Instalații solare pentru încălzirea apei potabile și a încăperilor

Există în principiu două motive pentru care numărul instalațiilor solare combinate care, în afară de încălzirea apei menajere ajută și la încălzirea încăperilor: în primul rând se construiesc din ce în ce mai multe case cu un consum minim de energie sau case pasive, adică clădiri al căror necesar de energie este mic; aici se pot monta sisteme de încălzire care funcționează la temperaturi mici, cum ar fi încălzirea prin pardoseală sau pereți, potrivită pentru a funcționa pe baza instalației solare. La sistemele de încălzire ale căror temperaturi de alimentare și evacuare sunt cuprinse între 90/70°C nu este posibilă racordarea la o instalație solară eficientă care să ajute la încălzirea încăperilor. Aceasta trebuie montată la „sisteme de încălzire care funcționează cu temperaturi scăzute” de alimentare și evacuare cuprinse între 60/40°C sau mai puțin (se pot regla pe parcurs). Pe de altă parte, inovațiile din domeniul tehnologiei solare au contribuit la această dezvoltare, în primul rând printr-o tehnologie îmbunătățită a rezervorului și a sistemului. Astfel, instalația solară și sistemul de încălzire tind tot mai mult să devină o singură unitate.

La instalațiile combi, al doilea schimbător de căldură face posibil ca varietatea configurațiilor de instalații să fie și mai mare în comparație cu cea a instalațiilor pentru apa menajeră. Deși se iau în considerare numai sisteme cu recirculare forțată și trei circuite închise (circuit solar, circuit al consumatorului și circuit de încălzire), există o multitudine de variante care rezultă în special din racordarea hidraulică diferită la sistemul de încălzire.

În plus și sistemele de încălzire pot avea mai multe circuite de încălzire, care sunt necesare atunci când, de exemplu, o parte a casei se încălzește cu calorifere, iar o alta prin sistem de încălzire prin pardoseală. În acest caz, cele două circuite au și niveluri diferite de temperatură. Situația poate fi destul de complicată, în special la casele deja construite, unde de-a lungul timpului s-au făcut modificări nu numai ale clădirii, ci și ale instalației de încălzire. În cazuri complexe ca acesta trebuie chemat un specialist cu experiență. În cele ce urmează se va pleca mereu de la un circuit de încălzire pentru ca variantele de configurație a sistemului să poată fi cuprinse în analiză.

La alegerea modului de racordare a sistemului trebuie să se facă distincția între așa-numitele cazane de încălzire cu modulare și cazanele de încălzire nereglabile, care au un randament relativ constant. În cazul în care cazanul este unul cu modulare, atunci puterea de încălzire se poate ajusta necesarului de căldură, în timp ce cazanele nereglabile presupun întotdeauna și montarea unui rezervor care cedează căldură circuitului de încălzire. Circuitul de încălzire și cel al cazanului sunt în acest caz separate hidraulic unul de celălalt; dacă randamentul cazanului este prea mic, atunci poate interveni rezervorul cu un randament maxim; în timp dacă necesarul de căldură este redus, rezervorul preia excesul randamentului cazanului și, astfel, se evită sincronizarea prea deasă a arzătorului.
Soluții pentru sistemele cu două rezervoare:

  • sistem cu 2 rezervoare și cazan de încălzire cu randament fix

Funcție: în circuitul solar se montează un ventil cu 3 ieșiri, astfel încât să se poată acumula căldură fie în rezervorul de apă menajeră, fie în cel tampon de încălzire a încăperilor. Sunt posibile următoarele strategii:

Strategia 1 (reglare preferințială): rezervorul de apă menajeră se încarcă preferențial, iar rezervorul tampon doar atunci când există un exces de energie.

Strategia 2 (reglare echilibrată): se încălzește preferențial rezervorul care este cel mai rece. Astfel, colectorul va funcționa la cel mai înalt randament, iar în comparație cu strategia 1 se mărește cantitatea de energie acumulată solar.

Strategia 3 (reglare preferențială/nepreferențială): rezervorul tampon se încarcă preferențial.

Poate fi avantajos însă ca strategiile să fie adoptate pe rând în decursul anului. Vara se poate aplica strategia 1, iarna alături de strategia 1 se poate aplica și strategia 2, iar primăvara și toamna se pot adopta strategiile 2 și 3.

Atunci când nu se află la dispoziție destulă energie solară, cazanul de încălzire (cu randament fix) încarcă ambele rezervoare. La sistemele cu 2 rezervoare mai există și sisteme de reglaj unde rezervorul de apă menajeră se încarcă prin cel de încălzire a încăperilor. În acest caz, cazanul de încălzire alimentează doar rezervorul de încălzire.

