1.1. Razele solare, ca energie termic ă Umanitatea a fost mereu preocupat ă de posibilitatea valorific ării energiei soarelui, dar utilizarea concret… [612493]

1
1./ UTILIZAREA ENERGIEI SOLARE

1.1. Razele solare, ca energie termic ă

Umanitatea a fost mereu preocupat ă de posibilitatea valorific ării energiei soarelui, dar
utilizarea concret ă a acestei energii a fost împiedecat ă de latura economic ă. Creșterea prețului
petrolului, și proporțional cu acesta a pre țului tuturor surselor conven ționale de energie, face
ca atenția tuturor s ă crească din ce în ce mai mult fa ță de valorificarea acestei surse practic
inepuizabile de energie.
În plus, utilizarea energiei solare este total ecologic ă.
Posibilitățile de utilizare a energiei solare sunt destul de largi, dar sunt puternic
influențate de pozi ția geografic ă, de anotimp și de condi țiile meteo. Din acest motiv,
energia care poate fi ob ținută pe 1 m
2 variază foarte mult. În Români a, într-o zi însorit ă,
insolația medie poate ajunge la cca. 1000 W/m2.

1.2. Radia ția solară

Soarele emite o cantitate imens ă de energie, 407 cvatrilioane (4,07*1026) W, care
raportat la suprafa ța soarelui înseamn ă 209,346 GW/m2 energie radiant ă emisă. Din aceasta
doar o mic ă parte ajunge pe P ământ.
Radiația solară care ajunge pe P ământ, din punct de vedere energetic, este alc ătuită din
două componente:

a./ radiație directă
b./ radiație difuză

Valoarea insola ției totale este dat ă de suma celor dou ă componente. Componenta
principală, pe care ne putem baza este radia ția directă, într-o zi cu cerul senin. Valoarea
acesteia poate fi calculat ă funcție de pozi ția geometric ă a Soarelui. Radia ția difuză depinde de
condițiile atmosferice, de ex. de umiditatea aerului, de gradul de puritate etc.
În interiorul caselor, valoarea radia ției difuze este destul de ridicate, ajungând chiar la
50 %.
Aportul anual de energie adus de radia ția solară este arătat în fig. 1.

Fig. 1 Radia ții solare în Europa , între 1981-1990 (kWh/m2)

2

Insolația pe teritoriul României

Radiația solară acoperă toată gama de lungimi de und ă a energiei solare , dar în principiu
se poate divide în dou ă componente, cu lungime de und ă scurtă și lungă, care au un
comportament diferit. Radia ția cu lungime de und ă scurtă, funcție de unghiul de inciden ță cu
suprafața, se reflect ă, se absoarbe și trece prin suprafa ța respectiv ă.
Partea cu lungime de und ă mare trece în suprafa ță prin convec ție.

1.3. Posibilit ăți de utilizare a energiei solare

– Utilizare termic ă activă sau pasiv ă.
– Producere direct ă sau indirect ă de energie electric ă.
– Fotosintez ă, preparare de biomas ă.
În prima grup ă intră soluțiile de utilizare a energiei solare la temperaturi sub 100șC.
Statistic, 40 % din necesarul energetic în cele mai diverse sectoare de utilizare este alc ătuit
din sistemele cu temperaturi sub 100șC.
Datorită densității energetice sc ăzute, energia solar ă este predispus ă exact pentru aceste
aplicații.
Utilizarea func ție de sistemul aplicat:

– Utilizarea activ ă, sistem în care cu ajutorul unei instala ții (de ex. un colector solar
plan) se ob ține energie termic ă utilă.

– Utilizarea pasiv ă, când elementele componente ale cl ădirii (ferestre, pere ți, podele,
tavane, izola ții) sunt astfel alese, proiectate și realizate încât se ob ține o așa numită
casă inteligent ă termic, al c ărei necesar de energie este mult inferior unei case
tradiționale.

1.4. Utilizarea activ ă a energiei solare cu colectoare plane.

Cel mai simplu colector plan este alc ătuit dintr-un distribuitor și un colector, le gate între ele
printr-un grilaj de țevi paralele. Acestea pot fi utilizate doa r sezonier, în timpul verii.

3

Fig. 2

Colectorul solar plan este alc ătuit dintr-o plac ă de cupru prins ă într-o ram ă, pe care sunt
dispuse țevi sau sunt realizate circ uite, iar una din suprafe țele plăcii este puternic absorbant ă.
Partea din spate a pl ăcii este izolat ă termic, iar partea din fa ță este acoperit ă cu unul sau
două straturi de sticl ă (Fig. 3). Aceste colectoa re sunt utilizabile de-a lungul întregului an.

