Încălzirea apei menajere este, de departe, domeniul în care se montează cele mai multe instalații solare.

Sisteme de recirculare pe bază de diferență de densitate

Întrucât apa caldă are o greutate specifică mai mică decât apa rece, atunci când se încălzește urcă în colector și sistemul de tuburi, ajungând la rezervor (care este montat mai sus), în timp ce pe partea cealaltă curge apa mai rece dinspre rezervor către colector. Circulația apare atunci când apa din colector este mai caldă decât cea din rezervor și este cu atât mai puternică cu cât cantitatea de radiații este mai mare și, astfel, și diferența de temperatură dintre colector și rezervor crește. Acest principiu se numește recirculare pe bază de diferență de densitate sau termosifon.

Avantajerecircularea are loc automat în mod aproape ideal, circuitul solar funcționează fără pompă, fără sursa suplimentară de căldură și fără dispozitive de reglare. Din acest motiv se folosește acest principiu peste tot acolo unde se dorește montarea unor instalații mici, simple sau acolo unde nu există o rețea de alimentare cu energie electrică. Spre deosebire de „instalația solară tip standard”, nu mai sunt necesare pompa și sistemul de reglare, ceea ce determină o scădere semnificativă a prețului instalației.

Mai mult decât atât, sistemele termosifon pot funcționa relativ fără probleme cu un circuit solar deschis (dacă recircularea se face cu ajutorul pompei, aceasta necesită o anumită limită inferioară de presiune). Astfel, instalația este simplificată și mai mult, deoarece nu mai trebuie să fie rezistentă la presiune și nu mai sunt necesare dispozitive cum ar fi manometrul, supapa de suprapresiune sau ventilul de aerisire.

Dezavantajedezavantajoase sunt condițiile hidraulice marginale: viteza de curgere, respectiv a fluxului, nu sunt reglabile, iar forța motrice este relativ mică. Astfel, rezultă viteze relativ mici de curgere, care determină creșterea temperaturilor din colector și scăderea gradului de eficiență a acestuia. Acest lucru poate fi evitat însă, ca și la sistemele tip low-flow, prin adoptarea unei tehnici potrivite, în special printr-un schimbător de căldură de calitate al circuitului solar. Totuși, rezistența hidraulică opusă curentului trebuie să fie mică pentru că altfel fluxul termosifonic se poate opri. Pentru aceasta se montează de obicei, dacă este cazul, schimbătoare de căldură cu carcasă.

În afară de aceasta, dimensiunile și fezabilitatea unor sisteme de acest tip sunt limitate de condițiile marginale. Rezervorul trebuie montat în orice caz deasupra colectorilor pentru ca alimentarea să fie transferată rezervorului; este de evitat montarea unor tuburi orizontale lungi pentru că în acest fel recircularea nu ar mai avea loc așa cum trebuie. Rezistenta hidraulică opusă curentului din tuburi trebuie să fie foarte mică, ceea ce presupune ca secțiunea transversală a tuburilor să fie mare, iar lungimea tuburilor dintre colector și rezervor să fie foarte mică. Pentru a se evita recircularea nedorită a agentului termic dintre colector și rezervor noaptea, atunci când rezervorul este semnificativ mai cald decât colectorul, se recomandă montarea unei clapete de închidere ușor manevrabile.

Pe lângă limitările de spațiu și cele impuse de instalare (montarea rezervorului în acoperiș poate fi o problemă din punct de vedere al spațiului) se numără și limitările impuse de statică (încărcarea acoperișului), de efectele estetice (rezervoarele care se văd de afară nu au un efect estetic pozitiv), precum și limitări impuse de practica uzuală de montare, respectiv racordare la instalația existentă.

Zone de utilizare

În Europa Centrală instalațiile pe bază de diferență de densitate nu sunt folosite decât rareori: rezervorul solar se montează de obicei în pivniță, cât mai aproape de instalația de încălzire pentru că rezervoarele externe au pierderi termice prea mari din cauza climatului din această zonă. Situația este cu totul alta în Europa de Sud, respectiv în spațiul mediteraneean: clima este mai blândă (însă nu suficient de caldă ca să nu mai fie deloc nevoie de apă caldă), iar rezervoarele externe au pierderi termice mai scăzute; aici, instalațiile de încălzire centrală sunt la fel de puțin răspândite ca și pivnițele, iar pretențiile în ceea ce privește confortul și efectul estetic nu sunt (încă) la fel de mari. Din aceste motive, instalațiile termosifon sunt mai răspândite în spațiul mediteraneean, regăsindu-se pe mii de acoperișuri (plate) și având suprafață de până la 10 m2 pentru ca acoperișul să nu fie suprasolicitat.

