EN
Principii de funcționare și proiectare ale sistemelor cu presiune
Sistemele presurizate de încălzire solară folosesc sisteme în circuit închis. Fluidul de transfer termic (care poate fi apă sau un amestec de apă și propilenglicol) este pompat la o presiune de 50–100 psi prin panoul colector montat pe acoperiș și prin rezervorul izolat de apă caldă. Avantajul principal al acestor sisteme constă în capacitatea lor de a fi conectate la sistemele standard de instalații sanitare casnice. Aceasta înseamnă că toate robinetele și dușurile asigură o presiune și o temperatură constante ale apei, chiar dacă mai mulți utilizatori consumă simultan apă caldă și rece în clădiri cu mai multe niveluri. Pentru a compensa dilatarea termică, sistemele includ rezervoare speciale de expansiune. În majoritatea instalațiilor, materialul preferat pentru conducte este fie oțelul inoxidabil, fie cuprul, deoarece aceste materiale prezintă o rezistență foarte ridicată la coroziune. Acest lucru le face o alegere potrivită pentru performanță pe termen lung, atât în instalațiile sanitare rezidențiale, cât și în cele comerciale.
Sistemele termo-sifonice care sunt sub presiune funcționează printr-un proces numit convecție naturală. Cu acest proces, colectoarele solare de pe acoperiș încălzesc apa. Această apă încălzită se ridică în mod natural la rezervoarele de stocare situate mai sus decât colectoarele. Acest lucru înseamnă că nu există pompe și nu sunt necesare piese scumpe cu presiune. Cea mai mare parte a construcției este realizată cu materiale ieftine (cum ar fi cauciucul EPDM și polipropilenul). Acest tip de construcție este potrivit, deoarece sistemele funcționează la o presiune regulată (presiune atmosferică). Aceste sisteme au caracteristici speciale pentru perioadele în care temperaturile scad sub zero (iarna rece). Acestea scurg şi scurg automat apa din ţevile de colectare pentru a preveni deteriorarea prin îngheţare a ţevilor.
Diferențe esențiale de material și schimb de căldură
Diferențele în materiale și construcție sunt rezultatul unor principii de funcționare fundamentale diferite. Datorită prezenței presiunii continue, există nevoia de metale cu o integritate ridicată (rezistente la coroziune), cum ar fi oțelul inoxidabil, pentru conducte și schimbătoarele de căldură ale sistemelor aflate sub presiune. Sistemele care nu sunt supuse presiunii nu trebuie să îndeplinească aceste cerințe, ceea ce permite o utilizare mai amplă a materialelor polimerice. Aceasta reduce semnificativ costul construcției, precum și ușurința instalării.
Sistemele diferite au modalități variate de transfer al căldurii. Unitățile aflate sub presiune au, de obicei, serpentine interne sau schimbătoare de căldură cu manta, montate în rezervoare bine izolate. Aceste concepții mențin apa potabilă separată de circuitul cu glicol. Deși această concepție reduce riscul de probleme legate de îngheț, ea conduce la o complexitate mai mare în ceea ce privește întreținerea. Sistemele neînchise (fără presiune) sunt diferite. Unele sisteme încălzesc apa direct în colector, fiind denumite termosifon direct. Altele sunt echipate cu schimbătoare de căldură externe simple. Sistemele neînchise funcționează, în general, mai bine în condiții de temperatură moderată și au un randament mai ridicat. Totuși, modificările bruscă ale temperaturii compromit performanța și fiabilitatea acestora.
Alegerea celui mai potrivit încălzitor solar de apă în funcție de condițiile specifice ale amplasamentului dumneavoastră
Presiunea apei și tipul de instalații sanitare și de construcție
Înțelegerea sistemului actual de apă este esențială pentru determinarea potrivirii unui sistem. Majoritatea construcțiilor moderne folosesc un sistem sub presiune, în care apa este distribuită unităților prin conductele principale de alimentare. Prin urmare, încălzitoarele de apă sub presiune sunt ideale pentru apartamente, condominii și clădiri rezidențiale cu mai multe niveluri, unde este necesară o presiune constantă a apei pe fiecare etaj. Aceste sisteme sunt, de asemenea, ideale în timpul renovării clădirilor mai vechi, deoarece evită necesitatea unor modificări mai ample ale structurilor existente, cum ar fi cele necesare pentru instalațiile convenționale, pentru a nu utiliza spațiile de la acoperiș sau mansardă.
Sistemele gravitaționale funcționează excelent pentru sistemele nepresurizate, cum ar fi cele din zonele rurale, locuințele vechi cu rezervoare de apă rece montate pe acoperiș sau sistemele complet izolate de rețea. Problemele apar atunci când nu există suficient spațiu vertical între punctul de colectare și intrarea punctului de colectare. În mod obișnuit, se recomandă o diferență verticală de cel puțin jumătate de metru. Aceasta poate constitui o problemă în cazul clădirilor cu acoperișuri ușor înclinate sau plane. Un sistem de apă nepresurizat poate avea o performanță scăzută atunci când presiunea apei este redusă (aproximativ 20 de lire pe inch pătrat de apă), deoarece apa din aceste sisteme circulă lent și abia curge. În schimb, un sistem presurizat gestionează mai bine această situație. Înainte de instalare, trebuie întotdeauna analizată instalația de alimentare cu apă existentă, pentru a minimiza necesitatea utilizării de pompe și supape. Acest lucru este esențial în clădirile vechi, unde se dorește să se perturbe cât mai puțin instalația de apă. Capacitatea de încărcare a acoperișurilor, climatul și evaluarea riscului de îngheț
Am observat că rezistența structurală și rezistența la intemperii sunt studii esențiale înainte de a alege o clădire pentru instalații solare. Un sistem de acoperiș plat adaugă, de obicei, între 30 și 50 de kilograme pe metru pătrat. Sistemele ne-presurizate tind să fie mai ușoare, deoarece au rezervoare mai mici integrate în proiectul sistemului, ceea ce facilitează instalarea lor pe structuri preexistente. Majoritatea instalațiilor solare funcționează bine pe acoperișuri înclinată. Totuși, există o considerație importantă: instalatorii trebuie să țină cont de faptul că, în zonele de coastă, forțele vântului sunt mai puternice, ceea ce crește cerințele privind montarea cu aproximativ 15–20%. Aceasta înseamnă că, în aceste zone, este obligatoriu utilizarea unor suporturi certificate, instalate de instalatori specializați și certificați, pentru a asigura rezistența sistemului la furtuni.
Riscul de îngheț este un factor important în alegerea sistemelor de încălzire. În regiunile care înregistrează temperaturi de zero grade Celsius timp de mai mult de două zile consecutive pe an se optează pentru sisteme presurizate combinate cu soluții de antigel pe bază de glicol. Această amestecare previne înghețarea conductelor. Sistemele nepresurizate, dimpotrivă, depind de sisteme eficiente de drenare prin gravitație (drain-back). Acestea includ conducte corect înclinate pentru scurgerea apei, supape de siguranță, rezerve funcționale în cazul unor defecțiuni și un sistem auxiliar de alimentare cu energie electrică pentru sistemul de comandă. Cerințele legate de sistemul de drenare și de cel de comandă generează o mai mare preocupare privind întreținerea în astfel de climă. Pe de altă parte, cu excepția unor câteva climat extreme de îngheț, regiunile tropicale și cele cu climă permanent nepresurizată permit utilizarea unor sisteme simple nepresurizate de termosifon, care funcționează eficient pe perioade lungi, fără a necesita mecanisme complexe. Pentru regiunile cu mai puțin de 200 de zile de soare pe an, sistemele presurizate reprezintă o opțiune mai bună, deoarece sunt mai eficiente decât cele nepresurizate în vremea noroasă. Acest lucru se datorează faptului că sistemele presurizate permit o circulație continuă în perioadele prelungite de lumină slabă, ceea ce reduce, în final, probabilitatea apariției unei defecțiuni a sistemului în perioadele de vreme nefavorabilă.
Utilizarea practică şi eficienţa diferitelor tipuri de încălzitoare solare de apă
Există două tipuri principale de încălzitoare solare de apă: cele cu presiune și cele fără presiune. Există multe moduri diferite de a construi și configura aceste două tipuri de încălzitoare solare de apă, iar construcția și condițiile meteorologice cu care se confruntă, precum și abilitățile instalatorului, pot afecta în mare măsură performanța lor. Instalaţiile de calitate obţin, de obicei, de la 50 la 75% din necesarul lor de apă caldă din surse solare. Modelele sub presiune au tendința de a atinge aceste procente mai mari deoarece designul schimbătorilor lor de căldură este mai bun, permițând menținerea mai eficientă a fluxului prin țevi. Acest lucru le face, de asemenea, mai eficiente atunci când vremea este mai rece sau când există fluctuații de temperatură.
Sistemele presurizate și cele nepresurizate funcționează în mod diferit în ceea ce privește transferul de căldură. Sistemele termosifon, care sunt nepresurizate, funcționează cu aproximativ 10–15% mai bine în condiții de temperaturi ridicate, deoarece nu suferă impactul negativ al pompelor sau al transferului de căldură redus din componentele sistemului. Pe de altă parte, sistemele presurizate oferă o performanță constantă pe parcursul întregului an, în medie pe fiecare anotimp, iar în iarnă și la temperaturi sub punctul de îngheț, performanța lor este cu aproximativ 30% superioară în ansamblu. Totuși, situația se inversează în zonele tropicale sau în regiunile calde, unde metoda simplificată de încălzire directă a sistemelor nepresurizate este mai eficientă.
Când sistemele sunt instalate, funcționarea acestora depinde în mare măsură de atenția acordată procesului de instalare, mai mult decât de tipul sistemului în cauză. Obținerea unghiului corect al sistemului este foarte importantă și poate chiar crește producția sistemului cu până la 25%. Totuși, probleme precum umbrirea provocată de alte clădiri, dimensionarea incorectă a conductelor și izolarea slabă pot reduce veniturile obținute din sisteme mult mai semnificativ decât alte elemente integrate în sistem. Întreținerea este foarte importantă. Depunerile de calcar se formează pe partea interioară a schimbătoarelor de căldură sub presiune și, dacă acestea nu sunt curățate periodic, eficiența scade cu o rată de 12% pe an. Sistemele fără presiune nu sunt la fel de predispuse la problemele de calcar, dar sunt mai susceptibile de a forma bule de aer și de a acumula sedimente în rezervoarele deschise. Cele mai recente progrese tehnologice în domeniul colectorilor cu tuburi vidate oferă o performanță cu aproximativ 15% superioară față de cea a colectorilor plani, fiind astfel cele mai recente și cele mai optime soluții disponibile. Cele mai recente progrese tehnologice în domeniul sistemelor de colectare sunt aplicabile ambelor tipuri de sisteme, cu condiția ca toate acestea să fie instalate corect.
Costul total de deținere: Investiția inițială, întreținerea și rentabilitatea investiției pentru sistemele de încălzire a apei solare
La calcularea costurilor pe termen lung, oamenii ignoră adesea cheltuielile care depășesc prețul afișat. Valoarea reală include instalarea, întreținerea rutinieră și economiile pe care le oferă sistemul pe parcursul anilor. Majoritatea proprietarilor de locuințe care instalează sisteme de încălzire a apei prin energie solară cheltuie între 3.000 și 8.000 USD, sumă care include costul sistemului. Unitățile sub presiune par să se situeze mai degrabă în partea superioară a acestei game. Acest lucru se datorează componentelor suplimentare specializate, cum ar fi schimbătoarele de căldură și rezervoarele de expansiune, precum și supapei pentru glicol, care este concepută pentru temperaturi ridicate, iar instalarea acestora necesită un efort suplimentar din partea instalatorilor. În schimb, modelele fără presiune, cum ar fi cele de bază cu termosifon, par mai ieftine inițial. Totuși, dacă anumite condiții de amplasament nu sunt îndeplinite, pot apărea cheltuieli suplimentare. Spațiul insuficient disponibil pe acoperiș și temperaturile sub punctul de îngheț pot cauza întârzieri și costuri mai mari legate de sistemul de evacuare inversă (drain-back) și de soluțiile de încălzire care trebuie adăugate.
