Studiul Privind Cresterea Captarii Energiei Solare In Panouri Termosolare de Tip Termopan

Studiul privind creșterea captării energiei solare ȋn panouri termosolare de tip termopan

Cuprins

REZUMAT

ABSTRACT

PARTEA I. DATE DE LITERATURĂ

INTRODUCERE

OBIECTIVE GENERALE ALE LUCRĂRII

OBIECTIVE SPECIFICE ALE LUCRĂRII

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND ENERGIA SOLARĂ

1.1. Aspecte de bază referitoare la energia solară

1.2. Energia regenerabilă solară

1.3. Folosirea extensivă a energiei solare

2. REALIZĂRI PE PLAN MONDIAL PRIVIND UTILIZAREA ENERGIEI SOLARE

2.1. Eficiența energetică în România și țările UE în privința consumurilor energetice în clădiri

2.2. Situația clădirilor și locuințelor în România

2.2.1. Clădirile și regimul lor termic

2.2.2. Relația “însorire – clădire

2.3. Situația și perspectivele utilizării energiei solare la nivel mondial

2.4. Situația potențialului de surse de energie solară în România. Evoluții și tendințe

3. CONVERSIA TERMICĂ A ENERGIEI SOLARE

3.1. Tipologia captatoarelor solare fără concentrarea radiațiilor

3.1.1. Panou plan de energie solară

3.1.2. Panou plan de energie solară cu registru de țevi

3.1.3. Panou plan de energie solară cu serpentine de țeavă

3.1.4. Panou plan de energie solară cu tole de oțel/aluminiu profilat

3.1.5. Panou plan de energie solară cu termoizolație securizată

3.2. Descrierea panoului termosolar de tip termopan studiat

3.3. Avantajele și dezavantajele utilizării energiei solare

3.4. Domenii de utilizare a panourilor solare

3.5. Sinteza cadrului legislativ a cercetărilor în domeniul folosirii energiei termosolare

PARTEA a II-a. CERCETARE EXPERIMENTALĂ

4. Baza conceptuală de modelare a sistemului solar termic folosind panoul termosolar de tip termopan

4.1. Monitorizarea și prelucrarea datelor experimentale

PARTEA a III-a

5. Concluzii generale

6. Listă de abrevieri-unități de măsură

7. BIBLIOGRAFIE

8. ANEXE

A.1. Imagini panou prototip de tip termopan și panou martor

A.2. Elemente operaționale pentru ȋmbunătățirea eficienței energetice

A.3. Categorii de clădiri civile ȋn care omul este utilizatorul principal

A.4. Captatoare solare cu/făra concentrarea radiației solare

A.5. Tabel date experimentale din data 23.04.2014

A.6. Tabel date experimentale din data 29.05.2014

A.7. Prezentare – măsurarea iluminării ȋn fața/spatele panoului prototip

A.8. Prezentare – măsurarea temperaturii agentului termic (aer)

A.9. Ȋnregistrarea temperaturii la suprafața celor două panouri

A.10. Ȋnregistrarea vitezei agentului termic (aer)

REZUMAT

Energia obținută din resurse naturale, care se poate reîntregi în mod natural este așa numita energie din surse regenerabile.

Fără a realiza o listă exhaustivă, acestea se referă la: soare, ploaie, vânt, surse geotermale și maree.

Printre avantajele pe care aceste energii din surse regenerabile le reprezintă

(E-SRE), se numără: poluare mai redusă, o răspândire geografică mare comparativ cu surse tradiționale de energie și utilizarea de către milioane de gospodării, schimbările climatice, criza financiară globală și creșterea prețului petrolului.

Prin urmare, în scopul susținerii acestei industrii, numeroase guverne au adoptat noi reglementări și politici.

Această lucrare este dedicată studiului energiei solare, provenită din radiația solară, din care se obține energie termică prin metode de conversie termosolară.

Mai precis mă voi concentra pe utilizarea unui panou solar termic (celulă termosolară de tip termopan), care face parte din categoria captatoarelor fără concentrarea radiațiilor solare.

Ȋn această lucrare am monitorizat pe parcursul a două zile (23.04.2014, respectiv 29.05.2014), diferiți parametrii, printre care se regăsesc: iluminarea ȋn fața panoului studiat cât și ȋn spatele acestui panou, viteza agentului termic (aer) care circulă ȋn panoul prototip și panoul martor (panou termo-solar standard), temperatura agentului termic (aer) din panoul prototip și panoul martor, temperatura mediului ambiant, precum și ȋnregistrarea ȋn cea de-a doua zi de măsurători a temperaturii la suprafața celor două panouri.

Pentru determinarea acestor parametri, au fost folosite aparate instrumentale ca: luxmetru digital, anemometru digital, termometre electronice precum și un termometru digital ȋn infraroșu cu marker laser.

Ȋn urma monitorizării parametrilor menționați, s-au ȋntocmit tabele cu valorile acestora, s-au reprezentat grafic variațiile parametrilor ȋn cele două zile de măsurători, de asemenea am prezentat posibilitatea implementării unor astfel de panouri ȋn clădiri, iar ȋn final s-au tras concluzii.

Acest studiu evidențiază importanța unor acțiuni de dezvoltare a cercetărilor, ȋn scopul găsirii unor soluții ce prezintă cost mic, pentru a reduce consumul de energie convențională care este generată din surse epuizabile.

ABSTRACT

Energy derived from natural resources, which are naturally replenished is the so called renewable energy.

Without limitation, these natural resources refer to: sunlight, rain, wind, geothermal heat and tides.

Among the advantages brought by these renewable energies E-RES include: lower polluting effects, wide geographical spread compared to traditional energy and use by millions of households, climate change concerns, increasing oil prices and the global financial crisis.

Therefore, in order to support this industry, many governments adopted new regulations and policies.

This study addresses solar energy, coming from solar radiation, out of which is obtained thermal energy by thermo-solar conversion methods.

More specifically I will focus on the use of thermal solar panel (cell thermo-solar double glazing type), which is part of the collector without concentrating solar radiation.

In this study I have monitored over two days (23.04.2014 and also 29.05.2014), various parameters, among which are: illumination in front and behind the studied panel, thermal agent (air) speed that circulates through the prototype panel and witness panel (standard solar thermal panel), temperature of the thermal agent (air) from the prototype panel and witness panel, as well as recording in the second day of measurements of the surface temperature of the two panels.

To determine these parameters, were used as instrumental devices: digital luxmeter, digital anemometer, electronic thermometers and a digital thermometer in the infrared with laser marker.

After monitoring parameters listed, were drafted tables of their values, ​​were represented graphically parameters in the two days of measurements, I also presented the possibility of implementing such panels in buildings, and finally have been drawn conclusions.

This study highlights the importance of developing action research, in order to find solutions that present low cost, to reduce the consumption of conventional energy which is generated from exhaustible sources.

PARTEA I. DATE DE LITERATURĂ

INTRODUCERE

Actualitatea temei

Ȋn momentul de față, când se conștientizează că energiile convenționale care se bazează pe arderea combustibililor fosili sunt tot mai poluante și limitate ȋn timp, trebuie să se pună un accent din ce ȋn ce mai mare pe exploatarea surselor regenerabile nepoluante. Astfel atât la nivel european cât și mondial, se acordă ȋn ziua de azi o deosebită atenție utilizării surselor regenerabile, ȋncurajându-se, prin diverse proiecte, trecerea treptată de la utilizarea combustibililor fosili la utilizarea unor tehnologii noi ce folosesc surse regenerabile nepoluante. Ȋn ceea ce privește exploatarea energiei solare, ca energie regenerabilă nepoluantă, se poate spune că există un interes deosebit la nivel mondial, acest lucru fiind evidențiat de sprijinul financiar acordat dezvoltării acestei ramuri.

Utilizarea energiei solare se realizează ȋn primul rând, prin intermediul instalațiilor solare de tipul: termice și fotovoltaice, ȋn general ȋn scopul producerii de energie termică și energie electrică (ȋn cazul panourilor fotovoltaice). Aceste sisteme sunt extrem de complexe și sunt ȋntr-o continuă dezvoltare atât ȋn ceea ce privește eficiența lor energetică, cât și extinderea implementării lor la nivelul clădirilor.

Studiu bazat, pe faptul că domeniul energiei din surse regenerabile este un domeniu nou, tentant, necesar și totodată insuficient cercetat.

Lucrarea, „Studiul privind creșterea captării energiei solare ȋn panouri termosolare de tip termopan”, propune o cercetare orientată asupra posibilităților de exploatare a surselor regenerabile de energie solară, ȋn scopul reducerii sau chiar eliminării consumului de energie convențională ȋn clădiri. Este abordată, din punct de vedere teoretic și experimental, valorificarea energiei solare, cu ajutorul unui panou termosolar ce are ca element principal celula termosolară de tip termopan, care face parte din categoria captatoarelor fără concentrarea radiațiilor solare.

Cercetările experimentale s-au efectuat, ȋn Facultatea de Științe, panourile prototip și martor fiind montate pe acoperișul facultății, iar suprafața care a fost folosită drept „perete cortină” este de 75 m2, având o lungime (orizontală) de 15 m și o lățime (verticală) de 5 m.

Ȋn cadrul Laboratorului de Energii Neconvenționale au fost prelucrate datele experimentale ȋnregistrate ȋn urma celor două zile de monitorizare. Acest laborator de Energii Neconvențioanale din cadrul Facultății de Științe este independent energetic, iar pe viitor se urmărește realizarea unei independențe energetice la nivelul ȋntregii Facultăți.

Plecând de la acestă idee de independență energetică, am realizat prototipul studiat, sub ȋndrumarea Domnului Lect. Univ. Dr. Ing. Marinescu Nicolaie Cicerone, pe baza căruia am determinat diverși parametrii, s-au ȋntocmit tabele cu valorile parametrilor monitorizați, s-au realizat grafice și s-au tras concluzii ȋn urma reprezentării acestora, de asemenea am prezentat posibilitatea implementării unor astfel de panouri ȋn clădiri.

Obiectivele lucrării

Lucrarea de față se ȋnscrie ȋntr-o acțiune de dezvoltare a cercetărilor, ȋn scopul implementării panourilor termosolare de tip termopan ȋn clădiri.

OBIECTIVE GENERALE ALE LUCRĂRII

OG1: Studiu asupra utilizării energiei regenerabile ȋn România, mai cu seamă a energiei solare. Studiu bazat pe faptul că, domeniul energiei din surse regenerabile este un domeniu nou, tentant, necesar și totodată insuficient cercetat.

OBIECTIVE SPECIFICE ALE LUCRĂRII

OS1: Determinarea parametrilor caracteristici ai unui panou termosolar de tip termopan;

OS2: Monitorizarea sistemului (panou termosolar de tip termopan) de producere a energiei termice nepoluante;

OS3: Prelucrarea datelor experimentale obținute ȋn urma monitorizării.

Structura lucrării

Pentru ȋndeplinirea obiectivelor propuse, lucrarea de licență a fost structurată ȋn trei

părți, al căror conținut este prezentat pe scurt ȋn cele ce urmează:

Partea I a lucrării de față, cuprinde primele trei capitole, după cum urmează:

Ȋn capitolul I, Aspecte generale privind energia solară, este prezentat conceptul de energie solară, care face referire la energia ce este produsă direct prin transferul energiei luminoase emisă de Soare. De asemenea am prezentat influența unor parametrii asupra radiației solare și utilizarea energiei solare ȋn diferite ȋntrebuințări casnice.

Ȋn capitolul al II-lea, Realizări privind utilizarea energiei solare, cuprinde prezentarea realizărilor ȋn sectorul energiei solare la nivel mondial și european, de asemenea potențialul din resurse regenerabile, situația clădirilor și locuințelor ȋn România cu referire la regimul lor termic, evoluții și tendințe ȋn ceea ce privește potențialul de surse de energie solară ȋn România.

Ȋn capitolul al III-lea, Conversia termică a energiei solare, se prezintă tipologia captatoarelor solare fără concentrarea radiațiilor solare din care face parte și panoul studiat, de asemenea sunt prezentate câteva domenii de utilizare a panourilor solare, precum și o sinteză a cadrului legislativ a cercetărilor ȋn domeniul folosirii energiei termosolare.

Partea ia am determinat diverși parametrii, s-au ȋntocmit tabele cu valorile parametrilor monitorizați, s-au realizat grafice și s-au tras concluzii ȋn urma reprezentării acestora, de asemenea am prezentat posibilitatea implementării unor astfel de panouri ȋn clădiri.

Obiectivele lucrării

Lucrarea de față se ȋnscrie ȋntr-o acțiune de dezvoltare a cercetărilor, ȋn scopul implementării panourilor termosolare de tip termopan ȋn clădiri.

OBIECTIVE GENERALE ALE LUCRĂRII

OG1: Studiu asupra utilizării energiei regenerabile ȋn România, mai cu seamă a energiei solare. Studiu bazat pe faptul că, domeniul energiei din surse regenerabile este un domeniu nou, tentant, necesar și totodată insuficient cercetat.

OBIECTIVE SPECIFICE ALE LUCRĂRII

OS1: Determinarea parametrilor caracteristici ai unui panou termosolar de tip termopan;

OS2: Monitorizarea sistemului (panou termosolar de tip termopan) de producere a energiei termice nepoluante;

OS3: Prelucrarea datelor experimentale obținute ȋn urma monitorizării.

Structura lucrării

Pentru ȋndeplinirea obiectivelor propuse, lucrarea de licență a fost structurată ȋn trei

părți, al căror conținut este prezentat pe scurt ȋn cele ce urmează:

Partea I a lucrării de față, cuprinde primele trei capitole, după cum urmează:

Ȋn capitolul I, Aspecte generale privind energia solară, este prezentat conceptul de energie solară, care face referire la energia ce este produsă direct prin transferul energiei luminoase emisă de Soare. De asemenea am prezentat influența unor parametrii asupra radiației solare și utilizarea energiei solare ȋn diferite ȋntrebuințări casnice.

Ȋn capitolul al II-lea, Realizări privind utilizarea energiei solare, cuprinde prezentarea realizărilor ȋn sectorul energiei solare la nivel mondial și european, de asemenea potențialul din resurse regenerabile, situația clădirilor și locuințelor ȋn România cu referire la regimul lor termic, evoluții și tendințe ȋn ceea ce privește potențialul de surse de energie solară ȋn România.

Ȋn capitolul al III-lea, Conversia termică a energiei solare, se prezintă tipologia captatoarelor solare fără concentrarea radiațiilor solare din care face parte și panoul studiat, de asemenea sunt prezentate câteva domenii de utilizare a panourilor solare, precum și o sinteză a cadrului legislativ a cercetărilor ȋn domeniul folosirii energiei termosolare.

Partea a II-a a lucrării, cuprinde cel de-al patrulea capitol.

Capitolul al IV-lea, Cercetarea experimentală și rezultate obținute, reprezintă capitolul de bază al lucrării, ȋn care este prezentată baza conceptuală de modelare a sistemului solar termic folosind panoul termosolar de tip termopan, descrierea celulei termosolare de tip termopan și modul de realizare al invenției, precum și prelevarea și prelucrarea datelor experimentale ca urmare a studiului panoului prototip de tip termopan și a panoului martor (Vezi Anexa 1).