Avantajele și dezavantajele diferitelor configurații de instalații

  • sistem deschis termosifon cu un circuit

Avantaje: în comparație cu sistemul descris nu mai există schimbător de căldură și nici vas de expansiune, pentru că circuitul solar este unul deschis. Se montează totuși un flotor, care oprește alimentarea cu apă rece la un anumit nivel. Se pot folosi inclusiv rezervoare și elemente componente foarte simple, care nu trebuie să fie rezistente la presiune. Un alt avantaj important al sistemelor cu un circuit este reprezentat de un bun transfer termic, căci nu apar pierderi ale schimbătorului de căldură.

Dezavantaje: la sistemele deschise riscul de coroziune din cauza pătrunderii de oxigen este destul de mare. În afară de aceasta, în rezervor pot ajunge impurități, ceea ce înseamnă că nu trebuie exclus faptul că apa menajeră este murdară. Ca sistem cu un singur circuit nu poate funcționa cu antigel.

Domenii de utilizare: cel mai simplu și ieftin sistem termosifon se folosește în regiunile cu o presiune scăzută a rețelei de apă potabilă, sau acolo unde sistemul central de aprovizionare cu apă potabilă se întrerupe deseori. Rezervorul este în același timp și recipient de acumulare, iar presiunea apei menajere este stabilită doar de diferența de înălțime dintre rezervor (de obicei montat pe acoperiș) și pompa de alimentare (presiune statică). Sistemul trebuie golit dacă există risc de îngheț.

  • sistem închis termosifon cu un circuit

Avantaje: și în acest caz este vorba despre un concept simplu și rentabil. Datorită faptului că este vorba despre un sistem închis, spre deosebire de sistemul descris anterior, aici se exclude riscul de pătrundere a impurităților, păstrându-se în același timp un bun transfer termic între colector și circuitul consumatorului. Prin racordul direct la rețeaua de apă există risc de coroziune ca urmare a pătrunderii oxigenului prin apa proaspătă.

Dezavantaje: în circuit, esențială este presiunea rețelei de apă care, având o valoare în tuburi de obicei de 4 bari, presupune montarea unor dispozitive suplimentare care să asigure siguranța instalației, fiind vorba de montarea în special a unui vas de expansiune cu membrană si un ventil de siguranță. Totuși, elementele absorbante sunt rareori rezistente la o presiune așa de mare. În multe dintre țările lumii presiunea din rețeaua de apă potabilă este foarte mică. De multe ori nu se află decât un rezervor de apă (acumulator din plastic) pe acoperiș, unde presiunea se formează datorită diferenței de înălțime față de consumator. Întrucât și instalația solară se află, de cele mai multe ori, tot pe acoperiș, pot apărea probleme din cauza unei presiuni prea mici a instalației.

Domenii de utilizare: acest tip de instalație se montează, de obicei, în regiuni fără risc de îngheț, unde dominantă este presiunea scăzută a apei din tuburi (nu mai mult de 2 bari).

  • sistem deschis termosifon cu 2 circuite

Avantaje: datorită separării circuitului solar de cel al consumatorului se poate utiliza pentru circuitul solar un amestec antigel pentru protecția împotriva înghețului. Mai mult decât atât, se poate monta un recipient rentabil, nerezistent la presiune. Dezavantaje: ca la orice sistem deschis există riscul de coroziune din cauza pătrunderii oxigenului și a impurităților, aici făcându-se referire în special la apa potabilă din rezervor.

Domenii de utilizare: domeniile de utilizare sunt asemănătoare cu cele descrise în cazurile anterioare. Această configurație a instalației este însă relativ rar întâlnită, căci în majoritatea zonelor unde se poate monta nu există risc de îngheț, iar separarea celor două circuite nu ar însemna decât costuri mai mari și mai puține avantaje.

  • sistem termosifon cu 2 circuite, cu circuit solar deschis și circuit închis consumatorului

Avantaje: ca circuit deschis, circuitul solar poate fi alcătuit, avantajos din punctul de vedere al costurilor din componente simple, care nu sunt neapărat rezistente la presiune și poate fi umplut cu amestec de apă cu antigel. Datorită circuitului închis al consumatorului nu există riscul de pătrundere a impurităților în apa potabilă.

