisă revenind la colectorul solar. Celălalt tub care este paralel cu primul este alimentarea cu apă caldă menajeră. Intră în butoi în partea de jos, este paralel cu tubul colectorului până la partea de sus a butoiului și iese din butoi în partea de sus, împreună cu apa caldă. Căldura este transferată de la fluidul fierbinte din colector, prin tubul de cupru și în apa menajeră. Butoiul poate fi izolat la exterior pentru a crește eficiența transferului.

Există o serie de fluide diferite care pot fi utilizate în sistemul cu buclă închisă. Următoarele sunt lichidele mai utilizate pe scară largă și mai ușor disponibile: amestecuri de glicol/apă, uleiuri de hidrocarburi, agenți frigorigeni/antigel auto și siliconi. Fiecare dintre acestea are avantaje și dezavantaje. Consultați acest link de referință EERE pentru a afla mai multe. ^{[ 1 ]}

Schimbătoarele de căldură sunt utilizate din câteva motive principale: pentru a proteja sistemul împotriva înghețului și ca o opțiune pentru a suplimenta o altă sursă de încălzire a apei.

Schimbătoarele de căldură adaugă complexitate unui sistem de apă caldă. Există mai multe aspecte ale unui sistem care trebuie proiectate și planificate atunci când se utilizează un schimbător de căldură. Există, de asemenea, o probabilitate mai mare ca lucrurile să se spargă sau să nu funcționeze corect din cauza componentelor adăugate. De asemenea, trebuie luate măsuri de precauție pentru a se asigura că fluidul colector este fie netoxic, fie că există șanse foarte mici ca fluidul colector să contamineze alimentarea cu apă potabilă în cazul în care există rupturi în sistemul cu buclă închisă.

Acestea sunt sisteme în care apa potabilă care trebuie încălzită curge direct prin colectorul solar. Acest tip de sistem este un sistem cu buclă deschisă.

Vezi Sistemulcu buclă deschisă

Vezi Sistemulcu buclă deschisă

Cunoscute și sub denumirea de sisteme Breadbox sau sisteme integrale de colectare-stocare (ICS), acestea includ unul sau mai multe rezervoare sau tuburi negre într-o cutie izolată, vitrificată. Ar putea fi chiar la fel de simplu ca vopsirea unui rezervor în negru, punerea lui într-o ladă, izolarea lui pe toate părțile, cu excepția celei orientate spre soare și acoperirea părții expuse la soare cu sticlă sau plastic. Pe măsură ce soarele încălzește apa, aceasta se extinde și devine mai puțin densă, încurajând apa caldă să curgă spre partea superioară a colectorului. De acolo, este extrasă în casă, după cum este necesar, sau într-un rezervor auxiliar pentru depozitare. Acestea funcționează cel mai bine în zonele în care temperaturile de îngheț sunt rare. În ciuda restricțiilor climatice, acestea funcționează relativ bine; în climatele mai reci, pot fi utilizate sezonier și drenate înainte de lunile aspre de iarnă.

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

http://www.builditsolar.com/Projects/WaterHeating/ISPWH/IPSWH.pdf Descărcați „Cartea despre încălzitoarele solare pasive integrale de apă” de David Bainbridge