Lucrarea se ȋncheie cu partea a III-a, Concluzii, ȋn care se prezintă sintetic concluziile generale, rezultate ȋn urma cercetării experimentale asupra panoului studiat.

Consider rezultatele obținute ȋn prezenta lucrare de licență, ca un punct de plecare ȋn dezvoltarea cercetărilor ulterioare ȋn vederea valorificării pe scară largă a energiei solare prin sistemul panou termosolar de tip termopan.

1. ASPECTE GENERALE PRIVIND ENERGIA SOLARĂ

Conceptul de "energie solară" face referire la energia care este produsă direct prin transferul energiei luminoase emisă de Soare. Energia solară poate fi astfel utilizată ca să încălzească aerul din interiorul unor clădiri sau să genereze energie electrică. Este cunoscut faptul că, energia solară este regenerabilă și ușor de produs, însă problema principală rămâne că soarele nu oferă energie constantă în nici un loc de pe Pământ.

Componentă a Căii Lactee este sistemul solar, iar corpurile cosmice din sistemul solar sunt cele nouă planete alături de comete, meteoriți și asteroizi.

Astrul central al sistemului nostru planetar este Soarele, fiind alcătuit în intregime din gaze, iar densitatea acestuia este de doar ¼ din densitatea medie a Pământului.

Durata de viață a astrului solar  este de aproximativ 4,6 miliarde de ani, astfel acesta prezintă o energie inepuizabilă și deci totodata regenerabilă. (Michael M. Woolfson, 2000)

Scoarța terestră captează o energie totală de 720*106 TWh pe an, care corespunde unei medii de 200 W/m2. În ceea ce privește disponibilitatea acestei energii, ea depinde de latitudinea locului unde este captată, de ciclul zi-noapte, de pătura noroasă și de anotimpuri.

Pământul se rotește într-o orbită eliptică în jurul Soarelui odată pe an și în jurul axei sale odată pe zi, iar axa în jurul căreia se învârte Pământul este înclinată cu aproximativ 23 de grade față de verticală.

Această înclinare a format cele patru anotimpuri; astfel emisfera nordică primește mai multe radiații solare (vara) când axa Pământului este înclinată spre soare, iar șase luni mai târziu, în emisfera sudică este vară, atunci când axa nu este înclinată spre Soare, deci este mai mare cantitatea de radiații ce va atinge Pământul.

Valoarea constantei solare este afectată de ȋnălțimea la care se găsește Soarele pe cer.

În jurul Soarelui, se rotește la o distanță de aproximativ 150 milioane de km Pământul, iar la viteza de 300.000 km pe sec. (viteza luminii) se manifestă radiațiile. Cu ajutorul aparaturii de tip piranometru respectiv piroheliometru s-a măsurat timpul parcurs de razele solare între astru și Pământ (8,3 minute). (N.L. Panwar și colab., 2011)

La nivelul Pământului ajunge zilnic în medie de 3,4-4,4 kWh/m2 de energie solară.

Din punct de vedere al însoririi (1250-1600 kWh/m2) în zona B europeană se află România, între țări cu o însorire considerabil mai mică dar cu o industrie solară puternică, țările Europei de Sud (Grecia, Spania, Portugalia, Italia, 4,4 – 5,4 kWh/m2/zi) și (Danemarca, Germania, Suedia, 2,4 – 3,4 kWh/m2/zi).

Soarele este o sferă cu diametrul de aproximativ 1,4 milioane de km și este format din gaze cu temperaturi foarte mari. Temperatura interioră a Soarelui este de aproximativ 15 milioane de grade Kelvin, iar combinată cu o presiune de 70 miliarde de ori mai mare decât aceea a atmosferei Pământului, această temperatură imensă duce la producerea reacțiilor de fuziune.

Reacțiile de fuziune din Soare se produc între atomii de hidrogen care se combină și formează atomi de heliu. În urma acestui proces sub forma unor radiații cu energie mare care sunt caracterizate de raze gamma se degajă energie. Aceste radiații reacționează cu elemente diferite din interiorul Soarelui în timp ce migrează din centrul spre exteriorul sferei solare și se transformă astfel în radiații cu energie redusă.

Constanta solară reprezintă cantitatea de energie solară ce atinge la un moment dat un anumit loc de pe suprafața Pământului. Astfel, radiația pe o suprafață orizontală este de aproximativ 1000 de W/m2 atunci când Soarele este la amiază și cerul este senin.

Valoarea constantei solare scade când suprafața nu este orientată perpendicular pe razele Soarelui. (Gérard Thuillier, 2001)

1.1. Aspecte de bază referitoare la energia solară

Soarele fiind steaua principală din univers, prezintă clasa spectrală G2.

În centrul Soarelui se estimează că densitatea atinge 1,5105Kg/m-3, iar reacțiile termonucleare de fuziune sunt acoperite de un strat de hidrogen și heliu.

Distanța aproximativă a astrului față de Pământ este de 150·106Km, diametrul său fiind de cca. 1392·103Km, suprafața de cca 6·1012 Km2, volumul de 1,4·1027m3 și masa de 1,98·1027 tone, densitatea de 1,41g/cm3, temperatura coronară de 5·106K.

Se apreciază că perioada de mișcare orbitală a astrului în jurul centrului galactic este de 2,2·108ani. (Michael M. Woolfson, 2000)

Compoziția fotosferică, se referă la: hidrogen (73,46%), heliu (24,8%), oxigen (0,77%), carbon (0,29%), fier (0,16%), neon (0,12%), azot (0,09%), siliciu (0,07%), magneziu (0,05%), sulfuri (0,04%). (universul.weebly.com)

Soarele emite energie sub formă de radiații electromagnetice și neutrini, rezultate din reacții termonucleare.

Materia solară este alcătuită din plasmă, aflată la temperaturi extrem de înalte.

Soarele (99,86% din masa totală a sistemului) se află în centrul sistemului solar (planetar).

Lumina solară parcurge până la planeta Pământ un proces de filtrare prin atmosferă, ajungând până la stadiul de radiație solară .

Lumina directă a Soarelui fiind o resursă abundentă de cca 5,4·1026 Jouli/an de energie solară intră în incidență cu straturile superioare ale atmosferei, astfel o cantitate de 2,5·1026 J atinge suprafața Terrei, din total cca 18% fiind absorbită de atmosferă, iar restul 30% reflectată înapoi în spațiu.

Energia solară care atinge suprafața terestră (pe an) este de 6000 de ori mai mare decât cantitatea de energie care a fost utilizată pe plan mondial în perioada 1990-2000.

Se captează în medie 900-1450 kWh energie/m2 pe teritoriul României, iar potențialul solar depășește 1000 kWh/m2.

Organizația Mondială a Meteorologiei (World Meteorological Organization) definește raza de soare ca fiind radiația directă provenită de la Soare și ajunsă pe suprafața Pământului, caracterizată de un potențial energetic de 120 W/m2. (www.wmo.int)

Măsurată ca valoare medie, constanta solară este de 1,366 W/m2 și este echivalentă cu 1,96 calorii /minut/cm2.

Spectrul radiației electromagnetice solare în atmosfera Pământului este de la 100 la 106 nanometri (nm), fiind compus din:

– radiații ultraviolete C ; cu lungimea de undă cuprinsă între 100-280nm;

– radiații ultraviolete B; cu dimensiuni ale lungimii de undă între 280-315nm;

– radiații ultraviolete A; cu lungimi de undă între 315-400nm;

– lumina vizibilă; (400-700nm);

– radiații infraroșii; (700nm-106nm≈1mm); cu tipurile în formă A(700-1400nm); B(1400-3000nm) și C(3000nm-1mm).

Datorită potențialului caloric, interceptarea radiației solare la nivel terestru, produce efecte climatice. (Malinovschi Viorel, 2009)

Din sistemele solare pasive provine energia solară pasivă, iar prin asigurarea trecerii convective a fluxurilor luminoase, aceste sisteme sunt considerate directe. Are loc astfel din perspectivă tehnică conversia energiei solare în energie electrică, respectiv în energie mecanică.

Energia solară activă, se referă la sistemele ce utilizează energia mecanică, electrică, sau mecanisme chimice pentru a favoriza colectarea radiației solare și producerea efectivă în cantități mai semnificative de energie termică solară.

Luând în considerare o suprafață normală în unghi drept față de sistemul referențial, la nivelul orbital al Pământului, se primesc de la Soare 1410 W/m2. Astfel circa 19% din energie este absorbită în atmosferă, iar 35% este reflectată în atmosfera cosmică de către nori.

Energia solară poate fi folosită să:

încălzească clădiri, direct;

genereze electricitate prin celule solare (fotovoltaice);

genereze electricitate prin centrale termice solare (heliocentrale);

încălzească clădiri, prin pompe de căldură;

încălzească clădiri și să producă apă caldă de consum prin panouri solare termice. (E.P. Zaides și I.A. Zaides, 2001)

1.2 Energia regenerabilă solară

Energia regenerabilă este o formă de energie care nu reprezintă subiect de consum epuizant în colectivitatea umană. Aproape toate formele de energie regenerabilă, în ultimă instanță analitică, au ca sursă incluziunea energiei solare în substanța și forma lor.

Se apreciază că sursele de energie regenerabilă, în percepție economică, sunt suficiente pentru cel puțin un interval următor de 4 milioane de ani. Pe lângă esențialitatea dată de regenerare, avantajul complementar, este ocurența abundenței, însoțită de lipsa emisiei de gaze dioxidice în comparație cu cele din arderea combustibililor fosili. (N.L. Panwar și colab., 2011)

Folosirea energiei regenerabile (inclusiv solare) prezintă un dezavantaj doar în impactul vizual dat de prezența instalațiilor în mediul înconjurător local.

Colectarea de energie solară prezintă limitări date de intermitența naturală și difuzia razelor/radiației solare, succesiunile noapte/zi, întreruperile date de acoperirea cu nori, ceea ce conduce la un proces de generare (colectare) a energiei solare la un factor caracteristic de capacitate de 20%.

Atmosfera terestră și suprafața Pământului interacționează cu radiația solară, producând o serie de transformări ale acesteia, așa cum se observă în figura 1.

Figura 1: Schema interacțiunilor dintre energia solară și atmosferă, respectiv suprafața terestră (Kelemen, 2003)

Spre deosebire de constanta solară, este mai mic fluxul de energie radiantă solară, care ajunge la suprafața Pământului, deoarece intensitatea radiației solare este redusă treptat, în timp ce traversează atmosfera terestră, cu o grosime mai mare de 50 km.

Absorbția și difuzia duc la modificarea intensității radiației solare, la traversarea atmosferei.

Astfel în atmosferă este reținută (absorbită, filtrată) o parte din radiația ultravioletă și aproape total radiația X. La absorbția radiației solare de către atmosferă contribuie bioxidul de carbon, vaporii de apă și alte gaze prezente în atmosferă.

În general în căldură este transformată radiația absorbită, iar radiația difuză obținută este retrimisă în atmosferă în toate direcțiile.

Astfel atmosfera se încălzește prin aceste procese, și produce la rândul ei, o radiație atmosferică cu lungime de undă mare. (Grec Aurica și colab., 2012)

Față de cele două mecanisme de modificare a intensității radiației solare (absorbția și difuzia), este reflectată de atmosfera terestră sau de unele componente ale sale (anumite categorii de nori și moleculele de aer) o parte din radiația solară. Este astfel disipată o parte din radiația solară, prin reflectare. Acest fenomen reprezintă radiația bolții cerești, iar mecanismul acestui proces este numit difuzie Rayleigh (denumită astfel după fizicianul englez Lordul Rayleigh).

La nivelul solului într-o zi senină, radiația globală ajunsă de la Soare, pe o suprafață orizontală, este reprezentată de suma dintre radiația difuză și radiația directă. (Anghel Sorin și Giosanu Daniela, 2010)

Indiferent de orientarea suprafeței receptoare, radiația solară difuză poate fi considerată aceeași, chiar dacă există în realitate mici diferențe, iar cea care depinde de orientarea suprafeței receptoare este radiația solară directă. Ȋn figura 2 am reprezentat propagarea radiației difuze și a radiației reflectate, după cum urmează:

Figura 2: Radiația difuză și cea reflectată

(Ciulache, Ionac, 1995)

Astfel, se poate observa cum o parte din radiația Soarelui este reflectată de nori, o parte este propagată spre baza norului, iar o altă parte a radiației solare este reprezentată de radiația solară difuzată ȋn toate direcțiile.

Proporția dintre radiația difuză și radiația directă, în radiația globală este prezentată în figura 3.

Este de remarcat faptul că radiația directă prezintă o pondere mai mică decât radiația difuză, deoarece, pe cer senin radiația directă este maximă și cea difuză minimă, iar pe cer înnorat situația este inversă.

Figura 3: Raportul dintre radiația difuză și radiația directă

(Rev. Tehnica Instalațiilor nr.5/2003)

La nivelul suprafeței Pământului, perpendicular pe direcția razelor solare, este măsurată energia termică unitară primită de la Soare. În jurul prânzului în zonele Europei Centrale, Europei de Vest și Europei de Est, pentru condițiile în care cerul este perfect senin și lipsit de poluare, poate asigura maxim 1000 W/m2. Suma dintre radiația directă și difuză ne este dată de această valoare.

Datorită modificării permanente a unor parametrii importanți radiația solară poate fi influențată de:

Unghiul de înclinare a axei Pământului;

Unghiul format de direcția razelor soarelui cu planul orizontal (înălțimea Soarelui pe cer);

Modificarea distanței Soare – Pământ (aproximativ 149 milioane km pe o traiectorie eliptică, ușor excentrică.);

Latitudinea geografică. (Păulescu M., 2005)

Ȋn figura 4 am reprezentat, ȋn funcție de înălțimea Soarelui, variația intensității radiației solare, adică unghiul format de direcția razelor solare cu planul orizontal, pentru diferite situații atmosferice.

Figura 4: Variația intensității radiației solare în funcție de direcția razelor solare, pentru diferite situații atmosferice (Rev. Tehnica Instalațiilor nr.5/2004)

1.3 Folosirea extensivă a energiei solare

De-a lungul timpului, pentru diferite întrebuințări casnice oamenii au folosit căldura Soarelui.

O sursă sigură și ieftină de energie este furnizată în prezent, prin utilizarea energiei termosolare în aproape orice climat.

De secole, oamenii au folosit pentru diferite întrebuințări razele solare, dar în anul 1767 a apărut conceptul propriu-zis de energie termosolară când Horace de Saussure din Elveția a inventat primul colector solar sau "cutia fierbinte". (http://www.eoearth.org)

În anul 1830 astrologul Sir John Hershel a folosit în timpul expediției sale în sudul Africii, aceste "cutii fierbinți" pentru a găti.

În unele părți ale Africii energia termosolară a devenit tot mai importantă pentru gătit și pentru distilarea apei. (M.N. Nieuwoudt și E.H. Mathews, 2005)

În anul 1891 a început să ia amploare încălzirea solară când Clarence Kemp a pus bazele primului sistem comercial de încălzire a apei.

Spre deosebire de energia bazată pe combustibili fosili, energia verde a atras și atrage investiții semnificative.

În anul 2008 producția de energie solară, eoliană, și din alte surse curate a adus 140 de miliarde de dolari, în comparație cu 110 de miliarde de dolari pentru cărbune și gaze naturale; conform cifrelor publicate de ONU, mai mult de o treime din investițiile în energia regenerabilă fiind îndreptate către Europa.