Dezavantaje: în circuitul solar deschis există un risc mare de coroziune din cauza pătrunderii oxigenului.  Rezervorul trebuie să fie unul rezistent la presiune.

Domenii de utilizare: Sistemul poate funcționa pe toată durata anului, chiar și în zonele cu risc de îngheț.

Este posibilă și montarea unui sistem termosifon cu 2 circuite, dintre care circuitul solar este închis, iar circuitul consumatorului este deschis. O configurație a sistemului de acest tip, însă, nu prea are sens și, de aceea, nici nu se prea pune în aplicare.

  • sistem închis termosifon cu 2 circuite

Avantajele față de celelalte sisteme îl reprezintă un risc scăzut de coroziune și de pătrundere a impurităților în apa potabilă, precum și posibilitatea de a introduce antigel în circuitul solar.

Dezavantaje: dintre toate tipurile de sisteme enumerate până acum, acesta este cu siguranță cel mai scump, întrucât peste tot trebuie să se monteze elemente componente rezistente la presiune și, din cauza circuitului solar închis, nu se poate renunța la dispozitivele suplimentare cum ar fi vasul de expansiune cu membrane sau ventilul de siguranță.

Domenii de utilizare: sistemele de acest tip se montează de obicei în spațiul mediteraneean, în special în orașe, acolo unde, de obicei, stau la dispoziție resurse financiare suficiente pentru a investi într-un sistem solar și unde presiunea apei din conducte este atât de stabilă, încât să se poată monta un sistem de acest fel.

Sisteme cu recirculare forțată

Spre deosebire de sistemele termosifon, la instalațiile solare cu recirculare forțată se montează o pompă care are rolul de a recircula agentul termic din circuitul solar. Pentru acționarea pompei este necesară montarea unui sistem de comandă. O caracteristică importantă a instalațiilor cu recirculare forțată este prezența pompei și unităților de comandă sau reglare.

Avantaje: montarea unei pompe de recirculare cu sistem de comandă nu mai are limitările sistemului termosifon. Locurile de montare a colectorului și rezervorului, precum și distanța dintre cele două elemente nu mai sunt la fel de importante și nu mai trebuie adaptate la condițiile locale. Mai mult decât atât, prin dimensionarea corespunzătoare a tuturor elementelor, sistemul poate funcționa la un randament maxim.

Dezavantaje: dezavantajos este faptul că este necesar un efort suplimentar pentru acționarea pompei și a sistemului de comandă, precum și pentru instalarea și reglarea acestora.

Domenii de utilizare: deoarece avantajele joacă în practică un rol important, instalațiile solare cu sistem forțat de recirculare au devenit sisteme standard de mici dimensiuni. Instalațiile mari nu se pot realiza în niciun alt fel decât așa.

Avantajele și dezavantajele diferitelor configurații de instalații

La instalațiile solare pentru apa menajeră din regiunile cu climat central european se folosește, în ciuda efortului mare de funcționare, sistemul închis cu schimbător de căldură (în circuitul solar), deoarece este rezistent la îngheț și corespunde normelor locale ale tehnologiei de instalare.

Sistemele fără schimbător de căldură nu funcționează pe toată durata anului decât în țările sudice, adică acolo unde nu există îngheț și unde instalațiile nu trebuie golite. Datorită calităților lor (randament bun, cheltuieli reduse) sunt răspânditein aceste zone în special ca sistem termosifon.

    Sistemele deschise nu se instalează în această regiune mai deloc, fie pentru că sunt greu de integrat în sistemul de alimentare cu apă sub presiune (în cazul sistemelor fără schimbător de căldură), fie pentru că o parte din agentul termic se transformă în vapori la vasul deschis de expansiune (în cazul sistemelor cu schimbător de căldură), ceea ce presupune cheltuieli uriașe de întreținere. Pe lângă aceasta, sistemele deschise sunt predispuse la coroziune ca urmare a pătrunderii oxigenului prin vasul deschis de expansiune. În țările mediteraneene, respectiv in țările cu climă subtropicală, sistemele deschise, în special cele mici termosifon au o importanța mai mare, pentru că modul nepresurizat de construcție corespunde sistemului de alimentare cu apă a gospodăriilor (rezervorul de apă este montat pe acoperiș).