întreținerea corespunzătoare costă aproximativ jumătate de procent din costul total de instalare al sistemului. Aceasta înseamnă circa 15–40 USD anual pentru verificarea stării sistemului, completarea buclelor presurizate cu glicol și verificarea robinetelor, care se efectuează la fiecare trei până la cinci ani. În general, sistemele presurizate necesită mai puține vizite ale tehnicianului, dacă sunt instalate în climat mai rece, comparativ cu sistemele nepresurizate, care necesită sisteme mecanice de golire prin gravitație. Cele două probleme operaționale cele mai semnificative care afectează sistemele nepresurizate sunt depunerea de crustă și sedimentul. De aceea, efectuarea testelor de calitate a apei este esențială, în special dacă duritatea apei locale depășește șapte grani pe galon. Tratarea apei pentru a minimiza depunerea de minerale este importantă pentru prevenirea problemelor operaționale viitoare.
Conform Departamentului de Energie al Statelor Unite, economiile obținute cu ajutorul încălzitorilor solari de apă sunt destul de considerabile. Investițiile lor arată că încălzitoarele solare de apă permit economisirea a 50% până la 80% din costurile de încălzire a apei. Dacă o gospodărie înlocuiește un încălzitor electric convențional cu un Factor Uniform de Eficiență energetică de 1,0 cu o unitate solară, folosind costul mediu național al energiei electrice, acea gospodărie economisește 274 USD pe an, iar această sumă poate fi chiar mai mare pentru unele gospodării. Chiar și având în vedere astfel de economii, există și alte aspecte care trebuie luate în calcul pentru analiza rentabilității investiției. Se preconizează ca prețurile energiei să crească cu 2%–5% anual, ceea ce sporește economiile. De asemenea, sistemul își va reduce eficiența în timp. În medie, sistemele își pierd între 0,5% și 1% din eficiență anual. Pot fi luate în considerare și stimulente, cum ar fi stimulentul fiscal federal de 30% din costuri și rambursările locale. Toți acești factori indică faptul că încălzitoarele solare de apă de calitate își vor recupera costul într-un interval de 6–12 ani. În zonele reci și, în special, în clădirile cu mai multe niveluri, noile modele presurizate pot costa puțin mai mult, dar pot fi mai eficiente și mai durabile.
Aceste sisteme mențin aceeași fiabilitate pe tot parcursul perioadelor de îngheț, asigură aceeași presiune în întreaga clădire și vă economisesc întreruperile de reparații și servicii de întreținere pe care le cauzează alte sisteme.
Întrebări frecvente
Ce diferențiază sistemele presurizate de cele nepresurizate de încălzire a apei solare?
Ceea ce diferențiază cele două tipuri este modul în care funcționează cele două sisteme. În sistemele presurizate, apa este menținută la o anumită presiune într-o configurație cu circuit închis, în timp ce, în sistemele nepresurizate, apa se deplasează prin circulație naturală, astfel încât nu este necesar niciun pompu și presiunea este menținută la valoarea presiunii atmosferice.
Ce material este utilizat în sistemele presurizate pentru a evita coroziunea?
Pentru rezistența la coroziune în sistemele presurizate, se folosesc metale de înaltă integritate, cum ar fi cuprul și oțelul inoxidabil, pentru a conține în siguranță presiunea în conducte, schimbătoare de căldură și rezervoare.
Sunt sistemele nepresurizate potrivite pentru climatul rece?
Sistemele nepresurizate sunt adesea mai puțin potrivite pentru climatul rece, deoarece pot suferi probleme de îngheț. Acestea necesită caracteristici eficiente de golire inversă pentru a preveni deteriorarea țevilor cauzată de apa înghețată.
Cum influențează tipul de acoperiș instalarea încălzitorilor solari de apă?
Unghiul acoperișului poate afecta instalarea unui încălzitor solar de apă. Acoperișurile plane adaugă o anumită sarcină suplimentară, în timp ce acoperișurile înclinat sunt, în general, mai potrivite. Totuși, în zonele de coastă este necesară o montare specială datorită forțelor mai mari ale vântului.
Care este întreținerea standard necesară pentru încălzitoarele solare de apă?
Întreținerea constă, de obicei, în verificarea echipamentului, completarea lichidelor în sistemele presurizate și verificarea depunerilor de crustă și sedimente. Este necesară testarea calității apei la intervale regulate pentru a evita formarea de depuneri.