Cu o capacitate totală de 2500 MW, Spania este cel mai mare producător de energie solară de pe piață. În ierarhie următoarele locuri sunt ocupate de SUA a cărei capacitate ajunge la 340 MW și de Germania cu o capacitate de 1500 MW.

În prezent, din întreaga lume, Spania produce aproape jumătate din instalațiile producătoare de energie solară. (Francisco G. Montoya și colab., 2014)

În anul 1987 aveau un sistem termosolar de încălzire aproape 30% din casele din Pasadena – California (S.U.A.). (Don C. Smith, 2006)

În numeroase țări încălzirea solară joacă un rol important, deoarece încălzirea apei într-o clădire poate însemna până la 40% din consumul total de energie. Astfel, în Tokyo-Japonia circa 1.5 milioane de clădiri și peste 30% dintre clădirile din Israel au sisteme de încălzire solară a apei.

În India, China și alte state în curs de dezvoltare, a fost observată cea mai mare investiție în surse regenerabile, care evidențiază încercarea de a combate schimbările climatice și de a-și asigura securitatea energetică, prin înlocuirea combustibililor fosili. (Huang Liming, 2007)

În sectorul energiei verzi investițiile din Europa au acumulat 50 miliarde de dolari în 2008, în creștere cu 2%, în timp ce America în scădere cu 8%, a atras 30 de miliarde USD.

Potrivit Agenției Internaționale a Energiei (AIE) , ponderea surselor regenerabile în producția totală de energie primară la nivel mondial (2006) era de 13,8%. (http://www.iea.org/)

În ultimul deceniu resursele regenerabile au crescut anual cu circa 2%. Astfel, sursele solare noi din această creștere sunt 32%, cu creșteri anuale de circa 9%.

În sectorul rezidențial creșterea de energie termică reprezintă circa 23% din creșterea totală de energie, iar circa 40% din acest consum se acoperă în prezent în clădiri prin instalații solare pasive.

Sectorul energetic termic solar, în ultima perioadă (2000 – 2010) a înregistrat creșteri și interes din perspectivă industrială și de afaceri.

Pere Mir Artigues (2009) arată că în țările UE condițiile concrete de dezvoltare a domeniului sunt legate de problema tarifelor preferențiale (feed-in tariffs) care trebuie să fie „frecvent promovate (premiums)”. (Jacques de L., 2010)

Germania, Austria, Spania, Italia, Luxemburg și Portugalia sunt țările din fruntea clasamentului ce acordă atenție favorabilității procesului energetic solar, iar Cehia, Cipru, Franța, Grecia, Slovacia și Slovenia se regăsesc în rândul celor cu atitudini preferențiabile relativ acceptabile.

România este însă în rândul țărilor care încă mențin situații dezavantajoase în domeniul energetic solar. (Dușmănescu Dorel și colab., 2014)

2. REALIZĂRI PE PLAN MONDIAL PRIVIND UTILIZAREA ENERGIEI SOLARE

Cel mai ambițios proiect de utilizare a energiei solare pe plan mondial îl reprezintă câmpul de oglinzi din Deșertul Sahara, denumit Desertec.

Razele de soare captate de mii de oglinzi vor fi folosite la punerea în funcțiune a turbinelor cu aburi, care la rândul lor produc energie electrică transportată printr-o rețea complexă în Europa, Orientul Mijlociu și Nordul Africii.

Inițiator al proiectului – Grupul de companii din Germania, mizează pe poziționarea Europei pe locul întâi în lupta împotriva încălzirii globale, evitându-se emisiile de gaze cu efect de seră. Sunt deja identificate în Maroc zonele în care oglinzile curbate pot fi instalate, fiind asigurat necesarul de apă pentru curățirea acestora, iar compania Cevital din Algeria ca deținătoare a celei mai mari porțiuni de deșert este înscrisă în cursa de punere în practică a proiectului.

Astfel, acest proiect poate asigura 15% din energia necesară Europei, termenul său de ajungere la capacitatea propusă fiind anul 2050. (http://www.desertec.org/concept/)

Al doilea mare parc solar din lume a fost inaugurat în august 2009 în Germania, la Sud de Berlin (cel mai mare parc solar din această țară pe 162 ha). Complexul Lieberose produce astfel 53 MW energie de proveniență solară pe an.(C. Lauterbach și colab., 2012)

În premieră, în SUA este în funcțiune, o centrală solară cu turn (dezvoltată de compania eSolar; Lancaster, California), fiind un pas semnificativ în introducerea cu ajutorul energiei solare a tehnologiei termale performante.

Sunt utilizate de centrala solară, 24000 de oglinzi care captează energia solară și o direcționează către un turn care încălzește apa pentru crearea aburului și, în continuare, duce la generarea a 5MW de energie verde care alimentează 4000 de locuințe urbane.

Ȋn prezent, ȋn SUA  a fost pornită cea mai mare centrală solară, cu o întindere impresionantă construită pe parcursul câtorva ani de zile. Scopul acesteia este de a genera cea mai mare cantitatea de energie electrică regenerabilă obținută vreodată prin intermediul panourilor solare dintr-un singur loc, având capacitatea de 392 MW obținută prin intermediul unui număr de 173.500 de panouri solare.  Centrala solară (Ivanpah Solar Electric Generating System, SUA) generează 30% din toată energia solară obținută în Statele Unite ale Americii și este capabilă să asigure necesarul de energie electrică pentru 140.000 de case din apropiere. (Carlos Meza, 2014)

În sectorul energiei solare se preconizează, în India, investirea în următorii 30 de ani a sumei de cca 13 miliarde de Euro. În India în anul 2009 s-au produs 51 MW din surse solare, iar în anul 2050 se preconizează că se va ajunge la nivelul de 200000 MW.

Din energia solară produsă în lume, India realizează doar 0,1%, însă în ceea ce privește energie eoliană este al patrulea producător mondial.

În anul 2020, cu energie produsă în centralele solare, India ar urma să acopere din consumul de energie electrică circa 8,3%. (S.C. Bhattacharya și Chinmoy Jana 2009)

Din totalul de energie, statisticile arată că 80% este necesară pentru consum în societățile industriale dezvoltate (vestice) și se regăsește în încălzirea/răcirea clădirilor și totodată pentru asigurarea punerii în mișcare a mijloacelor de transport de tip trenuri, autovehicule, avioane.

În privința folosirii energiei regenerabile liderul mondial este Islanda. Datorită resurselor sale abundente din categoria celor hidro și geotermale determină că 99% din energia electrică a acestei țării să revină din surse regenerabile.

Prin folosirea vântului, Danemarca este lider în privința utilizării energiei eoliene, cu cea mai ridicată producție de energie pe cap de locuitor. (Gorm B. Andresen și colab., 2014)

Locul întâi în lume pentru asigurarea apei încălzite în locuințe, prin utilizarea instalațiilor solare este deținută de Israel. (Jeffrey M. Gordon, 2001)

În tabelul 1 este prezentată poziționarea (clasamentul) diferitelor țări pe tipuri de energie regenerabilă.

Tabel 1: Poziționarea ierarhică a țărilor lumii în raport cu mărimea în valoare absolută a energiei regenerabile utilizată în anul 2007 (Jacques de L. 8 june, 2010)

2.1 Eficiența energetică în România și țările UE în privința consumurilor energetice în clădiri

Date statistice recente (2009) evidențiază faptul că energia regenerabilă nepoluantă folosită în Europa este în proporție de 0,1% din energia solară și eoliană și 14,2% din energia hidraulică. (Marinescu Cicerone Nicolaie, 2010)

Potențialul de utilizare a energiei solare în România este foarte important. În zona Dobrogei și Litoralului Mării Negre ca și în majoritatea zonelor sudice este prezent un flux energetic solar anual care ajunge până la 1450 – 1600 kWh/m2/an. Fluxul energetic solar anual, depășește 1250-1350kWh/m2/an în majoritatea regiunilor țării.

De la o zi la alta și chiar de la o lună la alta, gradul mediu de însorire, diferă în aceeași localitate și cu atât mai mult de la o localitate la alta.

În ceea ce privește performanța energetică a clădirilor aceasta se evidențiază din:

examinarea elementelor de construcție, a comportamentului termotehnic al acestora;

realizarea regimului termic prin stabilirea contribuției instalațiilor,respectiv a confortului interior. (Ionescu C., 2005)

Harta repartizării potențialului de resurse regenerabile pe teritoriul României este prezentată în figura 5:

Figura 5: Harta potențialului de resurse regenerabile (MEF)

Legendă:

I. Delta Dunării (energie solară);

II. Dobrogea (energie solară și eoliană);

III. Moldova (câmpie si podiș – microhidro, energie eoliană și biomasă);

IV. Munții Carpați (IV1 – Carpații de Est; IV2 – Carpații de Sud; IV3 – Carpații de Vest ( biomasă, microhidro);

V. Podișul Transilvaniei (microhidro);

VI. Câmpia de Vest (energie geotermală);

VII. Subcarpații (VII1 – Subcarpații Getici; VII2 – Subcarpații de Curbură; VII3 – Subcarpații Moldovei: biomasă, microhidro);

VIII. Câmpia de Sud (biomasă, energie geotermală și solară).

Cu privire la datele și situația referitoare la clădirile din România se poate spune că se înregistrează o slabă performanță energetică.

Principala cauză a acestei concluzii rezultă din gradul de izolare necorespunzător a elementelor de construcție și din randamentul scăzut al sistemelor de preparare, furnizare și utilizare a energiei termice. În sectorul rezidențial (denumit și locuințe sau locativ, – 70%), sectorul clădirilor prezintă o pondere semnificativă și este completat cu 30% în terțiar (sănătate, clădiri comerciale, școli, sport și administrative).

În sectorul rezidențial și terțiar cererea de energie a cunoscut o continuă creștere, iar acest lucru a fost posibil odată cu accelerarea dezvoltării durabile.

Cu privire la consumul final de energie, în anul 2000 sectorul clădiri înregistra peste 40% din consumul final de energie (aproximativ 400 Mtep), situându-se astfel pe primul loc, înaintea industriei și transportului.

Se prevede în clădiri o continuă creștere a cererii de energie, cu aproximativ 20% până în 2020 și cu peste 30% până în 2030, astfel cel mai important consumator de energie al acestui secol devenind acest sector. (Câmpeanu, V., 2007)

Ponderea consumurilor energetice arată în bilanțul anual o sinteză a repartiției consumurilor de energie pentru un apartament mediu din România.

Acesta fiind asemănător cu cel înregistrat pentru o locuință în țările UE.

Totuși, consumul total de energie este de 350 kWh/m2/an fiind diferențiat în România, iar de 220 kWh/m2/an este în țările UE.

În ceea ce privește consumul energetic și de combustibili, inclusiv emisiile se estimează că din necesarul de energie al clădirilor 65% este obținut prin arderea combustibililor convenționali (40% gaz natural, 22% petrol și 3% combustibil solid), 25% prin utilizarea electricității, iar 10% din surse regenerabile.

Poluarea este mărită din arderea combustibililor fosili prin care se emit noxe de CO2, iar poluarea din sectorul clădiri este de 21% din emisiile totale de CO2 rezultate prin arderea combustibililor convenționali.

Apa caldă necesară și căldura se obțin prin arderea combustibililor convenționali (90% din locuințele individuale se încălzesc cu sobe). (Yannas, S., Maldonado, 1998)

Astfel, în România se înregistrează cele mai mari valori din Europa, raportat la un apartament convențional situat într-o zonă climatică având temperatura interioară de +20ºC (considerată constantă), iar temperatura exterioară de -15ºC.

Consumul de combustibil convențional și rezistența termică medie pentru un apartament mediu de trei camere, prezintă datorită protecției termice scăzute a clădirilor (necompensarea pierderilor de căldură prin anvelopă și a debitului de aer rece care pătrunde în clădire) valori total diferite:

→ În România, după anul 2002 ca o consecință a debranșării masive din sectorul centralizat de alimentare cu căldură – 1,00 mp.K/W, respectiv 1756 kg.c.c/ap/an (adică, 4-5 mil.tep/an în mediu urban și 2-3 mil.tep/an în rural),;

→ În Scandinavia – 3,4 mp.K/W și 570 kg.c.c/ap/an (cu 70% mai mic). (Cocora Octavia, Berbecaru Dan, 2004)

În ceea ce privește asigurarea confortului termic și menținerea calității aerului interior trebuie realizată, ținâd cont de normele igienico-sanitare și este dispoziția necesară de operaționalizare și reglementare, prin menținerea uniformă a temperaturii aerului interior.

În funcție de anotimp și destinația încăperii, se are în vedere introducerea unei sarcini termice controlate, prin compensarea pierderilor de căldură;

Pentru calitatea aerului interior din clădirile de locuit se consideră necesar un număr de 0,5-1,2 schimburi de aer pe oră pentru ventilare naturală neorganizată (infiltrații) sau pentru ventilarea naturală organizată (deschideri amplasate la o anumită înălțime pe fațadele clădirii) 3-5 schimburi de aer pe oră. Aceste schimburi de aer pe oră sunt suficiente pentru diminuarea până la valorile normate a concentrațiilor de poluanți interiori. (Chisăliță, D., 2006)

2.2 Situația clădirilor și locuințelor în România cu privire la potențialul energetic

Cu privire la cerințele de calitate ale unei clădiri, prin corelație între temperatură și umiditate acestea se referă la:

stabilitate la risc seismic și rezistență termică;

protecția împotriva elementelor radioactive, zgomotului, electricității statice;

limitarea emisiilor poluante și îmbunătățirea calității aerului exterior sau interior, pentru o igienă sanitară a corpului uman într-un mediu climateric adecvat;

izolare hidrofugă și termică a anvelopei pentru economie de costuri și energie la schimbările de factori climatici ce influențează direct sau indirect instalațiile de alimentare, clădirea și/sau utilități aferente;

în timpul exploatării, siguranță contra incendiului și accidentelor.

Până în anul 2015 studiile efectuate la nivelul țărilor membre ale Uniunii Europene indică faptul că se poate economisi un procent de 22% din consumul prezent în clădiri.

Acest lucru se poate obține prin reabilitări ale anvelopei, utilizare de surse regenerabile RES, sisteme eficiente și tehnologii de iluminat (prin integrarea luminii naturale, control), iar in ceea ce privesc echipamentele de aer condiționat impunerea unor performanțe minime. (Mladin, E.C., 2001)

Consumul comparativ de energie în clădiri între țările UE și România este redat în tabelul 2, după cum urmează:

Tabel 2: Consumul de energie în sectorul clădiri

(Buletinul Construcțiilor, București, nr. 5/2001)

Conceptul de dezvoltare durabilă se aplică în politica energetică, pentru a asigura creșterea cerințelor infrastructurale naționale și de eficiență economică. Astfel se urmărește îndeplinirea necesităților umane și cele de valorificare a surselor regenerabile și ameliorare a mediului. Eficiența energetică în România este apreciată ca fiind scăzută, în comparație cu țările din Uniunea Europeană.

Conform recensământului populației și locuințelor (18 martie 2002), în România există peste 4,84 milioane de clădiri, în care se află peste 8,1 milioane locuințe (52,5% din locuințe și 23,5% din clădiri sunt situate în mediul urban). O locuință echivalentă (medie) are 37,5 m2 și este ocupată de 2,6 persoane.