Sistem cu două circuite cu recirculare forțată și schimbător intern de căldură (pentru circuitul solar)

Avantaje: pentru conceptul simplu și foarte flexibil al acestei instalații există nenumărate experiențe și o varietate de elemente componente standard prefabricate, ceea ce înseamnă că instalațiile de acest tip sunt relativ ieftine și se livrează în funcție de dimen­siuni (pachete prefabricate)

Dezavantaje: în comparație cu sistemele termosifon, acest tip de instalații presupune un efort mai mare și este mai scump.

Domenii de utilizare: încălzirea casnică a apei potabile pentru până la 8 persoane (colectorul (< 10 m2).

Instalație solară cu două circuite cu recirculare forțată schimbător extern de căldură (pentru circuitul solar) ca instalație cu două rezervoare

Avantaje: căldura se transferă mai bine printr-un schimbător extern de căldură. Primul rezervor poate fi un rezervor presurizat simplu, fără anexe. Acest sistem poate fi prevăzut cu un schimbător extern de căldură în locul unuia intern.

Dezavantaje: schimbătorul extern de căldură presupune un efort suplimentar pentru cea de-a doua pompă și pentru racordul tuburilor. Ambele rezervoare necesită un spațiu relativ mare, iar pierderile termice sunt mai mari decât cele ale unui singur rezervor cu același volum de înmagazinare. Ambele rezervoare trebuie să fie rezervoare cu presiune pentru apa menajeră.

Domenii de utilizare: acest sistem se folosește la înstalațiile mai mari (>10 m2), dar și la racordarea cu un sistem deja existent unde există deja un al doilea rezervor pentru încalzirea ulterioară. În ceea ce privește ultimul caz, sistemul este soluția standard, iar cel de-al doilea rezervor este, de obicei, mult mai mic, ca la instalațiile convenționale de încălzire. În acest caz este rentabil să se monteze în partea superioară a celui de-al doilea rezervor un schimbător suplimentar de căldură și încă o pompă; aceasta din urmă are rolul de a pompa apa din rezervorul suplimentar către celălalt rezervor dacă nu există un blocaj.

  • sistem cu trei circuite cu recirculare forțată și schimbător intern de căldură (pentru circuitul solar)

Avantaje: prin separarea circuitului consumatorului de rezervor printr-un schimbător suplimentar de căldură se poate monta încă un rezervor tampon, fără presiune. În rezervor se poate găsi, de exemplu, apă de încălzire.

Dezavantaje: prin elementele componente suplimentare (schimbător extern de căldură, pompa plus sistem de reglaj, racordul tuburilor) sistemul necesită mai multă energie și este mai scump,

Domenii de utilizare: sistemul se folosește atunci când apa din rezervor este necesară pentru un alt circuit (de exemplu pentru circuitul de încălzire). De aceea, se montează acolo unde volumul rezervorului depășește 400 l și presupune măsuri speciale de protecție împotriva bacteriei legionella.

  • sistem cu 3 circuite cu recirculare forțată și schimbător extern de căldură

Avantaje: schimbătorul extern de căldură separă toate circuitele unul de celălalt. Ca rezervor solar se pot monta și rezervoare tampon simple, astfel încât rezervoarele mici de apă potabilă și cele pentru apa menajera să poată fi montate și la instalațiile mari.

Dezavantaje: acest sistem presupune un efort destul de mare din cauza elementelor suplimentare numeroase și a cheltuielilor necesare pentru racordarea tuburilor. Pierderile termice cresc proporțional cu numărul de rezervoare.

Domenii de utilizare: configurația descrisă reprezintă o modalitate de racord pentru instalațiile mari (colectori cu o suprafață > 50 m2). Legarea în serie a mai multor rezervoare (instalații cu 2, 3 sau mai multe rezervoare) este deseori necesară (din cauza spațiului disponibil etc.). Acest exemplu arată faptul că instalațiile mari nu sunt pur și simplu copii mărite ale unor instalații mai mici, ci necesită în bună parte o altă concepție și un efort corespunzător mai mare.

Alimentarea directă

La rețelele de apă potabilă mari, cum ar fi cele pentru locuințele mari, spitale ş.a., alimentarea cu energie solară se poate realiza și în mod direct, fără rezervor. Acest lucru este posibil pentru că atunci când instalația solară produce energie au aproape întotdeauna loc și eliberări de energie, ceea ce înseamnă că există necesar (consum) de energie. Pe lângă aceasta, la instalațiile de acest tip se montează totuși un rezervor care să poată fi folosit dacă este nevoie. Pentru aceasta s-au dezvoltat stații prefabricate, prin care rețelele deja existente se pot completa ulterior relativ uşor.

Lasă un răspuns

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