Sistemele solare de apă caldă sunt proiectate pentru a transfera energia solară a soarelui în apă . Găsirea celui mai eficient și eficient sistem solar de apă caldă 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 de sistem. Acești factori includ, în mare măsură, cantitatea de izolație 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 în trei grupe de două și un grup de un sistem unic. Aceste patru grupuri principale sunt:
- Buclă deschisă vs Buclă închisă .
- Activ vs Pasiv .
- Utilizează un schimbător de căldură vs Nu utilizează un schimbător de căldură .
- Sistem de loturi .
Orice sistem dat folosește o caracteristică din fiecare grup. De exemplu, un sistem poate fi un sistem activ, în buclă deschisă, care nu utilizează un schimbător de căldură. Sau un alt exemplu, un sistem poate fi un sistem pasiv, în 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-și facă propriul sistem, această variabilitate în complexitate ar influența ce tip de sistem este ales.
Costul este un alt factor și fiecare configurație de sistem vine cu o varietate de costuri și beneficii diferite. Costurile oricărui sistem specific pot varia foarte mult de la o țară la alta și de la o regiune la alta. Anumite configurații care folosesc anumite tipuri de echipamente sunt mai eficiente decât altele în situații specifice. Următoarele informații oferă o privire în profunzime asupra acestor diferite moduri de construire a colectoarelor solare cu apă caldă.
Diferite tipuri de colectoare sunt, de asemenea, prezentate la sfârșitul acestei pagini, precum și exemple de diferite sisteme comune de apă caldă solară.
Această pagină descrie diferitele sisteme care sunt utilizate pentru a încălzi apa cu soare. Pentru o descriere mai generală a apei calde solare, vizitați pagina Apă caldă solară .
Cuprins
Sisteme în buclă deschisă
Bucla deschisă înseamnă că apa care necesită încălzire curge direct prin colectorul solar de apă caldă în sine. Nu există lichid intermediar. Consultați titlul Buclă 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 Open Loop nu folosesc schimbătoare de căldură.
Avantaje
Sistemele cu buclă deschisă sunt cele mai simple de proiectat și construit. În general, necesită cea mai mică cantitate de construcție și au potențialul de a dura mai mult fără întreținere serioasă datorită cantității lor limitate de părți mobile.
Dezavantaje
Sistemele Open Loop nu sunt ideale în zonele în care temperaturile pot scădea sub zero. Țevile pot îngheța, determinând ca apa lichidă să se extindă în gheață, ceea ce va rupe țevile. Înainte de orice temperatură de îngheț, sistemul trebuie golit pentru a păstra conductele. În zonele în care temperaturile scad sub punctul de îngheț, se recomandă utilizarea unui sistem în buclă închisă cu un schimbător de căldură sau implementarea uneia sau mai multor tehnici pentru a preveni înghețarea țevilor. Măsurile preventive pot veni sub forma unor scurgeri de sistem, fie manuale, fie controlate prin termostat, sau o pompă care împinge apa încălzită convențional prin sistem pe vreme rece. De asemenea, sistemul poate fi proiectat astfel încât apa să se scurgă din colector prin gravitație atunci când pompa de circulație nu funcționează.
Sisteme în buclă închisă
Sistemele cu buclă închisă sunt mai complexe de realizat și implementat decât sistemele de buclă deschisă, deoarece pot fi utilizate într-o varietate mai mare de climate. Un sistem cu buclă închisă folosește un fel de lichid care are un punct de îngheț mult mai scăzut decât apa, dar absoarbe și eliberează cu ușurință căldura. Antigelul folosit la radiatoarele auto este un bun exemplu. Acest fluid trece prin colectorul solar, se încălzește și se deplasează într-un tip de schimbător de căldură. Vezi mai jos Sisteme de schimbător de căldură. Datorită naturii sistemelor cu buclă închisă, schimbătoarele de căldură sunt necesare pentru a transfera căldura de la colector în apă. Sistemele cu buclă închisă pot fi, de asemenea, utilizate în aplicații cu pardoseli radiante sau radiatoare de perete pentru a încălzi o zonă mai degrabă decât apă.
Avantaje
Spre deosebire de majoritatea sistemelor cu buclă deschisă, sistemele cu buclă închisă pot fi utilizate în regiunile care se confruntă cu temperaturi sub zero. Datorită proprietăților unice ale apei, conductele pot sparge atunci când apa îngheață. Acest lucru este prevenit prin utilizarea unui fluid care are un punct de îngheț mult mai scăzut decât apa.
Dezavantaje
Sistemele cu buclă închisă necesită utilizarea unui schimbător de căldură. Acest lucru adaugă ineficiențe sistemului care trebuie luate în considerare în timpul etapei de proiectare și dimensionare a sistemului. Materialele suplimentare pentru schimbătorul de căldură pot crește și costul unui sistem.
Sisteme active
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 găsiți pompe cu energie solară ca intrare externă. Pomparea solară este adecvată în multe circumstanțe datorită faptului că apa este doar încălzită și, prin urmare, trebuie pompată doar atunci când soarele strălucește.
Avantaje
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 la proiectare (vezi Sistemepasive pentru explicații suplimentare).
Dezavantaje
Utilizarea unei pompe necesită atât achiziționarea unei pompe, cât și necesitatea unei surse de alimentare, cel mai probabil electricitate , pentru alimentarea pompei.