Circa 96% din total: ventilare–aerisire, alimentare cu căldură pentru încălzire spațială și prepararea apei calde în cazul blocurilor de locuințe este asigurată în sistem centralizat, prin încălzire colectivă.

În 65 de orașe mari din România, în ultimii 50 de ani au fost create și extinse sisteme centralizate de alimentare cu apă caldă și căldură prin termoficare urbană (CET) sau centrale termice (CT) de zonă.

Necesitatea de modernizare termotehnică și intervenții de reabilitare în România se apreciază că se localizează la circa 2,4 milioane de apartamente (58% din blocurile existente).

În țara noastră, din totalul energiei consumate circa 40% se consumă în clădirile publice, însă pierderile de căldură în infrastructura acestora se ridică la circa 40%.

Necesită cantități importante de căldură (pentru prepararea apei calde, pentru consum și încălzire,) toate instalațiile din construcții, din clădiri industriale sau civile, fiind consumate cantități apreciabile de combustibil clasic. (Câmpeanu, V. și colab., 2007)

În prezent, în România, reabilitarea termică prin lucrări de consolidare structurală a clădirilor este insuficientă, având caracter preponderent demonstrativ-exponențial (Vezi Anexa 2).

În utilizarea energiei solare pentru procesul de îmbunătățire a regimului termic al clădirilor se pune accent pe:

caracteristici ale clădirilor constructiv-funcționale;

asigurarea regimului termic convențional favorabil, optim, prin tehnologii;

obținerea de căldură prin introducerea în mulțimea de resurse primare a energiei solare regenerabile. (Chisăliță, D., 2005)

Pentru anul 2015, în sistemul rezidențial, obiectivul sectorial este reducerea consumului anual de resurse primare cu 823 mii tep (tone echivalent petrol) prin:

a) modernizarea instalațiilor interioare de alimentare cu energie termică;

b) reabilitarea rețelelor de distribuție a energiei termice;

c) introducerea măsurilor de gestiune a consumurilor de energie la consumatorii finali prin montarea repartitoarelor de debit;

d) izolarea termică a locuințelor. (Marinescu Cicerone Nicolaie, 2008)

2.2.1 Clădirile și regimul lor termic

Clădirea fiind o construcție ce delimitează spații cvasi-închise care găzduiesc activități umane, procese tehnologice, aceasta prezintă elemente diferite încorporate infrastructural cu scopul de a asigura funcțiuni particulare.

Cerințele de calitate ale unei clădiri exprimate și detaliate în termeni tehnici de performanță reprezintă condiția tehnică particulară din perspectivă constructiv-funcțională.

Astfel regimul termic acceptat al clădirilor reprezintă enunțarea de necesități față de infrastructurile constructive în cauză și este strâns legat de exigențele utilizatorului. De la orice clădire se așteaptă manifestarea unui regim termic, corespunzător cerințelor utilizatorilor, formulate în termeni calitativi. (Herzag, Th., 1996)

În ceea ce privesc categoriile de clădiri civile (Vezi Anexa 3) în care omul este utilizatorul principal, acestea sunt stâns legate de nivelurile de regim termic impus, urmărit și se interferează în dinamica realității contemporane și productiv-economice.

Clădirile trebuie astfel să răspundă nevoii de echilibru structural prin protejarea sarcinii structurale, față de fluxurile de umiditate și față de efectul vântului. Temperatura și umiditatea trebuie să fie suportabile, fiind astfel asigurat confortul higrotermic.

Spre a îmbunătăți regimul termic absorbția căldurii în clădire necesită aplicații complexe, în primul rând pentru integrarea mulțimii formelor de energie cu operațiunile de construcție a clădirilor, vizând colectarea, folosirea potrivită a energiei și economisirea.

2.2.2 Relația “însorire – clădire”

În legătură cu însorirea, regăsită în datele climatice, se identifică intensitatea radiației solare și durata de strălucire a Soarelui.

Randamentul de utilizare a energiei solare este formalizat de lungimile de undă.

Radiația solară se regăsește în mod obișnuit, în gama lungimilor de undă cuprinse între 200-3000 nm.

Valorile intensităților radiației solare sunt date în STAS 6648/2, pe ore ale zilei și pe luni ale anului. Astfel la calculul aporturilor solare ale unei clădiri se au în atenție particularități ale amplasamentului la vecinătăți și la efectele umbririi cauzate de alte edificii și de vegetație.

Se folosesc datele climatice privind însorirea la corectarea necesarului de căldură pentru încălzire. În acest fel, clădirea este îmbunătățită, conformată pentru captarea în sezonul rece a energiei solare.

Datele climatice privind însorirea se folosesc la corectarea necesarului de căldură pentru încălzire. În acest fel, clădirea este conformată/îmbunătățită pentru captarea energiei solare în sezonul rece. (Ionescu C., 2005)

Conform SR 1907-1, România este împărțită în 4 zone climatice, cărora le corespund temperaturi exterioare convenționale de calcul după cum urmează:

zona I: -12ºC (orașe caracteristice: Constanța, Reșița, Drobeta Turnu Severin);

zona II: -15ºC (orașe caracteristice: București, Brăila, Arad, Craiova, Pitești, Oradea);

zona III: -18ºC (orașe caracteristice: Baia Mare, Bacău, Iași, Sibiu, Cluj-Napoca, Galați);

zona IV: -21ºC (orașe caracteristice: Predeal, Brașov, Făgăraș, Reghin, Gheorghieni, Suceava).

Se ține cont de faptul că pe cer senin radiația directă este maximă și cea difuză minimă, iar pe cer înnorat situația este inversă. Radiația solară directă este însă diferită după orientarea suprafeței receptoare, iar radiația solară globală este diferită în funcție de ora zilei.

Prin prelucrarea statistică a datelor meteorolgice, reiese faptul că duratele medii de strălucire a soarelui diferă în funcție de luna anului și de localitate, acestea fiind prezentate în tabelul 3.

Tabel 3: Duratele medii de strălucire a Soarelui în diferite localități ale României

(STAS 6648/2, Messenger, R., Ventre, J., 2000)

În România, datorită latitudinii la care este situată țara, arată că iradierea solară în proporție de cca 50% se datorează radiației indirecte.

2.3 Situația și perspectivele utilizării energiei solare la nivel mondial

Până în anul 2020, Uniunea Europeană, și-a propus să-și asigure din surse regenerabile 10% din carburanții utilizați în transporturi și 20% din consumul final de energie primară. Uniunea Europeană, fiind astfel cunoscută, ca o promotoare a dezvoltǎrii durabile și a energiilor verzi la nivel global.

Ȋn analiza anuală pe anul 2012, Comisia Europeană a constatat faptul că, în ultimii ani, s-au dezvoltat într-un ritm mai rapid decât era prevăzut, sursele regenerabile de energie (SRE), precum: fotovoltaicele, energia termică solară, turbinele eoliene, terestre și marine, de asemenea și pompele de căldură.

Ȋn SUA – First Solar, este cea mai mare companie de energie solară. Această companie estimează că, panourile solare mai ieftine, vor asigura în următorii trei ani un preț al energiei electrice de origine solară echivalent cu cel al prețului maxim al electricității pe bază de gaz. (Meza Carlos, 2014)

Un proiect special, care are ca miză eficiența costurilor SRE a fost lansat de Uniunea Europeană – „Cost-efficient and sustainable deployment of Renewable Energy Sources (RES) towards the EU 20% target by 2020, and beyond (RES4LESS)”, demarat oficial în ianuarie 2011 fiind și aprobat prin programul „Energie inteligentă Europa”.

Ȋn ceea ce privește țara noastră, partenerul român din proiect este Centrul pentru Promovarea Energiei Curate și Eficiente în România (ENERO).

Prin urmare, obiectivul principal al proiectului RES4LESS – „mai multe regenerabile în UE, la un cost mai redus” – constă în elaborarea unei foi de parcurs pentru dezvoltarea eficientă a surselor regenerabile de energie în două etape, la orizontul anilor 2010-2020 și 2020-2030. (Energy Research Centre of the Netherlands, 2011)

Uniunea Europeană, a decis că este extrem de important ca țările membre să ȋși mărească flexibilitatea programelor pentru promovarea energiei regenerabile și totodată să reducă subvențiile, deoarece tehnologia s-a dezvoltat peste așteptări, iar prețurile au scăzut.

2.4 Situația potențialului de surse de energie solară în România. Evoluții și tendințe

Ȋn condițiile dezvoltării economice durabile, sursele regenerabile au disponibilități nelimitate de utilizare.

În România, preocuparea pentru folosirea surselor regenerabile de energie este relativ nesatisfăcătoare.

România deține ponderea și întâietatea pentru energie regenerabilă în balanța resurselor de energie primară din Europa Centrală și de Est.

Astfel, se constată că peste jumătate din suprafața țării are caracteristic un flux mediu de energie de 1000 – 1300 Kwh/m2/an.

Aportul energetic al instalațiilor solare/termice pe baza radiațiilor solare este evaluat statistic la cca 1434 milioane tep.

Se poate astfel constata că acest nivel de aport ar fi posibil să substituie ½ din volumul total de apă caldă menajeră sau circa 15% din cota de energie termică pentru încălzirea curentă în clădiri.

Datele de mai sus sunt relevante în condițiile în care în România panourile solare termice funcționează doar în intervalul martie–octombrie în regim cvasi-normal, care asigură atingerea unor randamente de cca 90%.

Potrivit ICMENERG București, ISPH București, ICPE București și ENERO București, potențialul energetic al resurselor regenerabile de energie în România, în termeni comparabili situează energia solară (termică și fotovoltaică) pe un loc relevant în total opțiuni pentru extinderea utilizărilor în context urmărit de sustenabilitate (tabelul 4). (Marinescu Cicerone Nicolaie, colab., 2010).

Tabel 4: Potențialul energetic comparativ al resurselor regenerabile de energie în România (ICMNERG București, 2007)

Se întrevăd pentru energia solară, perspective de a participa la modificarea ponderii de utilizare a sa în energia totală din România (în MWh și tone echivalent petrol) (tabel 5).

Tabel 5: Niveluri participative prognozate pentru energia solară utilizată în energia totală din România (2010 – 2015)

(prelucrarea datelor ICMNERG București și ISPE București 2008)

Efortul investițional în domeniul energiei solare în România în perspectiva anilor 2015 este redat sintetic în tabelul 6.

Evaluarea potențialului energetic solar se poate realiza cu ajutorul unor proiecte demonstrative de sisteme solare.

Tabel 6: Evidențierea comparativă a capacităților noi și a efortului investițional total și în domeniul energiei solare în perioada 2010 – 2015

(prelucrare după datele ICMNERG București 2008)

Sistemele solare pasive se regăsesc încorporate, de regulă, în exteriorul clădirii (în anvelopă). Ponderea tipurilor de materiale de construcție a sistemelor solare pasive este de tip convențional. Sursa principală de economisire a energiei și cea mai curată este reprezentată de modernizarea fondului existent de clădiri civile prin operații semnificative de conservare a căldurii.

Consumul de energie în clădiri poate fi redus cu cel puțin 1/5 prin folosirea unor tehnologii eficiente energetic și aplicabile economic, deja disponibile în instrumentul energetic general.

Pe plan european reducerile menționate echivalează cu diminuarea cu 10% a importurilor petroliere nete și cu 20% a emisiilor de gaze cu efect de seră.

Un număr de circa 30 de standarde europene în domeniu formalizează certificatul de performanță energetică a clădirilor, acesta devenind instrument principal de operaționalizare a obiectivului energetic de îmbunătățire a regimului termic în clădiri.

În acest fel, sistemele de energie mai curată inclusiv energiile reînnoibile de tipul celei solare participă la minimizarea impactului pe care generarea și utilizarea energiei clasice îl are asupra mediului.

Energia inteligentă susține implicit dezvoltarea durabilă în domeniul energiei generale din colectivitățile umane. (Dușmănescu Dorel și colab., 2014)

3. CONVERSIA TERMICĂ A ENERGIEI SOLARE

Energia solară poate fi transformată într-o altă formă de energie – termică, mecanică, electrică sau chimică – cu ajutorul captatoarelor.

Conversia directă a energiei solare ȋn energie termică se face ȋn instalații denumite captatoare solare termice.

Se cunoaște faptul că, există o mare varietate de captatoare solare termice, iar clasificarea acestora se poate face după diferite criterii după cum urmează:

prezența sau absența concentratorului:

captatoare solare fără concentrarea radiației solare:

captatorul plan

captatoare solare cu concentrarea radiației solare:

de joasă concentrare x5, realizate cu ajutorul oglinzilor parabolice;

de medie concentrare x50, realizate cu ajutorul oglinzilor parabolice sau lentile Fresnel;

de ȋnaltă concentrare x100, realizate cu ajutorul unor paraboloizi de rotație sau câmpuri de captatoare cu turn central;

temperatura de ieșire a agentului termic:

de joasă temperatură: < 60 0C;

de medie temperatură: 80 150 0C;

de ȋnaltă temperatură: > 150 0C.

natura agentului termic:

captatoare solare termice cu apă;

captatoare solare termice cu aer;

captatoare solare termice cu antigel;

captatoare solare termice cu alte materiale.

natura aplicației:

captatoare solare termice pentru producerea apei calde ȋn aplicații casnice;

câmp de captatoare solare termice pentru producerea apei calde sau aburului industrial pentru aplicații industriale;

centrale termice cu turn și câmp de heliostate pentru conversia ȋn electricitate;

aplicații hibride;

cuptoare solare.(E.P. Zaides și I.A. Zaides, 2001)

Captatoarele solare se regăsesc ca entități de contribuție în practica efectivă a formalizării regimurilor termice în clădiri sub indicativul de „panouri solare”.

Forma, mărimea și tipul acestor dispozitive de conversie a energiei solare, depinde, în principal, de energia nou creată, și ele pot fi executate din elemente cât mai simple

(captatoare utilizate în domeniul temperaturilor joase) sau din elemente cât mai complexe (captatoare utilizate în domeniul temperaturilor înalte sau foarte înalte).

Astfel, după modul cum captează și transformă energia solară în energie termică, captatoarele solare, pot fi clasificate în două mari categorii:

Captatoare fără concentarea radiației solare, care sunt caracterizate prin aceea

că suprafața absorbantă este egală cu suprafața care interceptează radiațiile solare (Vezi Anexa 4).

2) Captatoare cu concentrarea radiației solare, care sunt caracterizate prin aceea că suprafața de captare are diverse forme, bazate fie pe reflexie fie pe refracție, cu scopul de a mării cât mai mult densitatea fluxului de radiație. (Vezi Anexa 4).

(M. Ilina și colab., 1987)

3.1. Tipologia captatoarelor solare fără concentrarea radiațiilor

Diferențele între captarea radiațiilor fără concentrarea acestora și cea cu concentrarea radiațiilor arată avansul spre nivelul eficienței maxime în cazul implementării variantei cu concentrare.

Astfel se poate spune că viitorul captării energiei solare aparține variantei cu concentrarea radiațiilor.

Însă, progresul în domeniu este dependent de realizările aferente variantei fară concentrare în care identitatea suprafețelor absorbante cu cele de interceptare asigură un nivel performant al captării, stocării și distribuției energiei solare.