Fig. 3

Colectoarele GAUZER pe care le comercializ ăm sunt de dou ă tipuri, cu structura
constructiv ă internă simțitor diferit ă de la un tip la altul.
Colectorul mai simplu, tip DP-SP , cu volum de lichid mai mare, are placa absorbant ă
realizată din oțel, și poate fi utilizat ă cu destul succes la prepararea de ap ă caldă menajeră și la
încălzirea piscinelor. Realizarea unui sistem solar cu astfel de colectoa re este foarte simpl ă,
putând chiar s ă lipsească pompa de circula ție și elementele de automatizare.
Celălalt tip de colector, DT -ST, este un colector cu suprafa ța absorbant ă din cupru,
putând fi utilizat cu succes la or icare tip de sistem solar, înc ălzirea piscinelor, prepararea de
apă caldă menajeră și aport la sistemului de înc ălzire. (Fig. 4)
Fig. 4
Datele tehnice ale colectoarelor:

Colector solar DP-SP
2 m2 Colector solar DT-ST
2 m2
Dimensiuni (mm) 2002 x 964 x 72 2002 x 964 x 72
Greutate (kg) 51,2 45,4
Volum de ap ă (l) 4,6 1,2

4
Presiune de lucru (bar) 1,2 4,5
Randament maxim* (%) 80 80
Absorbție termică (%) 96 ± 2 95 ± 2
Rezistență la căldură (șC) 210 215
Placă absorbant ă O țel Cupru
Contact cu lichidul termic (%) 97 31
Sticlă Sticl ă solară prismatic ă, incasabil ă, tratată termic
Transparen ță termică (%) 92 92
* la o utilizare optimal ă

Cele mai eficiente colectoare sunt cele a șa numite cu tuburi vidate, la care conductele
absorbante de cupru sunt introduse în tuburi de sticl ă vidate. Tuburile de sticl ă sunt așezate
sub forma unui colector plan (F ig. 5). Colectoarele cu tuburi vi date au cea mai mare eficien ță
energetică pe parcursul întregului an.

Fig. 5

1.5. Dispunerea colectorului solar plan

Orientarea colectorului plan este corespunz ătoare, dac ă razele solare in cidente cad cât mai
aproape de perpendiculara la suprafa ța colectorului. Dispunerea colectorului plan se face func ție
de poziția geografic ă a locului montajului. În România, însorirea optim ă se obține la o înclinare a
colectorului de 42° față de vertical ă, respectiv la o depl asare de la direc ția Est cu 13° spre Vest
(Fig. 6). Bineîn țeles, dacă nu se poate ob ține aceast ă poziție, se va lua în calcu l o pierdere de 5-10
% față de cazul ideal.

5

Fig. 6

Însorirea r ămâne încă de 95%, dac ă înclinarea colectorului este între 52÷46°, respectiv
38÷21°, și dacă orientarea colectorului este de ± 21° față de ideal.
Însorirea este înc ă de 90%, dac ă înclinarea colectorului este între 59÷52°, respectiv
21÷11° și orientarea colectorului este de ± 42° față de ideal (Fig. 6).

1.6. Randamentul colectoarelor plane.

Randamentul colectoarelor plan e este determinat de trei factori de pierdere bine
determina ți (Fig. 7).

Fig. 7

6

a./ Pierderea optic ă a sticlei colectorului, ca re are caracter de constant ă și nu depinde de
temperatura colectorului și a mediului înconjur ător.

b./ Pierderea de c ăldură prin convec ție a colectorului înc ălzit de la razele solare
absorbite pe suprafa ța absorberului, valoarea acest eia fiind puternic influen țată de
diferența de temperatur ă dintre colector și mediul ambiant. Aceasta este o pierdere de
căldură liniară.

c./ Suprafa ța colectorului, precum și întreaga structur ă constructiv ă a acestuia este
întotdeauna mai cald ă decât mediul ambiant, fapt pe ntru care apare la colector o
pierdere de c ăldură prin radia ție, valoarea ei fiind de asemenea func ție de diferen ța de
temperatur ă dintre colector și mediu. Aceasta este o pierdere de c ăldură de gradul II.

Randamentul colectorului este dat de raportul dintre cantitatea de c ăldură utilă obținută
cu ajutorul colectorului și insolația totală a colectorului.
η =
gh
IQ

unde:
Qh : cantitatea util ă de căldură (W/m2 )
Ig : insolația globală (W/m2 )

Randamentul colectoarelor nu este o valoare constant ă, ci se modific ă continuu. Este
influențată cel mai puternic de insola ția globală, respectiv de temperatura colectorului și a
mediului.

Randamentul colectoarelor poate fi determinat dup ă cum urmeaz ă.

η = ηo – α1 * dT/I g – α2 * dT2/Ig
unde:
ηo : randamentul optic al sticlei
α1: coeficientul pierderilor de c ăldură de gradul I
α2: coeficientul pierderilor de c ăldură de gradul II
dT: diferen ța de temperatur ă (tkk-tlev)
tmc: temperatura medie a colectorului
taer: temperatura aerului

Randamentul unui cole ctor plan în func ție de diferite insola ții globale poate fi observat
în figura de mai jos.

7
Fig. 8

Randamentul diferitelor tipuri de cole ctoare se poate vedea în figura urm ătoare.

Fig. 9

În figură, randamentul este corelat cu coeficient ul „x” at de rapor tul dintre diferen ța de
temperatur ă ∆T (K) și intensitatea dat ă a izolației I g (~800W/m2), în ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡
2/mWK
.