Avantaje: încălzirea de apă caldă și susținerea încălzirii sunt complet separate hidraulic una de cealaltă. La instalațiile existente cu rezervor de încălzire se poate monta mai ușor o instalație solară atâta timp cât se poate monta un schimbător suplimentar de căldură pentru circuitul solar. Dacă rezervorul de apă menajeră este alimentat de rezervorul de încălzire, atunci volumul rezervorului de apă menajeră poate fi foarte mic (echivalent cu necesarul de apă menajeră pentru o zi). Același lucru este valabil și invers, adică o instalație solară deja existentă cu rezervor pentru apa menajeră se poate extinde cu un rezervor tampon pentru sprijinirea sistemului de încălzire a încăperilor.

Dezavantaje: în general sistemele cu două sau mai multe rezervoare au pierderi termice mai mari cu fiecare rezervor în plus, iar iarna toate rezervoarele trebuie menținute la temperatură de utilizare; un alt dezavantaj constă din faptul că este nevoie de un spațiu mai mare, efortul de instalare este și el mai mare și, odată cu acesta, cresc și costurile.

  • sistem cu două rezervoare și cazan de încălzire cu modulare

Funcție: încărcarea rezervorului de încălzire prin cazan nu este rentabilă dacă acesta din urmă este unul cu randament reglat, căci pierderile termice de la pornirea și oprirea cazanului în comparație cu cele ale rezervorului sunt de obicei mici. Acesta este motivul pentru care circuitele de încălzire se alimentează direct prin cazanul de încălzire atâta timp cât energia solară din rezervorul de încălzire nu este suficientă. Încărcarea rezervorului de apă potabilă prin rezervorul de încălzire nu este posibilă dacă sistemele sunt configurate astfel.

În ceea ce privește sprijinul solar al încălzirii la casele cu una sau două familii s-au impus pe piață în ultimii ani sistemele cu un rezervor. Avantajele acestor sisteme sunt simple: necesarul de spațiu este mai mic (costuri mai mici pentru că spațiul care trebuie reamenajat este mai mic), pierderi termice mai mici, instalare mai simplă la fața locului cu un număr mai mare de piese prefabricate și — de cele mai multe ori costuri mai mici în general.

Întrucât într-un sistem solar cu sprijin al încălzirii există 3 niveluri de temperatură — câte unul pentru apa rece, încălzire și apa menajeră — la sistemele cu 1 rezervor este esențială stratificarea temperaturii. Partea superioară (de consum) are o temperatură potrivită pentru apa menajeră (minim 45 până la 60°C); acest strat trebuie să fie suficient de mare pentru ca apa caldă să se afle la dispoziția consumatorului într-o cantitate satisfăcătoare. În partea din mijloc apa are un nivel de temperatură suficient pentru încălzire (30 până la 60°C). Stratul cel mai de jos are de obicei temperatura apei proaspete. Evacuarea colectorului trebuie să se realizeze la acest nivel.

Rezervorul trebuie construit în așa fel încât această stratificație să se mențină pe o perioadă mai lungă de timp; chiar și în timpul proceselor de alimentare și evacuare nu trebuie ca straturile să se amestece între ele. Acesta este motivul pentru care înălțimea racordurilor la rezervor este esențială. În rezervor se găsește, de obicei, apă de încălzire, ceea ce înseamnă că rezervorul poate fi unul de tip tampon, relativ ieftin. Pentru aceasta, există diferite modalități de încălzire a apei menajere, caz în care trebuie să se monteze întotdeauna două schimbătoare de căldură între colector și evacuarea apei calde, astfel încât temperatura colectorului să fie cu 6-10°C mai mare decât temperatura apei menajere.

  • sistem cu un rezervor, sistem cu rezervor-în-rezervor și accentuare a procesului de evacuare

Funcție: la acest model de racordare este vorba în principiu despre un sistem cu două rezervoare, unde rezervorul de apă potabilă este montat fix în rezervorul tampon de încălzire. Schimbătorul de căldură din partea superioară a circuitului solar este opțional și permite, în funcție de nivelul de temperatură a colectorului, încărcarea pe straturi a rezervorului, lucru posibil și prin montarea unui dispozitiv special. Cazanul de încălzire se încarcă direct în rezervor, iar circuitele de încălzire se alimentează din rezervor.

Ventilul cu 3 ieșiri din circuitul cazanului permite un racord mai scurt, ceea ce determină o creștere a temperaturii din cazan. Doar atunci când temperatura atinge o anumită limită (reglabilă), ventilul se deschide și rezervorul se încarcă. Astfel, cazanul de încălzire atinge repede temperaturi de funcționare și se evită condensarea periculoasă ca urmare a temperaturii de evacuare prea mici.