Din sistematizările efectuate și analizele în legătură cu conformarea clădirilor pentru formalizarea unui regim termic îmbunătățit, se desprinde concluzia că se prevede folosirea optimă, mai favorabilă în rândul elementelor încorporate de construcție a captatoarelor (panourilor) solare plane, fără concentrarea radiațiilor.

Se dovedește importantă sistematizarea realizărilor și elementelor de progres tehnic în mulțimea de entități de tip panou solar plan fără concentrarea radiațiilor solare.

(F. Cruz-Peragon și colab., 2012)

3.1.1. Panou plan de energie solară

În principal, panourile solare plane, funcționează fără concentrarea radiației, iar de regulă fluidul purtător de căldură nu depășește 100ºC.

Panoul solar funcționează după principiul: captează pe suprafața plană-fixă radiațiile solare directe și difuze, le absoarbe și le transformă în căldură, iar agentul purtător de căldură are o temperatură care este variabilă în raport cu mărimea suprafeței absorbante.

Principalele elemente constructive ale panoului solar plan sunt (figura 6):

1. Suprafața absorbantă; este acoperită cu filme subțiri de CuS, NiS, CuO, MnO2, și se întâlnește sub forma suprafeței absorbante selective.

2. Suprafața transparentă; este consituită din unul sau mai multe rânduri de plăci de sticlă de 3-4mm, prin care este permisă trecerea spre placa absorbantă a radiației solare. Rândurile de sticlă au rolul de a opri trecerea în sens invers a radiațiilor infraroșii, revenite de pe suprafața absorbantă.

Distanța dintre plăcile transparente este de maxim 20–30mm pentru a evita pierderile de căldură prin convecție (reducerea curenților convectivi între plăcile transparente).

3. Circuitul fluidului purtător de căldură; are în constituția sa un registru de conducte sau două plăci, din care una absorbantă.

4. Izolația termică; se referă la captatorul de căldură care trebuie protejat față de posibilele pierderi, folosind materiale cu conductivitate redusă;

5. Sistemul infrastructural de protejare a panoului; are rol protector față de șocuri mecanice.

Figura 6: Elemente principale constructive – panou (captator) plan de energie solară (Marinescu Cicerone Nicolaie, 2010)

Circulația fluidului purtător de căldură (aer, apă ș.a.) rămâne esențială în construcția generală a captatoarelor.

3.1.2. Panou plan de energie solară cu registru de țevi

Unele încercări au extins soluțiile prin care placa absorbantă este eliberată de rolul de suprafață de protecție pentru lichidul purtător de căldură, fiind inserate sisteme de conducte/țevi aplicate sau înglobate.

Suplimentar, prin interiorul sistemului de conducte/țevi circulă același tip de fluid purtător de căldură.

Figura 7: Captator plan de energie solară cu registru de țevi și suprafață absorbantă (Marinescu Cicerone Nicolaie, 2010)

3.1.3. Panou plan de energie solară cu serpentine de țeavă

Registrul de țevi poate fi de tip captator cu serpentină, racordat la partea inferioară a captatorului, iar la partea superioară a acestuia jucând rol de ieșire pentru distribuție a fluidului purtător de căldură.

3.1.4. Panou plan de energie solară cu tole de oțel/aluminiu profilat

Serpentinele sau registrul–sistem pot fi completate cu sisteme de tole, respectiv plăci subțiri din materiale metalice, adecvate suprapunerii, pentru configurarea circuitului fluidului purtător de căldură.

În acest fel, suprafața absorbantă este modelată, fiind construite canale cilindrice, eliptice, rectangulare (figura 8a și 8b).

Suprafața modelată asigură o circulație mai adecvată, neliniară și prelungită a lichidului/fluidului purtător de căldură.

Configurația captatorului înzestrată cu sisteme de tole din aluminiu sau oțel profilat, respectiv ondulat (figura 8b) prezintă avantajul spălării întregii suprafețe absorbante de către fluidul purtător de căldură.

Figura 8a: Captator plan de energie solară cu suprafață absorbantă și serpentine de țeavă (Marinescu Cicerone Nicolaie, 2010)

Figura 8b: Captator plan de energie solară cu tole de oțel/aluminiu profilat și suprafață absorbantă (Marinescu Cicerone Nicolaie, 2010)

3.1.5. Panou plan de energie solară cu termoizolație securizată

Într-o perspectivă compusă, mai complexă, sistemul combinat de tole, cu suprafață ondulată și cu suprafață dispusă sub formă de dinți de fierăstrău, contribuie la extinderea variantelor bazate pe diferite forme geometrice ale subansamblelor în cauză (fig.9).

Figura 9: Captator plan de energie solară cu termoizolație securizată și suprafață absorbantă (Marinescu Cicerone Nicolaie, 2010)

Preocuparea continuă în acest segment de cercetare se întâlnește pentru obținerea de niveluri noi de randament și eficiență.

3.2. Descrierea panoului termosolar de tip termopan studiat

Conform invenției, panoul termosolar tip termopan, este alcătuit din patru foi de plexiglas, de aceleași dimensiuni ( 1, 3, 6 și 8) și mai multe fâșii de geam de aceeași grosime și lățime, lungimea fiind corespunzătoare locului unde se plasează. (vezi Anexa 1)

Se așează prima foaie de plexiglas (1) pe o masă de lucru, după care se

așează și se lipesc pe toate marginile acesteia fâșiile de geam cu un chit siliconic special sau cu ermetic format din material sticlos (11).

Se așează adeziv pe fâșiile de geam care sunt lipite la partea inferioară de

prima foaie de plexiglas (1) și se lipește a doua foaie de plexiglas (3) așezând-o peste fâșiile respective, astfel ȋncât conturul primei foi de plexiglas să fie la nivel cu conturul celei de-a doua foi de plexiglas.

Ȋn acest mod se obține prima cameră (2) a celulei termosolare din care se

va scoate aerul printr-un orificiu lăsat special ȋn acest scop, rezultând astfel formarea spațiului intermediar vidat, care dă caracterul izoterm al geamului tip termopan.

Ȋn continuare peste a doua foaie de plexiglas (3) se așează și se lipesc pe

toate marginile acesteia fâșiile de geam cu un chit siliconic special sau cu ermetic format din material sticlos.

Se așează adeziv pe fâșiile de geam care sunt lipite la partea inferioară de

cea de-a doua foaie de plexiglas (3), se introduce o grilă metalică (4) construită din diferite materiale și aliaje.

Se așează adeziv pe fâșiile de geam care sunt lipite la partea inferioară de a

doua foaie de plexiglas (3) și se lipește a treia foaie de plexiglas (6) care poate avea practicate două sau patru orificii de formă circulară, de mici dimensiuni și de același diametru, așezându-l peste fâșiile respective, astfel ȋncât conturul celei de-a doua foi de plexiglas (3) să fie la nivel cu conturul foii trei de plexiglas (6). Ȋnainte de a se așeza a treia foaie de plexiglas (6) se introduc racordurile din plastic (9) ȋn respectivele orificii și se lipesc de a treia foaie de plexiglas (6).

Cea de- a patra foaie de plexiglas (8) poate avea două sau patru orificii de

formă circulară, de aceleași dimensiuni și poziționate la aceleași cote dimensionale ca cele care se regăsesc la cea de treia foaie de plexiglas (6).

Peste al treilea geam (6) se așează și se lipesc pe toate marginile acestuia

fâșiile de geam cu un chit siliconic special sau cu ermetic format din material sticlos.

Se așează adeziv pe fâșiile de geam care sunt lipite la partea inferioară de

cea de-a treia foaie de plexiglas (6), se introduc racordurile din plastic (9) prin orificiile practicate ȋn a patra foaie de plexiglas (8). Se așeză a patra foaie de plexiglas (8) astfel ȋncât conturul ei să fie la nivel cu conturul celei de-a treia foi de plexiglas (6).

Ȋn continuare se lipesc racordurile din plastic (9) pe tot conturul lor cu chit

siliconic de suprafața celei de-a patra foi de plexiglas (8).

Ȋn final celula termosolară de tip termopan poate fi introdusă ȋn instalație,

iar camera centrală va fi umplută cu agentul termic (aerul) prin racordurile (9), care vor permite și circularea acestuia ȋn instalație.

Este foarte bine cunoscut, faptul că, în ultima vreme pentru o mai bună izolare termică și fonică a construcțiilor se folosesc ferestre tip termopan.

Prin urmare, ferestrele tip termopan sunt alcătuite din două rânduri de geam, având aceleași dimensiuni, distanțate uniform cu fâșii de geam, toate acestea fiind lipite între ele cu adeziv special astfel încât să existe un spațiu vidat, iar acestea se montează în tâmplărie metalică sau din PVC (policlorură de vinil), care reduce transmiterea căldurii, permițând economisirea unei mari cantități de energie.

De asemenea se cunosc panouri captatoare solare formate dintr-o cutie de tablă în care este montat un absorbant de energie solară.

Acest absorbant de energie solară este construit dintr-o tablă captatoare, ondulată sau cutată, peste care este montat un geam fixat cu ajutorul unui chit pentru etanșare a spațiului tablei cutate în care curge agentul de transfer, în contact cu ambele fețe ale tablei cutate.

Cu ajutorul unor rame prinse pe cutie se așeaza o folie și un alt geam formându-se între ele două spații etanșe, cu aer, pentru a se forma un efect de seră. Cutia este montată într-o carcasă izolatoare termic, prevazută cu dopuri de acces și sisteme de prindere care permit asamblarea panourilor pe o suprafață continuă.

Acest tip de panouri captatoare a energiei solare prezintă dezavantajul unui montaj complicat și cost mare.

Această celulă termosolara de tip termopan, conform invenției prezintă ȋn comparație cu alte tipuri de panouri solare, un preț foarte scăzut, iar producerea energiei termice se face ieftin, fără poluarea mediului înconjurător.

Celula termosolara de tip termopan conform invenției, poate fi folosită atât ca element de construcție eficient, cât și de sine stătător.

Se poate ȋncadra din punct de vedere dimensional, estetic și arhitectonic tuturor clădirilor civile și industriale, mai ales celor cu arhitectură modernă.

Prin urmare, montarea acestor celule termosolare nu necesită suporți, dar nici alocarea de spațiu ȋn plus, care de cele mai multe ori este necesar pentru alte tipuri de panouri solare. Astfel montarea se poate face pe orice tip de suprafață fie orizontală, verticală sau ȋnclinată ȋn orice unghi, care să se adapteze la orice tip de construcție, mai ales la cele cu pereți tip cortină, atât ȋn variantă fixă cât și ȋn variantă mobilă la uși exterioare vitrate, elemente de seră, ferestre fixe și mobile, păstrându-se totodată transparența necesară folosinței spațiului potrivit destinației.

Este posibilă intercalarea geamurilor tip termopan obișnuite cu celulele termo-solare, putându-se crea astfel, forme structurale și funcționale variabile, realizându-se o instalație modulară și eficientă a cărei funcționare poate fi stabilită ȋn funcție de cerințele beneficiarului, prin redirijarea agentului termic ȋn instalație.

Exemplul de realizare al prototipului este reprezentat ȋn figurile 10 și 11:

figura 10 reprezintă vederea spațială a celulei termosolare de tip termopan;

figura 11 reprezintă secțiunea transversală prin celula termosolară de tip

termopan.

Figura 10: Vedere spațială a celulei termo-solare de tip termopan

Figura 11: Secțiune transversală prin celula termo-solară de tip termopan

Ȋn figurile 10 și 11 notațiile reprezintă:

Legendă notații

3.3. Avantajele și dezavantajele utilizării energiei solare

Regenerarea energiei reprezintă esențialitate pentru avantajul competitiv general, dat de ocurența abundenței.

Astfel, este evitată emisia de gaze dioxidice afectante pentru climat și mediul înconjurător.

Sursa energetică solară este inepuizabilă, fiind și una din cele mai curate forme de energie. Cantitățile uriașe din această energie stau la baza tuturor proceselor naturale de pe planetă.

Captarea, conversia și stocarea energiei solare într-o anumită formă (căldură sau electricitate) sunt demersuri tehnologice specifice.

Energia solară se poate utiliza cu randamente maxime și investiții moderate pentru prepararea apei calde menajere, la încălzirea spațiilor de locuit și a piscinelor.

Energia solară reprezintă la nivel global cea mai eficientă sursă de încălzire a locuințelor.

Utilizarea energiei solare este o soluție de viitor, nepoluantă, independentă de creșterea prețului produselor petroliere, o alternativă la îndemână.

În fața unor neajunsuri majore previzibile, cum ar fi epuizarea rezervelor de combustibili fosili și distrugerea echilibrului ecologic, energia solară apare ca soluția cea mai probabilă de înlocuire a surselor de energie exploatate în prezent.

Din rândul avantajelor instalațiilor solare se enumeră:

→ asigură un grad ridicat de captare a energiei solare și amortizarea investiției se face rapid;

→ costurile sunt scăzute în comparație cu cele ale utilizării energiei convenționale; se crează o combinație între sisteme, micșorându-se astfel cheltuielile de-a lungul anului.

Resursele de cărbune, gaze naturale și petrol vor fi epuizate într-un viitor nu foarte îndepărtat.

Un impact benefic asupra procesului de valorificare a resurselor regenerabile îl are energia solară prin faptul că este gratuită, autonomă, inepuizabilă, ecologică (nepoluantă).

Pentru producere nu consumă nici un fel de combustibil.

Instalația solară nu necesită practic nici un fel de întreținere și nu este influențată în nici un fel de creșteri de preț.

Avantejele folosirii instalațiilor solare se regăsesc în situații apreciative precum:

→ panourile solare sunt ușor de montat;

→ sistemele solare au un grad de poluare zero;

→ un sistem solar are o perioadă lungă de funcționare, de peste 20 ani;

→ siguranță ridicată în instalare, menținere și întreținere (nu există pericol de foc, explozie);

→ prelungesc indirect viața sistemului de încălzire existent al locuinței; din luna aprilie până în noiembrie nu este necesară utilizarea încălzirii clasice;

→ costurile de instalare, menținere și întreținere sunt minime..

Avantajul complementar, pe lângâ esențialitatea dată de regenerare, este ocurența abundenței, însoțită de lipsa emisiei de gaze dioxidice în comparație cu cele din arderea combustibililor fosili.

Totuși, analize semnificative în domeniu, arată că pentru energia solară se identifică unele dezavantaje în fluxul său de utilizare, din rândul cărora, în principal, se amintesc următoarele:

→ se manifestă un grad ridicat de dependență a utilizării de anotimpurile anului, respectiv de anotimpul „mai luminos” (vara), de factorii atmosferici, de ciclul zi- noapte și latitudine;

→ majoritatea aplicațiilor energiei solare necesită extensie tehnologică prin adiționarea în fluxul general a dispozitivelor de stocare a energiei (baterii);

→ câmpul de radiații penetrante directe determină o relativă degradare a dispozitivelor de conversie.

3.4. Domenii de utilizare a panourilor solare

Printre domeniile de utilizare a principalelor tipuri de captatoare solare se numără:

Plane fară concentrarea radiației solare; sunt utilizate în domeniul temperaturilor de ordinul a 1000 C pentru temperatura ambiantă, și anume în instalațiile de încălzire și preparat apă caldă de consum, instalații de uscare și desalinizare precum și în alte instalații de conversie a energiei solare în energie termică.