8

2. PROBLEMELE CURENTE ALE INSTALA ȚIILOR SOLARE SUB 70°C

Mare parte a necesarului energetic al cl ădirilor poate fi asigurat cu instala ții cu apă
caldă sub 70°C.
Prin utilizarea sistemelor de înc ălzire de joas ă temperatur ă (în pardoseal ă sau în perete),
energia ob ținută prin sistemele solare este mai mare decât necesarul pentru prepararea de ap ă
caldă menajeră, astfel încât poate s ă ajute și sistemul de înc ălzire.
Necesarul energetic pentru înc ălzirea unei case poate fi re dus prin utilizarea noilor
tehnologii și materiale de izolare.

2.1. Probleme speciale legate de utilizarea energiei solare.

Utilizarea energiei solare, pe timpul verii, pentru înc ălzirea piscinei sau pentru
prepararea apei calde menajere nu necesit ă aparatur ă tehnică deosebit ă. Instalația solară
trebuie construit ă în așa fel, încât s ă poată fi golită de apă pe timpul iernii.

Dacă se dorește utilizarea energiei so lare tot timpul anului, di n cauza pericolului de
îngheț, respectiv datorit ă utiliză
rii lichidului special antigel, sunt necesare aplicarea unor
soluții tehnice deosebite.

2.2. Elementele componente ale instala ției solare

2.2.1. Montarea colectoarelor plane

Colectoarele plane pot fi montate pe acoperi șuri, pe tavane și pe construc ții realizate în
acest scop (de ex. umbrare, acoperi șuri la parc ări etc.). Pentru montarea colectoarelor este
necesar un cadru corespunz ător locului unde se dore ște montarea.

Fig. 10 Fig. 11
Cadru de montaj pentru cl ădiri cu
acoperișul în pant ă Cadru de montaj pentru cl ădiri cu
acoperișul plat sau pentru montare pe
suprafețe plane

9

2.2.2. Conectarea colectoarelor plane

Raportat condi țiilor din România, chiar și cea mai simpl ă utilizare necesit ă montarea a
cel puțin 2 colectori (4m2). Unul din punctele sensibile al e sistemului este dezaerarea.
Colectoarele GAUZER cuplate pereche pot fi dezaerate destul de u șor.

Fig. 12.

Fig. 13.

În cazul sistemelor realizate din mai multe colectoare plane, dac ă este necesar ă
conectarea a mai mult de 2 perechi (4 buc . colectoare solare ), realizarea leg ăturilor
conductelor colectoare și distributoare trebuie f ăcută conform conexiunii tip Tichelman (Fig.
12 și 13).
Legarea colectoarelor în pereche se realizeaz ă prin utilizarea cone xiunii din fig. 14.

Fig. 14

10

2.2.3. Boilerul sistemelor solare

Înmagazinarea energiei ob ținute de colectoarele solare plane este o problem ă destul de
important ă.
Tipurile DP-SP de colectoare ale firmei GAUZER oferă o nouă posibilitate în
domeniul stoc ării și utilizării. Colectorul solar și boilerul de acumulare pentru ap ă caldă sunt
astfel conectate, încât pe ntru utilizarea energiei solare nu trebuie introdus ă în circuit o pomp ă
de circula ție și nu este necesar ă automatizare. Boilerele cu dubl ă manta sunt realizate în dou ă
versiuni, de 120 și 160 litri. În circuitul exterior (dintre cele dou ă mantale) circul ă lichidul
solar încălzit în colectoare (Fig. 15 și 16). Acest mod de stocare este utilizabil în primul rând
la sistemele de preparare a apei ca lde menajere, dar poate fi conectat și la un boiler tradi țional
electric sau pe gaz. Prin utilizarea boilerului tradi țional crește și volumul de ap ă caldă stocat.

Fig. 15

Fig. 16

11
Fig. 17

Fig. 18

Pentru o utilizare mai eficient ă a energiei solare, la boileru l de 120 litri se pot lega dou ă
perechi de colectoare (8 m2) (Fig. 17), iar la boilerul de 160 litri se pot lega 3 perechi de
colectoare solare, cu suprafa ța totală de 12 m2 (Fig. 18)
Sistemele realizate cu colectoare solare tip DP-SP trebuie prev ăzute cu boilere de
stocare cu unul sau dou ă schimbătoare de c ăldură (serpentine), care s ă lucreze la o presiune de
cel puțin 6 bar (Fig. 19).

12

Fig. 19

La nevoie, boilerele de stocare pot s ă fie echipate și cu una sau dou ă rezistențe electrice
suplimentare de 2 kW.
În cazul în care energia solar ă este utilizat ă și ca aport la înc ălzire, rezervoarele de stocare
sunt cilindrice, f ără schimbător de căldură interior, cu volu m mai mare decât boilerele pentru ap ă
caldă menajeră (cca. 1000-3000 litri), numite rezervoare puffer pentru înc ălzire. Acestea
lucrează la 3 bar, la temperatura maxim ă de lucru de 95
șC și cu izola ție exterioar ă tare cu
grosimea de 5-7 cm.

2.2.4. Rezisten ța la presiune a sistemelor solare. Ventile de siguran ță

Sistemele solare care sunt utilizate de-a l ungul întregului an trebuie umplute totdeauna
cu lichid antigel. Acest lichid solar antigel trebuie s ă lucreze între limite destul de largi de
temperatur ă, iarna și la -20șC iar vara se poate înc ălzi la 100-110șC. Sistemul solar umplut cu
lichid antigel trebuie s ă facă față și variațiilor de volum datorate acestor diferen țe mari de
temperatur ă. Bineînțeles, baza de pornire este temperatur a din momentul în care se face
umplerea instala ției. Lichidul antigel recomandat es te propilenglicol 40% diluat cu ap ă, care
este lichid pân ă la -25 șC, dar și la temperaturi mai sc ăzute nu înghea ță total.
Importante sunt modific ările caracteristicilor fizice ale solu ției, care trebuie luate în
considerare la calculul schimbului de c ăldură și la alegerea pompelor. Asem ănător, trebuie
ținut cont de modificarea volumului relativ ocupat func ție de temperatur ă (Fig. 20).

Fig. 20

În cazul colectoarelor solare DP-SP , dacă boilerul cu dubl ă manta este instalat în aer
liber, vasul de expansiune din sistem, respectiv ventilul de siguran ță la supraînc ălzire (Fig. 15)
elimină creșterea presiunii datorate dilat ării lichidului antigel.

13
Dacă boilerul de stocare de ap ă caldă este instalat în podul casei, elementele de
siguranță ale sistemului trebuie realizate confor m celor prezentate în fig. 21. (Dimensiunea
rezervorului de preaplin este corespunz ător pentru sisteme cu un volum de lichid de 45 litri, la
care pot fi legate 3 perechi de colectoare cu o suprafa ță totală de 12 m2.)

Fig. 21

În cazul colectoarelor solare tip DT-ST, unitatea de men ținere a presiunii trebuie
realizată cu grijă (Fig. 22). Din unitatea de men ținere a presiunii fac part e vasul de expansiune
închis, ventilul de siguran ță, manometru (0-6 bar), r obinetul de umplere-golire și un rezervor
de preaplin atmosferic. Temperatura de lucru a si stemelor solare fiind de multe ori aproape de
100șC, elementele de siguran ță trebuie alese conform acestei valori. Conducta de legare a
unității de men ținere a presiunii trebuie s ă fie de cel pu țin 1 m. Vasul de expansiune va fi
racorat doar superior (Fig. 23), în ramura rece a sistemului. Membrana vasului de expansiune
trebuie să fie inert fa ță de lichidul antigel. În cazul sistem elor solare mici, volumul vasului de
expansiune este de regul ă egal cu volumul total al sistemului.

Fig. 22 Fig. 23

14

Dimensionarea vasului de expansiune necesar colectoarelor tip DT-ST :

Ve = (p adm +1)*(0,1*V cond+sch +V col / (p adm – p e)
unde: V
e = volumul vasului de expansiune
p adm = presiune maxim ă admisă în sistem
p e = presiunea ini țială a sistemului
V cond+sch = volumul țevilor și a schimb ătorului de c ăldură
V col = volum colector solar

pe = 0,1*h+1,5
unde: h
= înălțimea coloanei de lichid deas upra vasului de expansiune

De exemplu, dac ă:
h = 6 m, atunci p
e = 0,1*6 + 1,5 = 2,1 bar

În cazul colectoarelor DT-ST, dimensionarea vasului de expansiune se simplific ă
conform celor ce urmeaz ă:
p
adm = 4,5 bar – 0,5 bar = 4 bar
V
e = 5*(0, 1*V cond+sch +V col / (4 – p e)
Presiunea de ac ționare a ventilului de siguran ță este de 4 bar. Dimensiunea lui depinde
de volumul sistemului. Este recomandat ca lich idul antigel evacuat pr in ventilul de siguran ță
să fie colectat într-un vas deschis de 8-10 litri. În acest fel, lichidul antigel poate fi reintrodus
în sistem cu ajutorul unei pompe manuale și nu se pierde.

15
2.2.5. Pompele sistemelor solare

În sistemele solare de producere a apei cald e menajere sau de spri jin a sistemului de
încălzire se utilizeaz ă pompele de circula ție utilizate în re țelele termice (Produc ători Wilo,
Grundfos etc.).
Tipul exact trebuie ales în func ție de parametri și traseul conducte lor sistemului.
La colectoarele tip DP-SP se pot utiliza pompele de circula ție.
De exemplu, la sistemele mai mici se pot utiliza pompe Wilo-Star-Z, respectiv la
sistemele mai mari Wiilo-TOP-Z. Ambele tipuri pot fi completate cu releu de timp pentru pornire automat ă.
În cazul colectoarelor DT-ST se recomand ă utilizarea pompelor cu ax înecat Wilo, care
sunt prevăzute cu comutator pentru al egerea uneia din cele trei tura ții la care poate func ționa.
Tipurile recomandate func ție de sistem:

Wilo-Star-RS 25/4 Wilo-Star-RS 25/6
Wilo-TOP-S 25/7 suprafață colectoare 4 – 10 m
2
suprafață colectoare 10 – 30 m2
suprafață colectoare 30 – 80 m2

2.2.6. Schimb ătoarele de c ăldură ale sistemului solar

Se pot utiliza schimb ătoarele de c ăldură de tipul și forma celor cunoscute în tehnica
încălzirii, dar recomand ăm utilizarea celor cu volum mic de lichid.
La sistemele solare se pot utiliza schimb ătoare de c ăldură exterioare, respectiv
schimbătoare de c ăldură spirale introdus în boilerele de stoc are ale apei calde (Fig. 24). Dintre
schimbătoarele de c ăldură exterioare, cel mai indicat este schimb ătorul în pl ăci (de ex. APV,
SWEP, Alfa-Laval), aleger ea acestora fiind determinat ă de parametri termotehnici și de
condițiile existente la fa ța locului.

Fig. 24

Dacă sistemul solar este destinat înc ălzirii piscinei sau ca aport la sistemul tradi țional de
încălzire, este necesar ă utilizarea unui schimb ător de căldură exterior.
Sistemele solare destinate prepar ării de apă caldă menajeră pot fi echipate cu boilere cu
schimbătoare spirale interioare. La alte utiliz ări se recomand ă schimbătoarele exterioare.

16

La alegerea schimb ătoarelor de c ăldură trebuie s ă se țină cont de faptul c ă în cazul
utilizării lichidului antigel, pa rametri schimbului de c ăldură sunt inferiori decât în cazul apei.

2.2.7. Aparatura de comand ă a sistemelor solare

În sistemele solare trebuie montat e: un manometru cu domeniu de m ăsurare 0-6 bar la
vasul de expansiune, respectiv câte un termom etru cu scala 0-120°C pe conducta de tur și de
retur a colectoarelor.
Reglarea și comanda sistemului solar este realizat ă de regulatoarele GAUZER special
concepute în acest scop, de tip DTC 100/2 sau DTC 100/4 TD (Fig. 25).

Fig. 25

2.2.8. Dezaerarea sistemelor solare

Dezaerarea sistemelor solare ridic ă niște probleme constructive deosebite. Nu este
recomandabil ă montarea unui aerisitor automat la partea superioar ă a colectorului, deoarece în
cazul supraînc ălzirii va evacua aburul care poate s ă se formeze. La partea superioar ă a
colectorului se recomand ă montarea unui vas de dezaerare, conducta de evacuare a vasului
trebuind condus ă în incinta de unde se face și umplerea.
La sistemele solare se recomand ă instalarea pe conducta tur a pompei a unui dezaerator
automat de calitate (de ex. Spirotop) sau a unui dezaerator prin absorb ție.

2.2.9. Montarea sistemelor solare

Țevile de leg ătură ale sistemelor solare sunt realizate de regul ă din cupru, asamblate
prin lipire moale (cositorire), iar pe ntru reducerea pierderilor este necesar ă izolarea acestora.
Bridele din material plastic utilizate de regul ă la asamblarea țevilor de cupru nu pot fi utilizate
datorită condițiilor nefavorabile (temperaturi înalte, radia ții UV), în locul lor putându-se folosi
bride metalice. La realizarea circuitelo r se va avea în vedere dilatarea termic ă, conductele
lungi fiind prev ăzute cu compensatori de dilatare.
În cazul sistemelor cu num ăr mare de colectori (de ex. ma i multe rânduri paralele de
colectoare solare) se recomand ă legarea colectoarelor dup ă schema Tichelmann. (Fig. 13)
Țevile sistemelor solare trebui e întotdeauna izolate termic, cu un material termoizolant
rezistent la cel pu țin 150șC, pentru a preveni mers ul “în gol” al colectoarelor la temperaturi
ridicate și reducerea pierderilor.

17
Izolațiile termice externe trebuie protejate contra radia țiilor UV și a acțiunii factorilor
de mediu prin învelire cu materi ale rezistente sau prin vopsire.

2.2.10. Lichidul de transfer term ic al sistemelor solare

Colectoarele solare care se doresc a fi folo site tot timpul anului trebuie umplute cu o
soluție antigel rezistent ă la cel pu țin -25șC, neotrăvitoare, de regul ă o soluție de 40%
propilenglicol diluat cu ap ă.

Este important de știut că lichidele antigel pe baz ă de etilenglicol sunt otr ăvitoare,
fapt pentru care utilizarea lor la sistemele solare este interzis ă.

La alegerea antigelului se vor avea în vedere urm ătoarele modific ări ale parametrilor:

– Crește vâscozitatea solu ției.
– Scade coeficientul de conductivitate termic ă al soluției.
– Crește coeficientul cubic de dilata ție termică.
Ca urmare a acestora, la aceea și temperatur ă ca a apei curate, în cazul antigelului se va
avea în vedere c ă:

– Crește rezisten ța conductelor.
– Scade în ălțimea de pompare a pompei.
– Crește dimensiunea necesar ă a vasului de expansiune.

În cazul amestecului nostru antigel cu propor țiile 40% – 60%, rezisten ța conductelor
crește cu 20%, în ălțimea de pompare scade cu 10%. Modifi carea volumului relativ se observ ă
în fig. 20.
Concentra ția soluției antigel se va verifica anual.

18

3. PROPUNERI DE REALIZAR E A SISTEMELOR SOLARE

În cele ce urmeaz ă am dori s ă vă prezentăm câteva modalit ăți de utilizare a energiei
solare. Bineîn țeles, aceste sisteme pot fi dezvoltate și completate cu elemente suplimentare.

Dacă dorim utilizarea energiei solare ca aport și sprijin la sistemul de înc ălzire, cazanul
tradițional poate fi pe gaz, pe combustibil lichid sau pe lemn. V ă vom prezenta în principal
versiuni cu cazane pe combustibil gaz de tip B și C. În cazul aparatelor consumatoare de gaz
de tip B, recomand ăm modificarea sistemului dup ă posibilități. În cazul în care se realizeaz ă
un sistem nou, recomand ăm utilizarea aparatelor consumatoare de gaz de tip C.
La aceste sisteme v ă prezentăm posibilit ățile de automatizare cu regulatoarele Gauzer
tip DTC 100/4 . Nu vom face referire la posibilit ățile de reglare ale sistemului de înc ălzire.
Unificarea regulatoarelor, includerea în sistem cad e în sarcina proiectantului de specialitate în
automatiz ări.
În sistemele prezentate au fost incluse minimum de elemente și componente necesare
funcționării.

Am dori s ă prezentăm câteva puncte de vedere legate de posibilit ățile de completare
ulterioară a sistemelor.

a./ Energia solar ă poate fi utilizat ă în mod optim dac ă timpul dintre captarea energiei
razelor solare și utilizarea efectiv ă a energiei astfel ob ținute este minim. Din acest motiv,
energia solar ă se preteaz ă la prepararea apei calde menajere pe timpul verii, respectiv la
încălzirea apei din piscine.

b./ Mediul de transfer înc ălzit cu energie solar ă va fi utilizat în mod optim dac ă
temperatura mediului este cât mai apropiat ă de temperatura de util izare. Din acest motiv, se
pretează sistemelor solare variantele de înc ălzire la temperatur ă redusă, adică cele prin
pardoseal ă sau în perete.
În continuare, pentru un ra ndament cât mai bun al utiliz ării energiei solare, putem s ă
adoptăm varianta vehicul ării lichidului antigel înc ălzit în panourile solare prin re țeaua de
încălzire prin pardoseal ă sau perete.

19

3.1. Sistemele recomandate cu panouri solare tip DP-SP

3.1.1. Prepararea apei calde menajere, sisteme cu consum redus

Prepararea apei calde menajere într-o
casă familială se realizeaz ă cu un boiler
electric sau pe gaz. Func ție de num ărul
de persoane, boilerul este de 120-200 litri. La acest sistem se adapteaz ă cel mai
bine o suprafa ță de colectoare de 4-6 m
2
și cu un boiler solar de 120 l.
Sistemul de producere ap ă caldă
menajeră, cu func ționare de-a lungul
întregului an, se poa te realiza conform
fig. 26.
Apa încălzită cu ajutorul panourilor
solare intr ă în boilerul electric sau pe
gaz, unde va fi eventual înc ălzită
suplimentar la temperatura dorit ă.
Sistemul nu necesit ă pompă de
circulație sau automatizare.

Fig. 26
În cazul utiliz ării tot anul, se
recomand ă instalarea în boilerul solar a
unei rezisten țe electrice suplimentare, pent ru a evita pericolul de înghe ț.

În cazul utiliz ării sezoniere
recomand ăm realizarea sistemului
conform fig. 27, unde unitatea solar ă
poate fi izolat ă de sistemul tradi țional de
apă caldă și poate fi golit ă. În acest caz
se recomand ă ca fiecare boiler s ă fie
prevăzut cu ventil de sens.

Fig. 27
3.1.2. Prepararea apei calde menajere, sisteme cu consum mare

20
Fig. 28

Din punct de vedere al c onexiunilor, se consider ă o rețea mare de ap ă caldă acel sistem
care are inclus și pompă de circula ție cu automatizare.
Utilizarea pompei de circula ție asigură transportul comandat și continuu al apei calde din
boilerul solar (înc ălzite cu ajutorul colectoarelor solare ) spre boilerul electric sau pe gaz
tradițional. Un asemenea sistem este prezentat în fig. 28.
În sistem este necesar un ventil cu 2 c ăi cu servomotor, regul atorul tip DTC 100/2 și doi
senzori de temperatur ă.
În momentul în care sonda de temperatur ă montată pe ramura cald ă a boilerului solar
măsoară o temperatur ă cu 1-2 °C mai mare decât cea din ramura rece a re țelei de ACM,
regulatorul va deschide vana cu 2 c ăi spre boilerul solar și pompa de circula ție transport ă apa
caldă din boilerul solar în boilerul tradi țional. Dac ă nu se atinge diferen ța de temperatur ă
reglată, regulatorul DTC 100/2 comand ă vana cu 2 c ăi în poziția în care apa rece s ă intre în
boilerul tradi țional.