Sisteme pasive
Cunoscute și sub denumirea de Sistem termosifon, sistemele solare de tip pasiv sunt cele care nu folosesc o sursă de energie exterioară. Solar pasiv este un termen care se aplică mult mai mult decât apă caldă solară. De exemplu, vopsirea în negru a unei piscine pentru a absorbi mai multă energie sau punerea ferestrelor în partea de sud a unei case (în emisfera nordică) pentru a lăsa să intre mai multă energie solară sunt considerate ambele solare pasive.
Un încălzitor de apă solar pasiv trebuie să țină cont de fizica din jurul hidrologiei și termodinamicii. Acest tip de sistem folosește un termosifon. Un termosifon folosește energia soarelui pentru a deplasa apa sau alt fluid colector într-o direcție verticală. Acest lucru se întâmplă atunci când un lichid are temperatură variabilă și, prin urmare, diferențe de densitate. Deoarece cea mai fierbinte apă se va deplasa întotdeauna în sus, deplasând astfel apa rece în jos, rezervorul de stocare a apei calde sau schimbătorul de căldură trebuie să fie deasupra colectorului solar.
Avantaje
Nu este nevoie de energie externă pentru a deplasa lichidul prin sistem. Mai puține piese în mișcare înseamnă mai puține lucruri de spart.
Dezavantaje
Dacă se folosește un rezervor de apă caldă sau un schimbător de căldură, acesta trebuie să fie poziționat deasupra colectorului solar pentru ca termosifonul să curgă. Acest lucru poate cauza probleme deoarece majoritatea sistemelor solare sunt pe acoperișurile caselor. Acum sunt disponibile multe opțiuni de design care facilitează stocarea apei calde deasupra sistemului.
Sisteme schimbătoare de căldură
Schimbătoarele de căldură sunt utilizate în regiunile cu temperaturi mai mici decât înghețul. Schimbătoarele de căldură în sine sunt încorporate într-un sistem cu buclă închisă și transferă căldura acumulată în colector la alimentarea cu apă caldă a casei. Există o serie de modele pentru schimbătoare de căldură.
Un design comun este de a suplimenta un încălzitor convențional de apă caldă prin transferul căldurii de la fluidul colectorului solar în rezervorul de apă caldă. Tubul de cupru este un material bun pentru transferul rapid de energie termică a unui lichid.
Un alt stil comun de schimbător de căldură folosește un butoi cu două linii de cupru paralele. Un tub vine din colectorul solar, intră în butoi în partea de sus, se învârte în spirală 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 paralelă cu tubul colector cu partea de sus a butoiului și iese din butoi în partea de sus, cu apă fierbinte. Căldura este transferată din fluidul fierbinte de la colector, prin tubulatura 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 și mai ușor disponibile: amestecuri de glicol/apă, uleiuri de hidrocarburi, agenți frigorifici/antigel auto și siliconi. Fiecare dintre acestea are beneficii și dezavantaje. Consultați acest link de referință EERE pentru a afla mai multe. [1]
Avantaje
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.
Dezavantaje
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 șansă mai mare ca lucrurile să se rupă sau să nu funcționeze corespunzător din cauza componentelor adăugate. De asemenea, trebuie luată precauție pentru a vă asigura că fluidul colector fie este netoxic, fie că există foarte puține șanse ca fluidul colector să contamineze alimentarea cu apă potabilă în cazul în care există rupturi în sistemul cu buclă închisă.
Sisteme fără schimbător de căldură
Acestea sunt sisteme în care apa potabilă de încălzit curge direct prin colectorul solar. Acest tip de sistem este un sistem Open Loop.
Avantaje
Consultați Sistemulîn buclă deschisă
Dezavantaje
Consultați Sistemulîn buclă deschisă
Sisteme de loturi
De asemenea, cunoscute sub denumirea de Sisteme Breadbox sau Integral Collector-Storage (ICS), acestea includ unul sau mai multe rezervoare sau tuburi negre într-o cutie izolata, vitrata. Ar putea fi chiar la fel de simplu ca să pictezi un rezervor în negru, să-l așezi într-o ladă, să-l izolezi pe toate părțile, cu excepția celei care este îndreptată spre soare și să acoperim acea parte expusă la soare cu sticlă sau plastic. Pe măsură ce soarele încălzește apa, aceasta se extinde și devine mai puțin densă, încurajând apa fierbinte să curgă în partea de sus a colectorului. De acolo este extras 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, ele funcționează relativ bine; în climatele mai reci pot fi folosite sezonier și drenate înainte de lunile grele de iarnă.
Colectionari
Neglazuit
Glazurat
Tub evacuat
Colector de loturi
vezi http://commons.wikimedia.org/wiki/File:BatchSolarHeater.JPG
Exemple
Sistem activ în buclă închisă
Sistem activ în buclă deschisă
Sistem pasiv cu buclă închisă
Sistem pasiv cu buclă deschisă
Referințe
- ↑ Departamentul de Energie al SUA. Ghidul consumatorului EERE: Fluide de transfer termic pentru sistemele solare de încălzire a apei. http://www.eere.energy.gov/consumer/your_home/water_heating/index.cfm/mytopic=12940
http://www.builditsolar.com/Projects/WaterHeating/ISPWH/IPSWH.pdf Descărcați „Cartea încălzitorului solar pasiv integral” de David Bainbridge