Cu concentrator cilindro-parabolic, utilizate în domeniul temperaturilor de ordinul a 300-500 0C, și anume în instalații de producerea apei fierbinți sau a aburului de presiune ridicată;

Cu concentrator paraboloid de revoluție, utilizate în domeniul temperaturilor de ordinul a 600-9000 C și anume, în procesele tehnologice pentru descompunerea termică a unor substanțe, pentru producerea de lucru mecanic și energie electrică.

În sistem de concentrare a radiației cu heliostate si receptor turn utilizate în domeniul temperaturilor foarte ridicate (3000-5000°C) și anume la cercetarea de materiale și de dispozitive folosite la conversia energiei solare în energie termică și electrică, precum și la determinarea performanțelor diferitelor materiale la temperaturi înalte. (M. Ilina și colab., 1987)

În prezent, se folosește o mare diversitate de tipuri de captatoare solare, în tehnica instalațiilor de încălzire și preparat apă caldă de consum, precum și în soluționarea unor procese tehnologice.

Cele mai simple rămânând captatoarele plane, utilizate în domeniul temperaturilor moderate (< 100°C), iar cele mai complicate rămân captatoarele cu concentrator cilindro-parabolic, utilizate în domeniul temperaturilor ridicate (300-500°C) pentru producerea de agenți termici cu parametrii ridicați (abur cu presiune medie sau înaltă, apă fierbinte etc.). (Mărgărit, C., 2006).

3.5. Sinteza cadrului legislativ a cercetărilor în domeniul folosirii energiei termosolare

Directiva 2002/91/CE (22) este o reglementare comună și unică în domeniu. Are ca obiectiv principal îmbunătățirea performanței energetice a clădirilor și promovarea în cadrul țărilor UE, luând în considerare condițiile infrastructurale locale și parametrii climatici exteriori.

Pentru a obține un cost favorabil al exploatării, este necesar să se respecte cerințele climatului interior, astfel încât să se realizeze potențialul de reducere a consumurilor cu circa 25% din costul de reabilitare pentru instalațile energetice și 22% până în anul 2012 pentru stocul existent de clădiri (a cărei durată de viață este între 50 și 100 de ani).

Obiectivele propuse se încadrează în preocuparea de stabilire a performanței energetice integrate a clădirilor și a cadrului general pentru o metodologie de calcul comună, în plan regional sau național.

Se urmărește reducerea emisiilor de CO2 și totodată aplicarea pentru clădirile noi a unor standarde minime de performanță energetică. În cazul în care suprafețele clădirilor sunt mai mari de 1000 m2, înainte de construcție, se asigură economic, tehnic și pentru mediu, soluții alternative pe surse regenerabile de utilizare a energiei în sistem descentralizat.

În unele situații se utilizează și pompe de căldură, cu alimentarea în sistem CHP de district sau bloc, de cogenerare sau zonal, pentru răcire sau încălzire.

Atunci când sunt renovate clădirile mai mari de 1000 m2, performanța asigurată este regăsită în instalațiile existente și elementele de construcții.

Directiva 2004/8/CE are ca obiectiv creșterea eficienței energetice, urmând să se îmbunătățească securitatea în aprovizionarea cu energie, economia de energie primară, evitarea pierderilor din rețele și reducerea emisiilor, în special a gazelor cu efect de seră.

(Jurnalul Oficial al Uniunii Europene, 21.2.2004).

Liniile de acțiune sunt prin cogenerarea de mică putere, cu capacitate instalată sub 1 MWe, ce alimentează zone izolate sau la cereri de energie limitate în zone comerciale, rezidențiale și industriale.

În România, cadrul general în domeniu este stabilit de prevederile Legii nr.199/2000 (23), care precizează că politica națională de utilizare eficientă a energiei este parte integrantă a politicii energetice a statului.

Acest obiectiv se realizează prin creșterea eficienței energetice, reducerea consumului specific, introducerea sistemelor moderne de control și măsură, a tehnologiilor noi, și promovarea noilor surse de energie.

Se urmărește utilizarea aparatelor de măsură, perfecționarea iluminatului interior și reglarea consumului de energie.

Pentru clădirile existente în sistemul rezidențial și terțiar, conform OG nr.29/2000 (24), este necesară reabilitarea și modernizarea termică a acestora și a instalațiilor aferente, cu scopul de a îmbunătăți condițiile de igienă și confort termic și de a reduce pierderile de căldură, consumurile energetice, costurile de întreținere pentru încălzire și alimentare cu apă caldă menajeră.

Se urmărește reducerea emisiilor poluante generate de transportul, producerea și consumul de energie.

În special, măsurile vizează, blocurile de locuințe construite în perioada 1950-1990, pentru creșterea performanței energetice prin operațiuni realizate în scopul reducerii consumurilor și a pierderilor energetice și totodată în scopul creșterii eficienței energetice a clădirii.

Măsurile sunt incluse în programe anuale de acțiuni pentru reabilitarea termică, în conformitate cu OUG nr.174/2002 (25).

Se fundamentează măsurile speciale prin audit energetic și expertiză pentru izolarea termică a terasei, pereților exteriori, planșeului peste subsol.

Se desfășoară intervenții la armăturile și conductele cu pierderi din canalul/subsolul termic.

Pentru finanțarea cheltuielilor, fondurile necesare privind executarea lucrărilor, sunt în medie, 33% din fonduri aprobate anual cu această destinație în bugetele locale și din alte surse legal constituite, inclusiv fonduri ale Uniunii Europene, 34% din alocații de la bugetul de stat, și 33% din fondul de reparații al asociației de proprietari și din alte surse legal constituite, la care se adaugă fonduri ale Uniunii Europene.

Conform Legii nr.372/2005 (26) pentru locuințe unifamiliale, blocuri de locuințe, clădiri de învățământ, săli de sport, birouri, hoteluri și restaurante, spitale, clădiri pentru servicii de comerț și alte tipuri de clădiri consumatoare de energie trebuie stabilită performanța energetică a clădirii.

Pentru a răspunde necesităților legate de utilizarea normală a clădirii, se urmărește efectiv energia consumată sau estimată.

În principal, necesitățile includ, încălzirea, prepararea apei calde de consun, răcirea, iluminatul și ventilarea.

Astfel etapa de validare este reprezentată de eliberarea Certificatului de performanță energetică a clădirii.

Documentul tehnic atestă performanța energetică a unei clădiri și are caracter informativ.

În cazul clădirilor publice sau instituțiile care prestează servicii publice, certificatul valabil este afișat într-un loc vizibil și accesibil publicului.

Legea nr.372/2005 (26) stabilește că performanța energetică a clădirii se evidențiază și pe baza energiei efectiv consumată sau estimată pentru o exploatare necesară a clădirii (încălzirea, prepararea apei calde de consum, răcirea, ventilarea și iluminatul), în funcție de indicatorii:

→ izolația termică și caracteristicile tehnice ale clădirii și instalațiilor;

→ proiectarea și amplasarea clădirii în raport cu factorii climatici exteriori, expunerea la soare și influența clădirilor învecinate;

→ sursele proprii de producere a energiei și alți factori, inclusiv climatul interior al clădirii.

Astfel, ȋn domeniul energetic, art. 194 din TFUE stabilește că ȋn contextul instruirii și al funcționării pieței interne și din perspectiva necesității de a conserva și ȋmbunătăți mediul, politica Uniunii ȋn domeniul energiei urmărește, ȋn spiritul solidarității ȋntre statele membre: să asigure funcționarea pieței energiei, siguranța aprovizionării cu energie ȋn Uniune, promovarea eficienței energetice, precum și dezvoltarea de noi surse de energie și energii regenerabile. (Petrescu-Mag și R.M., 2011)

PARTEA a II-a. CERCETARE EXPERIMENTALĂ

Este abordată, din punct de vedere experimental, valorificarea energiei solare, cu ajutorul unui panou termosolar ce are ca element principal celula termosolară de tip termopan, care face parte din categoria captatoarelor fără concentrarea radiațiilor solare.

Astfel cercetările experimentale, s-au efectuat, ȋn Facultatea de Științe, panourile prototip și martor fiind montate pe acoperișul facultății, iar suprafața care a fost folosită drept „perete cortină” este de 75 m2, având o lungime (orizontală) de 15 m și o lățime (verticală) de 5 m.

Datele experimentale ȋnregistrate ȋn urma celor două zile de monitorizare (23.04.2014, respectiv 29.05.2014), au fost prelucrate ȋn cadrul Laboratorului de Energii Neconvenționale din cadrul Facultății de Științe (laborator independent energetic, urmărindu-se pe viitor realizarea unei independențe energetice la nivelul ȋntregii Facultăți).

Plecând de la acestă idee de independență energetică, am realizat prototipul studiat, pe baza căruia am determinat diverși parametrii.

Din punct de vedere experimental, lucrarea de față, urmărește monitorizarea parametrilor ca:

iluminarea atât ȋn fața panoului prototip cât și ȋn spatele acestui panou;

viteza agentului termic (aerul) care circulă atât ȋn panoul prototip cât și ȋn panoul martor;

temperatura agentului termic care circulă ȋn panoul prototip;

temperatura agentului termic care circulă ȋn panoul martor;

temperatura mediului ambiant.

precum și ȋnregistrarea ȋn cea de-a doua zi de măsurători a temperaturii la

suprafața celor două panouri.

Ȋn prima zi, 23.04.2014, s-au efectuat măsurători din 15 ȋn 15 minute, ȋncepând de la ora 0830 și sfârșind la ora 2030, notând totodată observațiile despre starea vremii.

Ȋn a doua zi, 29.05.2014, s-au efectuat măsuratori din 30 ȋn 30 de minute, ȋncepând de la ora 0900 și sfârșind la ora 1830, notând de asemenea și observațiile despre starea vremii.

Ȋn final s-au ȋntocmit tabele cu valorile parametrilor monitorizați, s-au realizat grafice, și s-au tras concluzii ȋn urma reprezentării grafice a acestor parametrii.

4. Baza conceptuală de modelare a sistemului solar termic folosind panoul termosolar de tip termopan

Panoul termosolar tip termopan, face parte din categoria captatoarelor fără concentrarea radiațiilor solare.

Ȋn figura 12 am prezentat panoul termosolar de tip termopan studiat:

Unitatea constructiv – funcțională solară este

de tipul captatorului plan.

Invenția (panou termosolar de tip termopan) conform figurii 13 se referă 1a o celulă termosolară de tip geam termopan, destinată captării undelor solare și transformării lor în energie termică nepoluantă folosită pentru încălzirea spațiilor utile din construcțiile de orice tip.

Figura 12 : Panou termosolar

de tip termopan

Ȋn figura 13 am reprezentat captarea radiației solare de către panoul termosolar studiat.

Figura 13: Captarea radiației solare de către panoul termosolar studiat

Prin urmare, celula termo-solară tip termopan, conform invenției, este un element multistratificat, alcătuit din patru foi de plexiglas 2.5 mm de aceleași dimensiuni, distanțate uniform și fixate între ele izoterm cu chit siliconic special, în sistem tip termopan, astfel încât se formează trei camere.

Camera centrală, are rol principal în preluarea energiei solare, este un spațiu vidat, cu efect hidro-termic, care conține un lichid transparent cu rol de agent termic, care poate fi apa simplă bine filtrată, a carui circulație se face prin intermediul unor racorduri hidraulice, etil glicolul, iar ȋn acest caz agentul termic este aerul. Ȋn spațiul respectiv, pentru a se ridica randamentul captării undelor solare, este introdusă o grilă din diferite metale și aliaje.

De o parte și de alta a camerei centrale se află câte o camera care are rol de barieră terrnică, acestea producând efectul de seră în interiorul celulei termo-solare. Prima camera (barieră termică) este concepută ca simplu geam (plexiglas 2.5 mm) tip termopan, având interiorui vidat, iar camera a doua (barieră termică) pe același principiu, având de asemenea interiorul vidat, find strabătută de două sau patru racorduri metalice, care au rolul de a asigura circulația agentului termic în camera centrală, respectiv în instalație. Printr-un racord intrând agentul termic la temperatură scazută în interiorul celulei termo- solare, iar prin celălalt racord iese agentul termic încălzit. Cele două racorduri se îmbină pe bază de filet cu instalația interioară a clădirii, îmbinarea putând fi fixă sau mobilă, în funcție de elementul de tâmplarie sau de construcția pe care se montează.

4.1. Monitorizarea și prelucrarea datelor experimentale

S-au ȋntocmit tabele cu valorile parametrilor monitorizați, s-au realizat grafice și

s-au tras concluzii ȋn urma reprezentării acestora.

Iluminarea este o mărime fotometrică, ce măsoară fluxul luminos total care cade

uniform pe unitatea de arie a unei suprafețe date. Prin urmare, fluxul luminos este un flux de energie radiantă evaluat ȋn funcție de senzația vizuală și se măsoară ȋn lumeni, iar unitatea de masură a iluminării ȋn SI este luxul.(www.engineering.upm.ro).

Ȋn cazul de față, suprafața monitorizată este reprezentată de panoul termosolar de tip termopan.

Tabel 7: Valorile ILUMINĂRII ȋn prima zi de monitorizare (Vezi Anexa 5)

Legendă OBS.: Ȋ.-ȋnsorit, Pred. ȋ.-predominant ȋnsorit, P. ȋ., n.- parțial ȋnsorit, nori pe alocuri, P. ȋ.-parțial ȋnsorit,

P.ȋ.u.v.-parțial ȋnsorit, ușoare adieri de vânt

Ȋn tabelul 7 sunt reprezentate valorile iluminării ȋn prima zi de monitorizare, efectuându-se măsurători atât ȋn fața panoului prototip cât și ȋn spatele acestuia.

Măsurarea iluminării este de tip instrumentală, realizându-se cu ajutorul unui luxmetru (Vezi Anexa 7).

Ȋn figura 14, am reprezentat grafic variația iluminării ȋn funcție de timp.

Din reprezentarea grafică se poate observa că iluminarea este ȋn continuă creștere până la ora prânzului, moment ȋn care se ȋnregistrează valoarea maximă a iluminării ȋn fața panoului la ora 1300 →1129 LX, iar ȋn spatele panoului se ȋnregistrează valoarea maximă a iluminării la ora 1145 → 476 LX. După care iluminarea scade treptat spre seară.

Figura 14: Variația iluminării ȋn funcție de timp (prima zi)

Ȋn tabelul 8, sunt reprezentate valorile iluminării ȋn cea de-a doua zi de monitorizare, efectuându-se măsurători atât ȋn fața panoului prototip cât și ȋn spatele acestuia, dupa cum urmează:

Tabel 8: Valorile ILUMINĂRII ȋn cea de-a doua zi de monitorizare (Vezi Anexa 6)

Legendă OBS.: Ȋ.-ȋnsorit, N.s.-nori sporadici, Pred. ȋ.-predominant ȋnsorit, Ȋnn- ȋnnorat, P- ploaie, Ȋnn. v.-ȋnnorat vânt

Ȋn figura 14, am reprezentat grafic, ca și ȋn cazul primei zile de monitorizare, variația iluminării ȋn funcție de timp.

Figura 14: Variația ILUMINĂRII ȋn funcție de timp (a doua zi)

Din reprezentarea grafică se poate observa că valoarea maximă a iluminării este atinsă la ora 1230, ȋn fața panoului cu 1162 LX, respectiv 484 LX ȋn spatele panoului.

La ora 1500, odată cu ȋnregistrarea unor precipitații, se ȋnregistrează doar o ușoară scădere a valoarii iluminării la 478 LX ȋn fața panoului, respectiv 105 LX ȋn spatele panoului. Ȋnsă la ora 1530, se ȋnregistrează din nou o creștere a iluminării la 484 LX ȋn fața panoului studiat, când afară este predominant ȋnsorit, după care scade treptat, până atinge pragul 0 LX la ora 1830, când se ȋnregistrează din nou precipitații.

Temperatura reprezintă un alt parametru ȋnregistrat pe parcursul celor două zile de

măsurători. Aceasta reprezintă un parametru de stare fundamental, care vine să caracterizeze starea termică a unui corp. Ȋn cazul de față, am ȋnregistrat temperatura agentului termic (aerul) din panourile prototip și martor, de asemenea am ȋnregistrat temperatura mediului ambiant, (tabelele 9, 10).

Tabel 9: Valorile temperaturilor ȋn prima zi de monitorizare (Vezi Anexa 5)

Legendă OBS. : Ȋ.-ȋnsorit, Pred. ȋ.-predominant ȋnsorit, P. ȋ., n.- parțial ȋnsorit, nori pe alocuri, P. ȋ.-parțial ȋnsorit

P.ȋ.u.v.-parțial ȋnsorit, ușoare adieri de vânt

Aceste ȋnregistrări de temperatură, s-au realizat cu ajutorul unor termometre electronice (Vezi Anexa 8).

Ȋn figura 15 am reprezentat grafic variația temperaturii agentului termic din panoul prototip și panoul martor și temperatura mediului ambiant, pe parcursul primei zile de monitorizare.

Figura 15: Variația temperaturii ȋn funcție de timp (prima zi)

Din reprezentarea grafică se poate observa că temperatura agentului termic este ȋn creștere până după-amiază, după care scade treptat spre seară.

Se ȋnregistrează la ora 1300, temperatura maximă a agentului termic din panoul martor (57,8 0C) respectiv din panoul prototip (56,80C), când ȋn mediul ambiant se ȋnregistra temperatura maximă de 240C. Agentul termic din panoul martor ȋnregistrează pe tot parcursul zilei temperaturi mai ridicate, ȋn comparație cu temperatura agentului termic din panoul studiat. Acest lucru se ȋntamplă datorită faptului că panoul martor este opac și captează toată energia solară, spre deosebire de panoul prototip prin care trece o parte din energia solară.

Putem observa că suprafața cuprinsă ȋntre variația temperaturii panourilor și variația temperaturii mediului ambiant reprezintă energia termică captată de panourile termo-solare prototip și martor.

Ȋn tabelul 10, am ȋnregistrat temperatura agentului termic din panouri și temperatura mediului ambiant din cea de-a doua zi de monitorizare, după cum urmează:

Tabel 10: Valorile temperaturilor ȋn cea de-a doua zi de monitorizare (Vezi Anexa 6)

Legendă OBS.: Ȋ.-ȋnsorit, N.s.- nori sporadici, Pred.ȋ.- predominant ȋnsorit, Ȋnn.- ȋnnorat, P.- ploaie,

Ȋnn. v.- ȋnnorat, vânt

Ȋn figura 16 am reprezentat grafic variația temperaturii agentului termic din panoul prototip și panoul martor și temperatura mediului ambiant, din cea de-a doua zi de monitorizare, după cum urmează:

Figura 16: Variația temperaturii ȋn funcție de timp (a doua zi)

Din reprezentarea grafică se poate observa că temperaturile agenților termici din cele două panouri variază; ca și ȋn prima zi de monitorizare, agentul termic din panoul martor ȋnregistrează pe tot parcursul zilei temperaturi mai ridicate, ȋn comparație cu temperatura agentului termic din panoul studiat.Valoarea cea mai mare a temperaturii agentului termic este ȋnregistrată la ora 1230 atât ȋn panoul martor → 55,20C cât și ȋn panoul prototip → 54,20C.

Temperaturile agentului termic din panouri, scad treptat spre seară.

Este important de cunoscut, că suprafața cuprinsă ȋntre variația temperaturii panourilor și variația temperaturii mediului ambiant reprezintă energia termică captată de panourile termo-solare prototip și martor.

Ȋn cea de-a doua zi de monitorizare a parametrilor, am efectuat pe lângă măsurătorile menționate și ȋnregistrări ale temperaturii la nivelul suprafeței celor două panouri, după cum urmează ȋn tabelul următor:

Tabel 11: Valorile temperaturilor la suprafața panourilor prototip și martor

Legendă OBS.: Ȋ.-ȋnsorit, N.s.- nori sporadici, Pred.ȋ.- predominant ȋnsorit, Ȋnn.- ȋnnorat, P.- ploaie,

Ȋnn. v.- ȋnnorat, vânt

Aceste ȋnregistrări de temperatură, s-au realizat cu ajutorul unui termometru digital ȋn infraroșu cu marker laser (Vezi anexa 9).

Ȋn figura 17 am reprezentat grafic variația temperaturii la suprafața celor două panouri monitorizate:

Figura 17: Variația temperaturii la suprafața celor două panouri ȋn funcție de timp

Din reprezentarea grafică se poate observa că temperatura ȋnregistrată la suprafața panoului prototip este mai mică, ȋn comparație cu temperatura la suprafața panoului martor. Acest lucru se datorează caracteristicilor structurale ale panourilor, panoul prototip permițând trecerea luminii prin el, iar panoul martor este opac, captând toată energia luminoasă; ceea ce duce la o creștere a temperaturii la suprafața panoului martor.

Se ȋnregistrează la ora 1230, maximul de temperatură, 390 C la suprafața panoului prototip, respectiv 43,70 C la suprafața panoului martor.

Viteza agentului termic din cele două panouri, este un alt parametru ȋnregistrat.

Camera centrală a acestor panouri, are rol principal ȋn preluarea energiei solare, fiind un spațiu vidat, cu efect termic, care conține ȋn ambele cazuri drept agent termic aerul.

Atât panoul prototip de tip termopan cât și panoul martor, prezintă drept agent termic aerul, a cărui viteză este determinată instrumental cu ajutorul unui anemometru digital (Vezi anexa 10).

Ȋn tabelul 11, am ȋnregistrat viteza agentului termic (aer) din cele două panouri, ȋn cele două zile de monitorizare, după cum urmează:

Tabel 11: Valorile vitezei agentului termic, din panoul prototip și panoul martor

Ȋn figura 18, am reprezentat grafic variația vitezei agentului termic din cele două panouri ȋn prima zi de monitorizare ȋn funcție de timp:

Figura 18: Variația vitezei agentului termic ȋn funcție de timp (prima zi)

Din reprezentarea grafică, se poate observa că ȋn cazul panoului martor se ȋnregistrează pe tot parcursul orelor de monitorizare valori mai mari ale vitezei agentului termic (aer), ȋn comparație cu panoul prototip.

Astfel la ora 1400 se inregistrează viteza maximă a agentului termic ȋn panoul martor de 1,30 m/s; tot la ora 1400 se ȋnregistrează și ȋn panoul prototip viteza maximă a agentului termic de 0,97 m/s. Aceste viteze ale agentului termic s-au ȋnregistrat la o temperatura a mediului ambiant de 240C, ȋn prezența unor ușoare adieri de vânt și fiind preponderent ȋnsorit.

Figura 19: Variația vitezei agentului termic ȋn funcție de timp (a doua zi)

Din reprezentarea grafică (figura 19), se poate observa variația vitezei agentului termic ȋn cea de-a doua zi de monitorizare a parametrilor, și ȋn acest caz, viteza agentului termic ȋn panoul martor este mai mare decât viteza agentului termic ȋnregistrată ȋn panoul prototip.

La ora 1300, când ȋn mediul ambiant se ȋnregistra temperatura de 220C, fiind ȋnnorat și vânt, s-a ȋnregistrat cu ajutorul anemometrului digital, un maxim al agentului termic ȋn panoul martor de 1,2 m/s, iar ȋn panoul prototip o viteză a agentului termic de 0,93 m/s la ora 0900 respectiv ora 1300.

Se poate observa că viteza agentului termic din panoul prototip scade și crește ȋn același timp cu viteza agentului panoului martor, acest lucru realizându-se ȋn ambele zile de monitorizare a parametrilor.

PARTEA a III-a

5. Concluzii generale

Pe plan național și mondial continuă preocuparea pentru captarea și stocarea undelor solare și transformarea lor în energie termică nepoluantă.

Este cunoscut faptul că în ultima vreme, pentru o mai bună izolare termică și fonică a construcțiilor se folosesc ferestre tip termopan.

Studiul evidențiază importanța monitorizării principalilor parametrii ai panoului termosolar de tip termopan.

Ȋn urma prelucrării datelor obținute s-au remarcat următoarele:

ȋn cazul iluminării, ȋn data de 23.04.2014, s-a ȋnregistrat un maxim la ora 1300 de

1129 LX iluminarea ȋn fața panoului, cu o temperatură a mediului ambiant de 250 C (parțial ȋnsorit, nori pe alocuri), respectiv 476 LX iluminarea ȋn spatele panoului la ora 1145, cu o temperatură a mediului ambiant de 220 C, iar minimul s-a ȋnregistrat la ora 1815 de 160 LX ȋn fața panoului, cu o temperatură a mediului ambiant de 190 C (parțial ȋnsorit, ușoare adieri de vânt), respectiv 106 LX ȋn spatele panoului la ora 1700, cu o temperatură a mediului ambiant de 230 C (parțial ȋnsorit, ușoare adieri de vânt). Ținând cont de valorile minime ȋnregistrate atât ȋn cazul iluminării ȋn fața panoului după ora 1830 cât și ȋn spatele panoului după ora 1715, se ȋnregistrează valoarea 0 LX, acest lucru se datorează faptului că panoul este ȋnclinat la 450 spre sud.

Ȋn data de 29.05.2014, un maxim al iluminării ȋn fața panoului se ȋnregistrează la

ora 1230 de 1162 LX, iar maximul de iluminare ȋn spatele panoului se ȋnregsistrează tot la ora 1230 de 484 LX, cu o temperatură a mediului ambiant de 240 C (ȋnsorit). Ȋn cazul minimului ȋnregistrat, avem o iluminare de 111 LX ȋn fața panoului la ora 1800, cu o temperatură a mediului ambiant de 180 C (ploaie), respectiv 73 LX ȋn spatele panoului la ora 1700, cu o temperatură a mediului ambiant de 190 C (ȋnnorat). Ca și ȋn cazul primei zile de monitorizare a acestor parametrii, panoul fiind poziționat la 450 spre sud, după ora 1700 se ȋnregistrează valoarea 0 LX ȋn spatele panoului și la ora 1830 valoarea 0 LX ȋn fața panoului.

ȋn ceea ce privește temperatura agentului termic din panoul prototip, ȋn data de

23.04.2014, s-a ȋnregistrat un maxim al acesteia de 56,80 C la ora 1300, cu o temperatură a mediului ambiant de 250 C (parțial ȋnsorit, nori pe alocuri) și un minim de 20,50 C la ora 2030, cu o temperatură a mediului ambiant de 180 C (predominant ȋnsorit), fiind și ultima ȋnregistrare din ziua respectivă. Având ȋn vedere aceste ȋnregistrări ale temperaturii agentului termic (aerul) din panoul prototip, reiese că temperatura crește până ȋn jurul prânzului, după care scade treptat spre seară, fiind urmată curba soarelui.

Ȋn data de 29.05.2014, s-a ȋnregistrat un maxim al temperaturii agentului termic de 54,20 C la ora 1230, cu o temperatură a mediului ambiant de 240 C (ȋnsorit) și un minim de 27,90 C la ora 1830, cu o temperatură a mediului ambiant de 180 C (ploaie). Ca și ȋn prima zi de monitorizare a temperaturii agentului termic, aceasta crește până spre după-amiază, după care scade spre seară.

cu privire la viteza agentului termic din panoul prototip (agent termic ce intră prin

racordul din plastic cu diametrul de 6,6 cm), ȋn data de 23.04.2014, se ȋnregistrează un maxim de 0,97 m/s la ora 1400, cu o temperatură a mediului ambiant de 240 C (ȋnsorit, ușoare adieri de vânt) și un minim de 0,69 m/s la ora 0830, cu o temperatură a mediului ambiant de 130C (ȋnsorit).

Ȋn data de 29.05.2014, s-a ȋnregistrat un maxim al vitezei agentului termic de 0,93 m/s atât la ora 0900 (cu o temperatură a mediului ambiant de 140 C, ȋnsorit) cât și la ora 1300 (cu o temperatură a mediului ambiant de 220 C, ȋnnorat vânt), iar minimul de 0,67 m/s s-a ȋnregistrat la ora 1600, cu o temperatură a mediului ambiant de 200 C fiind predominant ȋnsorit.

Adoptând ca soluție de captare a energiei solare, schimbarea geamurilor termopan din cadrul pereților cortină, în panouri termosolare de tip termopan, se ajunge la concluziile următoare:

→ un sistem de producere a energiei termice nepoluante;

→ un cost redus în comparație cu prețul panourilor solare cunoscute;

→ posibilitatea de a fi folosit ca element de construcție de sine stătător și eficient;

→ posibilitatea de a fi adaptat la orice tip de construcție fixă ca de exemplu pereți cortină, ori element de construcție mobilă ca de exemplu ferestre, uși;

→ de asemenea posibilitatea de a fi folosit în combinație cu ferestre tip termopan obișnuite, alcătuite dintr-o singură cameră vidată, realizându-se o instalație modulară și eficientă a cărei funcționare poate fi stabilită în funcție de cerințele beneficiarului, prin redirijarea agentului termic în instalație.

→ un sistem destinat captării undelor solare și transformării lor în energie termică nepoluantă care poate fi folosită la încălzirea spațiilor utile din construcțiile de orice tip.

Acest panou termosolar de tip termopan a demonstrat posibilitatea utilizării ȋn scopul captării undelor solare, transformării acestora în energie termică nepoluantă, care poate fi folosită la încălzirea spațiilor din construcțiile de orice tip.

Bibliografie

Articole:

Andresen Gorm B., Rodriguez Rolando A. , Becker Sarah, Greiner Martin, 2014, “The potential for arbitrage of wind and solar surplus power in Denmark”, Original Research Energy.

Bhattacharya S.C., Chinmoy Jana, 2009, “Renewable energy in India: Historical developments and prospects “ Original Research Article Energy, Vol. 34, pp. 981-991.

Cruz-Peragon F., Palomar J.M., Casanova P.J., Dorado M.P., Manzano-Agugliaro F., 2012, “Characterization of solar flat plate collectors”, Review Article “Renewable and Sustainabile Energy Reviews”, Vol. 16, pp. 1709-1720.

Dușmănescu Dorel, Jean Andrei, Jonel Subic, 2014, “Scenario for Implementation of Renewable Energy Sources in Romania” Original Research Article “Procedia Economics and Finance”, Vol. 8, pp. 300-305.

Energy Research Centre of the Netherlands (coordinator), 2011 :Cost-efficient and sustainable deployment of Renewable Energy Sources (RES) towards the EU 20% target by 2020, and beyond (RES4LESS).

Gordon Jeffrey M., 2001, “Solar energy engineering: A mini-revolution in Israel”, Vol. 2, pp. 34-37.

Grec Aurica, Ardelean Dorina, Roșu Alexandra, september 2012, “Renewable Energy- a sustainable and cleaner resource. Case study for Romania”, Environmental Engineering and Management Journal, Vol. 11, Nr. 9, “Gheorghe Asachi” Tehnical Univerity of Iași, România.

Jacques de L. (col), 2010, „Potential of Solar Add-Ons Coal-Fired Power Plants-Evaluation of Different Combination Concepts, -Solar Power Group Germany, – Conference of Renewable Energy World Europe, Amsterdam”.

Lauterbach C., Schmitt B., Jordan U., Vajen K., September 2012, “ The potential of solar heat for industrial processes in Germany”, Review Article “Renewable and Sustainabile Energy Reviews”, Vol. 16, pp. 5121-5130

Liming Huang, 2007, “A study of China-India cooperation in renewable energy field”, Review Article Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 11, pp. 1739-1757.

Meza Carlos, 2014, “A review on the Central America electrical energy scenario”, Review Article “Renewable and Sustainabile Energy Reviews”, Vol. 33, pp. 566-577.

Montoya Francisco G., Aguilera Maria J., Manzano-Agugliaro Francisco, 2014, “Renewable energy production in Spain”, Review Article “Renewable and Sustainabile Energy Reviews”, Vol 33, pp. 509-531.

Nieuwoudt M.N., Mathews E.H., 2005, “A mobile solar water heater for rural housing in Southern Africa”, Original Research Article “Building and Environment”, Vol. 40, pp. 1217-1234.

Panwar N.L., Kaushik S.C., Kothari Surendra, 2011, “Renewable and Sustainable Energy Reviews”, Vol. 15, pp. 1513-1524.

Serale Gianluca, Baronetto Sara, Goia Francesco, Perino Marco, 2014, “Characterization and Energy Performance of a Slurry PCM-based Solar Thermal Collector: A Numerical Analysis”, Original Research Article “Energy Procedia”, Vol. 48, pp. 223-232.

Smith Don C., 2006, “California Solar Initiative: Increasing the uptake of solar technologies in the US”, Original Research Article Refocus, Vol. 7, pp. 54, 56-57.

Thuillier Gérard, 2001, “Les relations entre le Soleil et la Terre”, Review Article “Comptes Rendus de l'Académie des Sciences – Series IIA – Earth and Planetary Science”, Vol. 333, pp. 311-328.

Woolfson Michael M., 2000, “ The Origin and Evolution of Solar System”, pp. 156-163.

Cărți:

Anghel Sorin și Giosanu Daniela, 2010, “Fizica si poluarea atmosferei” Editura Universității din Pitești.

Câmpeanu, V., 2007, „Reducerea consumului de energie termică în clădirile din Uniunea Europeană și România prin sisteme de termoviziune”, Institutul de Economie Mondială, București.

Câmpeanu, V. (coord.), 2007, „ Energia și Dezvoltarea Durabilă a României”, Ed. Academiei Române, IEM, București.

Chisăliță, D., 2006, “ Locul clădirilor în contextul dezvoltării durabile”, BCISME, Ed. Risoprint, Cluj Napoca.

Chisăliță, D., 2005,“ Considerente privind încălzirea locuințelor și prepararea apei calde menajere, Revista Instalatorul, București, nr.7.

Cocora Octavia, Berbecaru Dan, 2004, “Utilizarea eficientă a energiei ȋn cladiri”, Editura ALMA MATER, Sibiu.

Dănescu, Bucurenciu Al.,, Petrescu S.,, St., 1980 “Utilizarea energiei solare”, Ed. Tehnică, București.

Fara, V.L., Georgescu, R., 1982 , “Conversia energiei solare în energie termică”, Ed. Științifică și Enciclopedică, București.

Herzag, Th. (ed.), 1996 , “ Solar Energy in Architecture and Urban Planning”, Prestel Publishing.

Ilina M., Bandrabur C., Dancea N., 1987, ”Energii neconventionale utilizate in constructii”, Ed Tehnică, Bucuresti.

Ionescu C., 2005 “Performanța energetică a clădirilor, Revista Măsuri și Automatizări”, nr. 5, București.

Malinovschi Viorel, 2009, “Fizică atomică și nucleară”, Editura Universității din Pitești.

Marinescu Cicerone Nicolaie, 2010, “Eco-Tehnologizarea arhitecturala si regimul termosolar in constructii”, Ed. Infomin.

Marinescu Cicerone Nicolaie, (col), 2010, “Balanced Insulation of the Buildings to Maintain a Thermal Regime of Convenționally Favorable Comfort”, FOREN, Neptun.

Marinescu Cicerone Nicolaie,2008, “Tendințe actuale pentru sistemele de energii neconvenționale”, Revista Minelor, București, nr.7.

Marinescu Cicerone Nicolaie, (col), 2010, “Expression of the Tehnical and Thermal Comfort of the Buildings, FOREN, Neptun.

Mărgărit, C., 2006, “Energia regenerabilă între complementaritate și alternativă”, Ed. Cetatea de Scaun, Târgoviște.

Mladin, E.C. (col), 2001, ”Tehnica auditului energetic pentu clădiri”, Ed. MatrixRom, București.

Păulescu M., 2005, “Modelarea si estimarea energiei solare” Ed. MatrixROM, București.

Petrescu-Mag, R.M., 2011, „Protecția mediului ȋn contextul dezvoltării durabile. Legislație și instituții”, Ed. Bioflux, Cluj-Napoca.

Zaides Emilian Petre și Zaides Ioana Alina, 2001 “Conversia energiei. Tehnologii și resurse” vol II, Editura ICPE București.

Yannas, S., Maldonado, E. (ed.), 1998, “Environmentally Friendly Cities- Proceedings Passive and Low Energy Arhitecture”, Lisabon.

*** EU Structural Fundy for Renewable Energy in Forse – Europe, Updated – july 2006.

*** Legea nr.199 din 13 noiembrie 2000 privind utilizarea eficientă a energiei.

*** Ordonanța guvernamentală nr. 29 din 31.01.2000 privind reabilitarea termică a fondului construit existent și stimularea economisirii energiei termice.

*** Ordonanța de urgență nr. 174 din 9 decembrie 2002 privind instituirea măsurilor speciale pentru reabilitarea termică a unor clădiri multietajate (publicată în Monitorul Oficial al României nr. 890 din 9 decembrie 2002).

*** Legea 372/2005 privind Performanța energetică a clădirilor.

Adrese de web-siteuri:

universul.weebly.com

http://www.wmo.int/pages/themes/weather/index_en.html

http://www.eoearth.org/view/article/151662/

http://www.iea.org/

http://www.engineering.upm.ro/masterie/mse/mat_did/elen071/bil_cladiri/CAPITOLUL%20VIII.pdf

ANEXA 1

ANEXA 2

ANEXA 3

ANEXA 4

ANEXA 7

ANEXA 8

ANEXA 9

ANEXA 10

Bibliografie

Articole:

Andresen Gorm B., Rodriguez Rolando A. , Becker Sarah, Greiner Martin, 2014, “The potential for arbitrage of wind and solar surplus power in Denmark”, Original Research Energy.

Bhattacharya S.C., Chinmoy Jana, 2009, “Renewable energy in India: Historical developments and prospects “ Original Research Article Energy, Vol. 34, pp. 981-991.

Cruz-Peragon F., Palomar J.M., Casanova P.J., Dorado M.P., Manzano-Agugliaro F., 2012, “Characterization of solar flat plate collectors”, Review Article “Renewable and Sustainabile Energy Reviews”, Vol. 16, pp. 1709-1720.

Dușmănescu Dorel, Jean Andrei, Jonel Subic, 2014, “Scenario for Implementation of Renewable Energy Sources in Romania” Original Research Article “Procedia Economics and Finance”, Vol. 8, pp. 300-305.

Energy Research Centre of the Netherlands (coordinator), 2011 :Cost-efficient and sustainable deployment of Renewable Energy Sources (RES) towards the EU 20% target by 2020, and beyond (RES4LESS).

Gordon Jeffrey M., 2001, “Solar energy engineering: A mini-revolution in Israel”, Vol. 2, pp. 34-37.

Grec Aurica, Ardelean Dorina, Roșu Alexandra, september 2012, “Renewable Energy- a sustainable and cleaner resource. Case study for Romania”, Environmental Engineering and Management Journal, Vol. 11, Nr. 9, “Gheorghe Asachi” Tehnical Univerity of Iași, România.

Jacques de L. (col), 2010, „Potential of Solar Add-Ons Coal-Fired Power Plants-Evaluation of Different Combination Concepts, -Solar Power Group Germany, – Conference of Renewable Energy World Europe, Amsterdam”.

Lauterbach C., Schmitt B., Jordan U., Vajen K., September 2012, “ The potential of solar heat for industrial processes in Germany”, Review Article “Renewable and Sustainabile Energy Reviews”, Vol. 16, pp. 5121-5130

Liming Huang, 2007, “A study of China-India cooperation in renewable energy field”, Review Article Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 11, pp. 1739-1757.

Meza Carlos, 2014, “A review on the Central America electrical energy scenario”, Review Article “Renewable and Sustainabile Energy Reviews”, Vol. 33, pp. 566-577.

Montoya Francisco G., Aguilera Maria J., Manzano-Agugliaro Francisco, 2014, “Renewable energy production in Spain”, Review Article “Renewable and Sustainabile Energy Reviews”, Vol 33, pp. 509-531.

Nieuwoudt M.N., Mathews E.H., 2005, “A mobile solar water heater for rural housing in Southern Africa”, Original Research Article “Building and Environment”, Vol. 40, pp. 1217-1234.

Panwar N.L., Kaushik S.C., Kothari Surendra, 2011, “Renewable and Sustainable Energy Reviews”, Vol. 15, pp. 1513-1524.

Serale Gianluca, Baronetto Sara, Goia Francesco, Perino Marco, 2014, “Characterization and Energy Performance of a Slurry PCM-based Solar Thermal Collector: A Numerical Analysis”, Original Research Article “Energy Procedia”, Vol. 48, pp. 223-232.

Smith Don C., 2006, “California Solar Initiative: Increasing the uptake of solar technologies in the US”, Original Research Article Refocus, Vol. 7, pp. 54, 56-57.

Thuillier Gérard, 2001, “Les relations entre le Soleil et la Terre”, Review Article “Comptes Rendus de l'Académie des Sciences – Series IIA – Earth and Planetary Science”, Vol. 333, pp. 311-328.

Woolfson Michael M., 2000, “ The Origin and Evolution of Solar System”, pp. 156-163.

Cărți:

Anghel Sorin și Giosanu Daniela, 2010, “Fizica si poluarea atmosferei” Editura Universității din Pitești.

Câmpeanu, V., 2007, „Reducerea consumului de energie termică în clădirile din Uniunea Europeană și România prin sisteme de termoviziune”, Institutul de Economie Mondială, București.

Câmpeanu, V. (coord.), 2007, „ Energia și Dezvoltarea Durabilă a României”, Ed. Academiei Române, IEM, București.

Chisăliță, D., 2006, “ Locul clădirilor în contextul dezvoltării durabile”, BCISME, Ed. Risoprint, Cluj Napoca.

Chisăliță, D., 2005,“ Considerente privind încălzirea locuințelor și prepararea apei calde menajere, Revista Instalatorul, București, nr.7.

Cocora Octavia, Berbecaru Dan, 2004, “Utilizarea eficientă a energiei ȋn cladiri”, Editura ALMA MATER, Sibiu.

Dănescu, Bucurenciu Al.,, Petrescu S.,, St., 1980 “Utilizarea energiei solare”, Ed. Tehnică, București.

Fara, V.L., Georgescu, R., 1982 , “Conversia energiei solare în energie termică”, Ed. Științifică și Enciclopedică, București.

Herzag, Th. (ed.), 1996 , “ Solar Energy in Architecture and Urban Planning”, Prestel Publishing.

Ilina M., Bandrabur C., Dancea N., 1987, ”Energii neconventionale utilizate in constructii”, Ed Tehnică, Bucuresti.

Ionescu C., 2005 “Performanța energetică a clădirilor, Revista Măsuri și Automatizări”, nr. 5, București.

Malinovschi Viorel, 2009, “Fizică atomică și nucleară”, Editura Universității din Pitești.

Marinescu Cicerone Nicolaie, 2010, “Eco-Tehnologizarea arhitecturala si regimul termosolar in constructii”, Ed. Infomin.

Marinescu Cicerone Nicolaie, (col), 2010, “Balanced Insulation of the Buildings to Maintain a Thermal Regime of Convenționally Favorable Comfort”, FOREN, Neptun.

Marinescu Cicerone Nicolaie,2008, “Tendințe actuale pentru sistemele de energii neconvenționale”, Revista Minelor, București, nr.7.

Marinescu Cicerone Nicolaie, (col), 2010, “Expression of the Tehnical and Thermal Comfort of the Buildings, FOREN, Neptun.

Mărgărit, C., 2006, “Energia regenerabilă între complementaritate și alternativă”, Ed. Cetatea de Scaun, Târgoviște.

Mladin, E.C. (col), 2001, ”Tehnica auditului energetic pentu clădiri”, Ed. MatrixRom, București.

Păulescu M., 2005, “Modelarea si estimarea energiei solare” Ed. MatrixROM, București.

Petrescu-Mag, R.M., 2011, „Protecția mediului ȋn contextul dezvoltării durabile. Legislație și instituții”, Ed. Bioflux, Cluj-Napoca.

Zaides Emilian Petre și Zaides Ioana Alina, 2001 “Conversia energiei. Tehnologii și resurse” vol II, Editura ICPE București.

Yannas, S., Maldonado, E. (ed.), 1998, “Environmentally Friendly Cities- Proceedings Passive and Low Energy Arhitecture”, Lisabon.

*** EU Structural Fundy for Renewable Energy in Forse – Europe, Updated – july 2006.

*** Legea nr.199 din 13 noiembrie 2000 privind utilizarea eficientă a energiei.

*** Ordonanța guvernamentală nr. 29 din 31.01.2000 privind reabilitarea termică a fondului construit existent și stimularea economisirii energiei termice.

*** Ordonanța de urgență nr. 174 din 9 decembrie 2002 privind instituirea măsurilor speciale pentru reabilitarea termică a unor clădiri multietajate (publicată în Monitorul Oficial al României nr. 890 din 9 decembrie 2002).

*** Legea 372/2005 privind Performanța energetică a clădirilor.

Adrese de web-siteuri:

universul.weebly.com

http://www.wmo.int/pages/themes/weather/index_en.html

http://www.eoearth.org/view/article/151662/

http://www.iea.org/

http://www.engineering.upm.ro/masterie/mse/mat_did/elen071/bil_cladiri/CAPITOLUL%20VIII.pdf

ANEXA 1

ANEXA 2

ANEXA 3

ANEXA 4

ANEXA 7

ANEXA 8

ANEXA 9

ANEXA 10