21

3.1.3. Sistem pentru prepararea ACM și încălzirea apei din piscin ă

Sistemul solar utilizabil pentru înc ălzirea apei din piscin ă și preparare de ACM este
prezentat în fig. 29. Regulat orul tip DTC 100/4 asigur ă automatizarea ambelor utiliz ări.
Regulatorul asigur ă reglajul func ție de dou ă diferențiale de temperatur ă independente
una de cealalt ă.

Fig. 29

22

3.1.4. Preparare ACM și aport la înc ălzire

La hotelurile și pensiunile cu ocupare mare pe perioada verii se recomand ă utilizarea
colectoarelor solare cu utilizare tot anul, cu sprijinul înc ălzirii pe perioada iernii. Energia
solară este cu adev ărat eficient ă în sistemele de înc ălzire dacă acestea sunt la temperatur ă
redusă, prin pardoseal ă sau prin perete. În fi g. 30, agentul termic din returul sistemului de
încălzire la temperatur ă redusă poate fi preînc ălzit eficient cu energie solar ă prin intermediul
unui schimb ător de căldură în plăci, înainte de intrarea în caza nul de termofi care. Vana cu
două căi montată pe returul re țelei de înc ălzire la temperatur ă redusă este comandat ă de
regulatorul DTC 100/4 în func ție de diferen ța dintre temperatura pe returul înc ălzirii și cea din
boilerul solar.

Fig. 30

23

3.1.5. Preparare de ap ă caldă menajer ă la pensiuni și hoteluri

În cazul pensiunilor mai mari, volumul necesar pentru boilerul de stocare, precum și
suprafața colectoarelor este determinat ă cu ajutorul diagramei di n fig. 31. De exemplu, la o
pensiune cu 12 persoane, la un consum de 40 l/zi/persoan ă, volumul necesar al boilerului de
stocare este de 450 litri. La un interval de utilizare aprilie-septembrie, suprafa ța necesar ă a
colectoarelor solare este de 18 m2, care se recomand ă să se obțină cu 5 perechi (10 buc.) de
colectoare. Se recomand ă utilizarea colectoarelor tip DP-SP împărțite în dou ă grupuri: un
boiler de 120 l co nectat la colectoare în suprafa ță de 8 m2 și un boiler de 160 l cu colectoare
de 12 m2 (Fig. 32). Volumul de stocare pe partea solar ă este de 280 l, la care se recomand ă
conectarea unui boiler tradi țional electric sau pe gaz de 200 l, astfel fiind asigurat volumul
total necesar.

Fig. 31

Fig. 32

24

3.2. Sisteme recomandate cu colectoare tip DT-ST

3.2.1. Preparare de ap ă caldă menajer ă, respectiv preînc ălzire

Pentru necesarul la o cas ă familială, cu utilizarea colectoarelor solare tip DT-ST, este nevoie
de o suprafa ță de 4-6 m2. Prepararea apei calde menajere sau preînc ălzirea ei se poate realiza
într-un boiler prev ăzut cu un schimb ător
de căldură spiral la interior, legat înainte
de boilerul tradi țional electric sau pe gaz
(Fig. 33). Acest sistem este utilizabil tot timpul anului.
Apa rece intr ă prima oar ă în boilerul
cu serpentina înc ălzită solar, se
încălzește și de aici trece în boilerul
tradițional. Sistemul are nevoie de un
regulator DTC100/2, care porne ște
pompa sistemului solar dac ă
temperatura mediului în punctul superior al colectorului este cu 5-7
șC
mai mare decât temperatura din boilerul d e A C M . L a c l ădirile noi este suficient
și un singur boiler echipat cu serpentin ă
și cu rezisten ță electrică suplimentar ă.

F i g .
33

Pentru clădirile mai mari, pentru prepararea ACM sau preînc ălzirea apei, v ă prezentăm în
fig. 34 o alt ă soluție, în care apa cald ă menajeră este obținută într-un boiler cu dubl ă serpentin ă.
La aceast ă variantă, este
luată în considerare și cea
de-a doua func ție
diferențială de tempera-
tură a regulatorului
DTC100/4-TD. Dac ă
colectoarele solare nu pot să încălzească întregul
volum de ap ă din boiler,
serpentina superioar ă
încălzită de cazanul pe gaz
continuă încălzirea apei
din boiler pân ă la valoarea
dorită.

Fig. 34

25
3.2.2. Preparare de ap ă caldă menajer ă și încălzire piscin ă

Cu sistemul prezentat în fig. 35, pe lâng ă preparare de ACM se poate realiza și
încălzirea apei din piscin ă, cu ajutorul unui sistem existent cu cazan pe gaz. Pentru
automatizarea sistemului sunt necesare 2 buc . regulatoare DTC100/4. Unul dintre ele va
comanda prepararea de ACM de c ătre colectoarele solare și cazanul pe gaz.
Cel de-al doilea regulator supravegheaz ă temperatura apei care trece prin schimb ătorul
de căldură aferent piscinei. În cazul în car e aceasta este cu 3-4 °C mai mic ă decât temperatura
mediului din colectorul solar, regulatorul comand ă vana motorizat ă din circuitul solar astfel
încât lichidul antigel care vine de la colectoare s ă încălzească schimbătorul de c ăldură pentru
piscină. Când temperatura apei din piscin ă a atins valoarea dorit ă, vana revine pe pozi ția
inițială, de încălzire a boilerului de ap ă caldă menajeră. Dintre cele dou ă regulatoare care
funcționează în paralel, prioritate are cel pentru înc ălzirea piscinei, deoa rece este de a șteptat
ca diferen ța dintre temperatura efectiv ă a apei din piscin ă și cea dorit ă să fie mai mic ă,
respectiv temperatura dorit ă pentru apa din piscin ă să fie mai mic ă decât temperatura dorit ă
pentru apa cald ă menajeră.

Fig. 35

26

3.2.3. Preparare de ap ă caldă menajer ă și aport la înc ălzire

Sistemul prezentat în fig. 36 poa te fi utilizat la sisteme noi sau deja existente de
încălzire la temperatur ă redusă, în perete sau prin pardoseal ă. Temperatura pe returul
sistemului la temperatur ă redusă este de 34-38°C, dar poate s ă scadă și sub.
În exemplul ar ătat sunt incluse 2 buc. regulatoa re DTC100/4. În cazul unei diferen țe de
3-5°C între colector și boilerul de ap ă caldă regulatorul comand ă încălzirea boilerului de
stocare. Înc ălzirea apei va dura atâta timp pân ă ce se atinge temperatura dorit ă în boiler. Dup ă
aceasta, regulatorul poate comuta pe sprijinul înc ălzirii, dac ă temperatura agentului termic din
returul sistemului de înc ălzire este cu 6-8°C mai mic ă decât temperatura antigelului din
colectorul solar. În aceste momente, regulatorul comut ă vana motorizat ă montată în circuitul
solar astfel ca antigelul di nspre colectorul solar s ă încălzească schimbătorul de c ăldură de pe
partea de înc ălzire. Dintre cele dou ă regulatoare care lucreaz ă în paralel, prioritate are cel care
comandă
schimbătorul de c ăldură al boilerului de ap ă caldă.

Fig. 36

27

Sistemul solar exemplificat în fig. 37 se recomand ă a fi realizat în cazul în care este
necesar un boiler de stocare cu un volum puffer mai mare (3-5 m3). Prin utilizarea volumelor
puffer se asigur ă o funcționare lini ștită și posibilit ăți de reglaj f ără salturi.
Și în acest caz sunt necesare dou ă regulatoare DTC100/4. U nul dintre ele regleaz ă
prepararea de ap ă caldă menajeră, iar celălalt comand ă sprijinul înc ălzirii la temperatur ă
redusă funcție de temperatura apei în rezervorul puffer.

Fig. 37

28
3.2.4. Sistemul solar cu mai multe func ții

Sistemul din fig. 38 este prezentat f ără modalitățile de reglaj.
Sistemul de înc ălzire este divizat în dou ă părți de schimb ătorul de c ăldură bidirecțional.
În partea stâng ă a schimb ătorului de c ăldură este sistemul solar, respectiv apar țin acestei
părți elementele înc ălzirii la temperatur ă redusă, ca de ex. înc ălzirea piscinei, înc ălzirea la
perete sau prin pardoseal ă, precum și partea de temperatur ă redusă a preparării de ACM.
În partea dreapt ă a schimb ătorului de c ăldură sunt elementele de producere a
temperaturii ridicate, consumatorii de temperatur ă ridicată, respectiv boilerul de stocare, care
poate fi înc ălzit chiar și de un cazan pe lemne cu gazeificare.
În principiu, sistemul func ționează astfel: dac ă Soarele arde cu putere, și dacă nu este
preluată întreaga cantitate de c ă
ldură de către elementele din partea stâng ă, schimbătorul de
căldură încălzește apa circulat ă în partea dreapt ă și umple boilerul de stoc are puffer. În acest
caz, pompa de circula ție montat ă pe conducta inferioar ă din partea dreapt ă a schimb ătorului
de căldură funcționează, iar ventilul din circuitul de ocol ire al acestei pompe este închis.
Pe timp noros, când în partea stâng ă a schimb ătorului de c ăldură nu este destul ă energie
termică, circulația în partea dreapt ă a schimb ătorului de c ăldură este preluat ă de pompa de pe
ramura superioar ă, astfel încât înc ălzirea la temperatur ă redusă se face prin schimb ătorul de
căldură. În acest caz, ventilul de pe ramura superioar ă a schimb ătorului de c ăldură este închis,
pompa de pe ramura inferioar ă se oprește și deschide ventilul circ uitului de ocolire.
Cazanul pe gaz cu camer ă etanșă utilizat este alimentat pe retur din boilerul de stocare
puffer cu ap ă preîncălzită prin bypasul hidraulic. Când cazanul pe gaz nu func ționează, apa
din boilerul de stocare puffer poate fi înc ălzită cu cazanul cu gazeificare pe lemn.

Fig. 38