Dezavantaje: evacuarea de apă caldă determină într-o anumită măsură amestecarea straturilor din rezervor. Amestecul poate fi menținut la un nivel redus dacă rezervorul de apă menajeră are aceeași înălțime ca rezervorul în care este montat, iar alimentarea cu apă rece se realizează de jos în sus. Există și instalații la care rezervorul de apă menajeră se află în partea de sus a rezervorului. La acest tip de instalații amestecul straturilor este mai intens.

  • sistem cu un rezervor cu schimbător extern de căldură pentru circuitul solar, schimbător intern de căldură pentru circuitul consumatorului și accentuare a procesului de evacuare

Funcție: rezervorul se încarcă solar printr-un schimbător extern de căldură, unde un ventil cu 3 căi asigură alimentarea la diferite înălțimi (alimentare stratificată); același lucru se poate realiza alternativ și printr-un dispozitiv cu schimbător intern de căldură. Apa caldă intră în flux prin intermediul unui schimbător de căldură aflat în rezervor,

Circuitul cazanului de încălzire este întotdeauna prevăzut cu un dispozitiv de accelerare a procesului de evacuare. Evacuarea din circuitul de încălzire are o anumită înălțime în rezervor; evacuarea căldurii din sistemul de încălzire înseamnă în același timp și evacuarea din circuitul cazanului.

Avantaje: datorită schimbătorului extern de căldură este posibil un transfer termic mai bun. Datorită instantului electric intern de apă caldă din circuitul consumatorului, bacteria legionella nu reprezintă un pericol pentru circuitul consumatorului.

Dezavantaje: prin procesul de evacuare, prin intermediul schimbătorului intern de căldură, apar amestecări ale straturilor din rezervor, chiar dacă s-au luat măsuri de direcționare a fluxului (prin montarea unor tuburi de cădere, sisteme cu clapete etc.). Trebuie să se monteze cu grijă schimbătorul de căldură din circuitul solar pentru a nu diminua gradul de confort în ceea ce privește apa caldă (temperatura apei menajere este prea mică sau este în scădere).

  • sistem cu un rezervor stratificat, schimbător de căldură extern pentru circuitul consumatorului și cazan de încălzire integrat

Funcție: Încălzirea solară a rezervorului are loc stratificat printr-un schimbător intern de căldură conform principiului densității diferite.

Cazanul de încălzire nu este un dispozitiv separat, ci formează, împreună cu rezervorul, o singură unitate.

Căldura pentru circuitul de încălzire (alimentarea sistemului de încălzire) se transferă din stratul superior, unde tubul de evacuare din rezervor este orientat în jos.

Temperatura de alimentare se obține cu ajutorul unui ventil cu 3 ieșiri prin amestecarea cu temperatura de evacuare din circuitul de încălzire. Se montează, de asemenea, în stratul aferent o țeavă pentru alimentarea stratificată.

        Avantaje: Această instalație are nevoie de și mai puțin spațiu, deoarece rezervorul și cazanul de încălzire sunt o singură unitate. De asemenea, efortul de instalare la fața locului este mai mic. Dispozitivele de alimentare și evacuare a straturilor se reglează de la sine și nu necesită montarea unor sisteme mecanice de reglare (ventile). Amestecarea straturilor din rezervor în momentul evacuării apei calde nu intră în discuție în acest caz și nu apar nici probleme cu bacteria legionella în circuitul consumatorului.

Dezavantaje: esențial este ca schimbătorul de căldură din circuitul consumatorului să se monteze cu foarte multă grijă pentru a nu crea disconfort atunci când apa începe să se încălzească (temperatura apei menajere să fie prea scăzută sau să înceapă să scadă).

Există și posibilitatea montării unor unități cu pompă de căldură integrată sau cazane cu combustibil solid, cum ar fi încălzirea cu granule.

În funcție de necesarul de energie, comportamentul consumatorului, vreme etc. energia solară poate acoperi între 10 și 40% din necesarul de energie pentru încălzire. Dacă doriți, însă, să atingeți un grad mai mare, cuprins de exemplu între 70 și 90% sau chiar o alimentare 100% solară, rezervoarele descrise până acum nu sunt suficiente. În acest caz trebuie să se folosească rezervoarele de sezon care să înmagazineze pentru iarnă excesul de căldură din timpul verii.

Alimentarea directă

La rețelele mai mari de alimentare cu căldură, de exemplu la rețelele de termoficare, energia solară se livrează în mod direct. Acest lucru este posibil pentru că procentajul energiei solare la sistemele așa de mari este, de obicei, destul de mic, iar pe timpul zilei, când instalația solară produce căldură, există întotdeauna undeva, necesar termic. Mai mult decât atât, instalațiile de acest fel au de cele mai multe ori un rezervor care să poată fi folosit dacă este nevoie. O alimentare directă de acest fel există de ceva timp și pentru instalațiile mai mici, care se montează relativ ușor, în special pentru casele cu mai multe familii care au deja o instalație existentă.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *