activitate de cercetare proiectare adaugat an 2

72
Activitate de cercetare si proiectare Studiu privind realizarea sistemului de incalzire pentru un ansamblu rezidential utilizand energii regenerabile - ACP II  Darius Salaci Mihai Satmarean

Upload: darius-salaci

Post on 03-Jun-2018

228 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 1/72

Activitate de cercetare si proiectare

Studiu privind realizarea sistemului de incalzire

pentru un ansamblu rezidential utilizand energii

regenerabile

-  ACP II – 

Darius Salaci Mihai Satmarean

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 2/72

Activitate de cercetare si proiectare

CUPRINS

INTRODUCERE .......................................................................................................................................................... 1 

1.TIPURI DE ENERGII REGENERABILE: ............................................................................................................... 2 

1.1.1. Energia solara  ................................................................................................................................ 2

1.1.2 Energia geotermala:  ....................................................................................................................... 4

1.1.3 Energia apei:  ................................................................................................................................... 6

1.1.4 Energia eoliana  ................................................................................................................................ 6

2 SISTEMUL CLASIC DE INCALZIRE AL ANSAMBLURILOR REZIDENTIALE ............................................... 8 

2.1 Incalzirea locala  ...........................................................................................................................8 

2.2 Incalzirea cu apa calda si fierbinte ................................................................................................9 

3 SISTEME DE INCALZIRE CU RESURSE REGENERABILE............................................................................ 11 

3.1 Sisteme de incalzire cu energie geotermala................................................................................. 11 

3.1.1 Incalzirea directa a spatiilor  ......................................................................................................... 11

3.1.2 Termoficare  .................................................................................................................................. 13

3.1.3. Instalatia geotermala in bucle  ..................................................................................................... 18

3 1 3 1 Bucle deschise si inchise  ........................................................................................................ 193 1 3 2 Bucle verticale  ........................................................................................................................ 19

3 1 3 3 Bucle orizontale  ..................................................................................................................... 20

3.2 Sisteme de incalzire utilizand energia solara. .............................................................................. 20 

3 2 1 R adiatia solara la suprafata Pamântului ...................................................................................... 23

3.2.2 Date meteorologice necesare stabilirii potentialului de energie solara la suprafata Pamântului

  ................................................................................................................................................................ 24

3.2.3 Aportul anual de energie adus de radiatia solara  ....................................................................... 25

3.2.4 Caracterul variabil al radiat iei solare  .......................................................................................... 29

3.3 Sistemul pasiv ........................................................................................................................... 30 

3.4. Sisteme active ........................................................................................................................... 32 

3.4.1 Subsistemul colector=  .................................................................................................................. 35

3.4.2 Colectoare plane  ............................................................................................................................ 37

3.4.3 Colectoare cu tuburi vidate  .......................................................................................................... 39

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 3/72

Activitate de cercetare si proiectare

3.5 Subsistemul de transfer de caldura si stocarea energiei .............................................................. 53 

3.5.1 Subsistemul de energie auxiliar  .................................................................................................. 54

3.5.1 Subsistemul de distributie  ........................................................................................................... 55

3.6 Centrale solare ........................................................................................................................... 55 

3.6.1 Centrale solare cu campuri de colectoare .................................................................................... 563.6.2 Centrale solare cu jgheaburi parabolice  ...................................................................................... 56

3.6.3 Centrale cu turn solar  ................................................................................................................... 57

3.6.4 Centrale cu oglinzi parabolice  ...................................................................................................... 58

4. UTILIZAREA POMPELOR DE CALDURA IN INSTALATIILE DE INCALZIRE ........................................... 59 

4.1 Avantaje .................................................................................................................................... 60 

4.2 Tipologie.................................................................................................................................... 61 

4.3 Regimuri de functionare ............................................................................................................. 62 

4.3.1 Regim de functionare monovalent:  .............................................................................................. 62

4.3.2 Regim de functionare bivalent:  .................................................................................................... 62

4.3.3 Regim de functionare monoenergetic: ......................................................................................... 63

4.3.4 Caracteristici tarifare referitoare la regimurile de functionare ale pompelor de caldura ........ 63

4.4 Functionarea pompei de caldura ................................................................................................ 64 

4.4.1 Utilizarea pompei de caldura in varianta aer-apa ....................................................................... 67

4.4.2 Utilizarea pompei de caldura in varianta sol-apa cu captatoare plane si sonde ....................... 68

4.4.3 Utilizarea pompei de caldura in varianta apa-apa  ...................................................................... 69

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 4/72

Activitate de cercetare si proiectare

[1]

Introducere

Este cunoscut efectul dezvloltarii tehnologice din ultima suta de ani si avantajele

pe care le-a adus in usurarea si cresterea calitatii vietii pe Pamant, insa are efectele sale

negative. Unul dintre acestea este cresterea tot mai pronuntata a consumurilor de energie,

dar si dependenta tot mai accentuata a omenirii, de consumul combustibilor fosili, in

special produselor petroliere, gazelor naturale si carbunilor.

In 2005 conform unui studiu realizat de ASPO (Association of the Study of Peak

Oil) s-a estimat perioada de epuizare a principalelor resurse de energie1:

In urma analizarilor acestor estimari, se trage concluzia ca timpul extrem de scurt

pana la epuizarea resurselor existente, necesita descoperirea unor solutii rapide si eficientede inlocuire a energiei care se va putea produce pana atunci cu ajutorul acestor

combustibili. Urgentarea gasirii acestor solutii este reprezentata si de faptul ca aceste

consumuri sunt intr-o continua crestere si nu se prevede o reducere a lor pe viitorul

apropiat. Pentru rezolvarea acestei probleme, singura solutie previzibila este reprezentata

de utilizarea energiilor regenerabile2.

Facand abstractie de problemele economice pe care le aduc actualele resurse, o

alta problema majora a producerii energiei din acesti combustibili conventionali estereprezentata de nivelul ridicat al emisiilor de CO2, datorate proceselor de producere a

energiei.

1Autor Necunoscut Energii regenerabile. Energia solara un benefiu pentru viitor  

2Ibidem.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 5/72

Activitate de cercetare si proiectare

[2]

In tabelul urmator este prezentata evolutia nivelului de CO2 din 1860 pana in anul

2000. Cresterea acestuia se crede ca s-ar datora evolutiei industriale si tehnologice:

Considerandu-se ca modificarile climatice din ultimele doua decenii s-au

caracterizat printr-un nivel crescut al emisiilor de CO2, acestea au produs ami multe

paguve decat in perioadele caracterizate de un nivel mai redus al poluarii.Ca o solutie la aceste probleme ridicate de folosirea combustibilor fosili, s-au facut

numeroase cercetari asupra asa numitelor “energii regenerabile”, care se caracterizeaza

printr-un nviel extrem de redus al emisiilor CO2.

1.Tipuri de energii regenerabile:

1.1. Energia solara: - este cea mai curata sursa de energie care practic este siinepuizabila. Ea poate fi captata cu ajutorul panourilor solare care absorb caldura Soarelui

si o predau rezervoarelor de apa calda, pentru asigrarea apei calde menajere sau aport la

incalzirea unei case sau a unei piscine. Un alt de panou solar sut panourile fotovoltaice care

absorb lumina razelor si le transforma in energie electrica casnica.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 6/72

Activitate de cercetare si proiectare

[3]

Radiatile solare sub forma de lumina si caldura contribuie la functionarea intregii vieti pe

Pamant. In cadrul energiei solare se diferenteaza energia termica si energia luminii.

Panourile solare fotovoltaice cu ajutorul unei tehnologii specifice, pot sa transforme lumina

in energie electrica, care poate fi folostia imediat dupa obtinerea acesteia. Energia care

poate fi obtinta din energia solara este de obicei de 300-600 de ori mai mare decat

necesarul de energie termica a unei tari. Cea mai mare parte a energiei solare astazi se

foloseste sub forma resurselor energetice fosile formate in decursul milioanelor de ani, sub

forma biomasei sau sub forma energiei geotermale. Tehnologia in domeniul fabricarii

panourilor solare a cunoscut un progres urias in decursul ultimilor ani. Scopul principal al

acestor panouri solare este captarea caldurii si luminii din radiatiile solare si acumulareaacestora.

Puterea radiatiilor solare este de 1.023 kW, dar acesta se micsoreaza pana la

1.012 kW pana cand ajung pe suprafata Pamantului. La limita atmosferei puterea radiatiilor

este de 1.310-1.400 W/m2. O parte a razelor care patrund atmosfera va fi dispersata, iar o

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 7/72

Activitate de cercetare si proiectare

[4]

parte isi va pierde din putere pana cand ajunge pe suprafata pamantului, din cauza

distantei mari pe care o parcurge. Puterea radiatiilor solare care ajung pe o suprafata de

absorbtie difera in functie de pozitia geografica, conditii meteorologice, poluarea mediului,

densitatea cladirilor, deci valoarea acestora difera tot timpul. Randamentul radiatiilor

solare dispersate in Romania este 15-25% din radiatiile directe. Volumul energiei solare

care ajunge pe suprafata panoului solar si este absorbit de acesta, difera inafara de cele

amintite mai sus de structura si tipul panoului solar, de pozitionarea geografica a acestuia,

de distanta intre Soare si Pamant in zona si anotimpul respectiv, de gradul de inclinare a

panoului solar, si de pozitionarea acestuia catre sud. In conditii de cer senin in Romania se

pot masura valori de 1250-1350 W/m2 intensitate de energie solara.

In construirea panourilor solare se ia in calcul valoarea medie internationala de

800 W/m2, deoarece in realitate in functie de conditiile meteorologice valoarea energiei

solare poate sa fie mai mica decat valoarea cea mai mare posibila conform zonei

geografice3.

1.2 Energia geotermala: - reprezinta caldura acumulata in roci si in fluidele ce

umplu porii acestora. Energia geotermala este energia termica continuta de materia

anorganica din interiorul Pamantului sub forma de caldura sensibila si produsa in cea mai

mare parte din descompunerea lenta a substantelor radioactive naturale existente in toatetipurile de roca. Caldura provine din energia care se propaga radial de la centru catre

exteriorul Pamantului si este furnizata continuu. Temperatura inalta de la centrul

3Energii regenerabile cu panouri solare, http://www.profi-solar.ro/ro~18~energii-regenerabile-cu-panou-

solar.html, site vizitat la data de 17.01.2013

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 8/72

Activitate de cercetare si proiectare

[5]

Pamantului se explica prin originea Pamantului, prin existenta izotopilor radioactivi de

uraniu, thorium si potasiu in Pamant.

Procesul de propagare se desfasoara in permanenta si se poate spune ca energia

geotermala este o sursa de energie inepuizabila. Energia geotermala este una din

alternativele care pot satisface nevoia omului pentru energie, minimizând impactul asupra

mediului.

In zona in care rocile se gasesc in stare topita (de magma), din cauza temperaturii

ridicate, caldura se transmite in cea mai mare parte prin convectie datorita miscarii masei

topite si prin conductie in proportie mai redusa. In zonele cu temperaturi mai scazute,

caracterizate prin faptul ca materia se gaseste in stare solida, caldura se transmite numai

prin conductie.

Este interesant de remarcat ca 99% din interiorul aamantului se gaseste la o

temperatura de peste 1000°C, iar 99% din restul de 1%, se gaseste la o temperatura de

peste 100°C. Aceste elemente sugereaza ca interiorul Pamantului reprezinta o sursa

regenerabila de energie care merita toata atentia si care trebuie exploatat intr-o masura cat

mai mare.

Energia geotermala este utilizata la scara comerciala, incepand din jurul anilor

1920, cand a inceput sa fie utilizata in special caldura apelor geotermale, sau cea provenita

din gheizere, pentru incalzirea locuintelor, sau a unor spatii comerciale.Necesitatea asigurarii unei dezvoltari energetice durabile, concomitent cu

protejarea mediului inconjurator a condus, in ultimii 10 –  15 ani, la intensificarea

preocuparilor privind promovarea resurselor regenerabile de energie si a tehnologiilor

industriale suport, printre care se numara si energia geotermala. Politica UE in acest

domeniu, exprimata prin Carta Alba si Directiva Europeana 2001/77/CE privind

producerea de energie din surse regenerabile, prevede ca, pana in anul 2020, Uniunea

Europeana largita sa isi asigure necesarul de energie in proportie de circa 20 % prinvalorificarea surselor regenerabile. In acest context, in multe tari europene dezvoltate

(Franta, Italia, Germania, Austria), posesoare de resurse geotermale similare cu cele ale

Romaniei (Calimanesti, Felix, Cozia, Caciulata etc.), preocuparile s-au concretizat prin

valorificarea pe plan local sau regional, prin conceperea si realizarea unor tehnologii

eficiente si durabile, care au condus la o exploatare profitabila, atat in partea de exploatare

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 9/72

Activitate de cercetare si proiectare

[6]

a resurselor (tehnologii de foraj si de extractie din sondele geotermale), cat si in instalatiile

energetice de suprafata4.

1.3 Energia hidraulica:- reprezinta cea mai importanta sursa regenerabila de

energie, acoperind aproximativ 18% din cererea mondiala de energie electrica. In mod

conventional notiunea de energie hidraulica este asociata doar cursurilor de apa, alte surse

primare pe baza de apa fiind asimilate de categoria Surse regenerabile de energie.

Avantajele energiei hidraulice:

  Resursele sunt larg raspandite pe glob, peste 150 de tari dispunand de

potentiale hidroenergetice semnificative

  Tehnologia de conversie a energiei hidraulice in energie electrica estedisponibila la mare scala

  Joaca un rol important in reducerea emisiei de gaze cu efect de sera

  Centralele hidroelectrice se caracterizeaza prin flexibilitate in exploatoare si

costuri de exploatare deosebit de scazute in durate mari de viata.

  Amenajarile hidroenergetice pot contribui la rezolvarea altor probleme cum

ar fi irigatiile sau asigurarea cu apa potabila a populatiei.

Principalele limitari care apar la dezvoltarea centralelor hidraulice sunt legate de

costurile ridicate de capital si de impactul deosebit de sever produs asupra mediului in faza

de constructie – montaj5.

1.4 Energia eoliana:  - este energia vantului, o forma de energie regenerabila.

Vanturile se formeaza deoarece Soarele nu incalzeste Pamantul uniform, fapt ce creeaza

miscari de aer.

4 Ecoplay: Potentialul energetic geotermal al Romaniei , accesat la data de 17.01.2013

5 Schillig, F., Niermeijer, P., Langeraar, J.W. – Renewable Energy Policy in Europe: Successful Support Mechanisms

forGreen Electricity – Today and ina Harmonised European Electricity Market, 7th

 International Conference

onEnergy for a Clean Environment CLEAN AIR 2003, iulie 2003, Lisabona,Portugalia

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 10/72

Activitate de cercetare si proiectare

[7]

Avantajele energiei eoliene:

  Sursa inepuizabila de energie

  Emizii zero de substante poluante si gaze cu efect de sera

  Producerea ei nu implica generarea unor deseuri

  Turbinele produc energie, in medie, peste un sfert din timp, cel mai mult

iarna, cand sunt vanturi mai puternice;

  Costuri reduse pe unitate de energie produsa.

  Costuri reduse de scoatere din functiune

Dezavantajele energiei eoliene:

  Resursa energetica relativ limitata, datorita variatiei vitezei vantului si

numarului redus de amplasamente posibile

  Poluarea sonora

  Riscul mare de distrugere in cazul furtunilor, daca viteza vantului depaseste

limitele admise la proiectare6 

6Manoiu, Valentina Efectele energiei eoliene asupra mediului. Accesat la data de 17.01.2013 -

http://greenly.ro/invitati/efectele-energiei-eoliene-asupra-mediului-energia-eoliana-in-romania/

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 11/72

Activitate de cercetare si proiectare

[8]

2 Sistemul clasic de incalzire al ansamblurilor rezidentiale

2.1 Incalzirea locala

Incalzirea locala este cea mai simpla instalatie intrucat cuprinde in ansamblul ei

atat sursa termica cat si suprafata de incalzire. Se recomanda a fi utilizata la:

- cladiri mici cu maximum 3,4 niveluri;

- cladiri de cladiri mici dispersate pe suprafete mari ( mediu rural);

- cladiri de locuit individuale;

- cladiri cu carcater sezionier;

Incalzirea locala prezinta o serie de avantaje: cost de invesitie redus, posibilitatea

incalzirii numai a spatiilor utilizate, folosirea tuturor categoriilor de combustibili gazosi,

lichizi si solizi, instalarea rapida cu mijcloace locale, exploatare usoara deci putin

costisitoare etc.

Ca dezavantaje se pot mentiona:

o  Suprafetele incalzitoare au dimensiuni mari si ocupa mult spatiu in incaperea

in care sunt amplasate;

o  Randamentele termice sunt mul mai reduse in raport cu alte sisteme de

incalzire;

o  Necesitatea prevederii de cosuri pentru fiecare soba sau grup de sobe;

o  Incoveniente de ordin igienic si pericol de incendiu in manipularea

combustibilului.

Clasificarea sistemelor de incalzire locala se poate face dupa:

o  Modul de acumulare si cedare a caldurii: sobe cu sau fara acumulare;

o  Combustibilul folosit: sobe cu arderea combustibilului solid, lichid, gazos;

o  Natura materialului din care sunt executate: sobe din zidarie de caramida si

teracota, sobe metalice etc7.

7 Enciclopedia tehnica de instalatii  – Instalatii de incalzire

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 12/72

Activitate de cercetare si proiectare

[9]

2.2 Incalzirea cu apa calda si fierbinte

In aceasta instalatie agentul termic utilizat este apa calda cu o temperatura

maxima de 95 oC. Agentul termic isi mareste potentialul termic in cazan, preluand o parte

din energia termica cedata de combustibilul ars, iar printr-o retea inchisa de conducte,

transfera energia termica acumulata, spatiului ce urmeaza a fi incalzit, utilizand suprafete

de incalzire.

Sistemele de incalzire cu apa calda se clasifica in functie de particularitatile de

alcatuire sau functionare astfel:

1. temperatura agentului termic la iesirea din cazan:

o  Instalatii cu apa calda, de medie temperatura, cu temperatura de regim pana

la 95 oC.

o  Instalatii de apa calda de joasa temperatura, cu temperatura de regim pana la

65 oC.

2. modul de circulatie a apei calde in reteaua de distributie a agentului termic:

o  Instalatii cu circulatie naturala, cunoscute si sub denumirea de “termosifon”

sau gravitationale;

o  Instalatii cu circulatie fortata.

3. numarul de conducte de distributie a agentului termic;

o  Instalatie cu doua conducte ( instalatii bitub );

o  Instalatii cu o singura conducta ( instalatii monotub );

4. schema de asigurare sau a alegaturii cu atmosfera:

o  Instalatii deschise, asigurate cu sisteme de asigurare cu vase de expansiune

deschise;

o  Instalatii inchise, asigurate cu sisteme de asigurare cu vase de expansiune

inchise

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 13/72

Activitate de cercetare si proiectare

[10]

5. modul de amplasare a conductelor de distributie:

o  Cu distributie inferioara;

o  Cu distributie superioara

6. solutia de alcatuire a retelei de distributie:

o  Retele arborescente;

o  Retele radiale;

o  Retele inelare.

7. gradul de raspuns la conditiile de stabilitate termica si hidraulica:

o  Instalatii cu reglare termo-hidraulica locala;

o  Instalatii cu reglare termo-hidraulica centrala;

o  Instalatii cu gestiune globala a energiei.

8. componenta transmisiei de caldura in spatiul incalzit:

o  Cu suprafete convective ( static sau dinamic );

o  Cu suprafete convecto-radiative;

o  Cu suprafete radiative.

Caracteristicile principale ale sistemelor de incalzire cu apa calda sunt

urmatoarele:

~  Asigura conditiile de confort datorita temperaturii scazute a suprafetelor

corpurilor de incalzire;

~  Permit reglarea centrala sau locala, calitativa si cantitativa a debitelor de

agent termic cedate spatiilor incalzire;

~  Asigura siguranta in exploatare si intretinere;~  Durata de medie de viata, datorita invelisului de coroziune redus8;

8Ibidem.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 14/72

Activitate de cercetare si proiectare

[11]

3 Sisteme de incalzire cu resurse regenerabile

3.1 Sisteme de incalzire cu energie geotermala

Incalzirea spatiilor cu energie geotermala este unul dintre cele mai comune si mai

raspandite folosinte ale resurselor geotermale. Incalzirea spatiilor cuprinde 37% din

folosirea la nivel planetar. De asemenea aceasta este una dintre cele mai vechi folosiri ale

energiei geothermale, fiind folosita chiar din secolul 14 de catre locuitorii satului francez

Chaudes-Aigues Cantal, care se bucurau de beneficiile incalzirii cu energie geotermala

distribuita cu ajutorul retelei de incalzire care functioneaza si astazi. In SUA, multe orase

din vest se bucura de folosirea directa a incalzirii, multe datand chiar de la inceputul aniilor

1900.

Incalzirea paote fi oferita prin mijloacele unor puturi din care se pompeaza sau

prin folosirea unor schimbatoare de caldura. Unde temperatura este insufienta pentru a

satisface cerintele de incalzire ale cladirilor residentiale si comerciale, pompele de caldura

pot fi folosite pentru a mari temperatura la nivelurile dorite.

Sistemul de incalzire poate fi realizat la cladire prin construirea unei centrale

proprii sau printr-o retea de caldura care satisface nevoile mai multor consumatori printr-

un sistem de distributie subteran conectat la unul sau mai multe puturi sau foraje deschimbatoare de caldura9.

3.1.1 Incalzirea directa a spatiilor

Incalzirea ansamblurilor atat comerciale cat si rezidentiale de la un put de

pompare sau de la schimbator de caldura din foraj este pe departe cea mai simpla forma de

incalzire geotermala directa. In cazul unei pompari dintr-un put, apa geotermala estepompata din put inspre structura unde schimbatorul de caldura transfera energia din sursa

geotermala in sistemul din cladire. Apa geotermala este apoi reintoarsa inspre acvifer

printr-un put de injectie sau eliminata la suprafata. Unde sunt temepraturi destul de inalte

9 Dr. R. Gordon Bloomquist, Ph.D.:  Geothermal Space Heating 

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 15/72

Activitate de cercetare si proiectare

[12]

la adancimi aproximativ superficiale, de exemplu 20-200 metri, schimbatoarele din foraj

pot fi folosite, inlocuind necesitatea pentru pomparea fluidului geotermal din rezervor la

fel ca si nevoia unui sistem de eliminare. Caldura este distribuita fie pintr-o ventilare

fortata ( comuna in SUA ) sau printr-un sistem hidraulic de incalzire care cuprinde

radiatoare sau printr-o incalzire din pardoseala sau prin plafon ( tavan ). Majoritatea

sistemelor sunt de asemnea proiectate sa ofere apa calda menajera.

Sistemul este alcatuit din put, pompa daca putul nu are debit artezian (amorsa), un

foraj sau un schimbator de caldura de suprata si sistemul de distributie. Unele siteme sunt

cu duble serpentine pentru functionarea in paralel cu combustibili fosili sau cu un boiler

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 16/72

Activitate de cercetare si proiectare

[13]

electric sau un cazan care poate contine un rezervor pentru a satisface necesitatile din

orele de varf.

Sisteme mici de energie geotermala sunt gasite peste tot in lume. In SUA, multe tari

occidentale si din Europa centrala, Rusia, China, Noua Zeelanda si Islanda toate fiind

exemple excelente de asemenea sisteme. Sistemul cu schimbator de caldura in fora a fost

folosit in special in SUA (in general in Klamath Falls, Oregon), Noua Zeelanda (in principal

Rotorua) si in Turcia10.

3.1.2 Termoficare 

Termoficarea si in unele retele de racire sunt proiectate sa ofere incalzire cat si

racire pentru mai multi consumatori dintr-o singura sursa sau mai multe surse sau

campuri. Dezvoltarea termoficarii geotermale, condusa de catre Islandezi, a fost segmentul

care s-a dezvoltat cel mai repede din industria termoficarii, acaparand acum aprox. 75%

din incalzirea la nivel mondial. Termoficarea este de asemenea una dintre cele ami vechi

forme de utilizare a energiei geotermale, prima documentare a acestuia existand din

secolul 14 fiind construit in Chaudes-Aigues Cantal in Franta. In SUA orasul Boise din Idaho

sistemul cunoscut initial sub denumirea de Compania de apa Arteziana Fierbinte si Rece si

mai tarziu ca si Districtul de izvoare de Apa Calda a functionat inca din anul 1893 si esteacum unul dintre cele 4 sisteme independente care servesc zona metropolitana Boise

(Bloomquist, 2000 ). La inceputul aniilor `80 s-a constatat o dezvoltare a catorva sisteme

de termoficare geotermala in Idaho, Oregon, New Mexico si California, si deshi cresterea

acestor sisteme a continuat, nu a aparut niciun sistem nou de la sfarsitul aniilor `80

datorita preturilor extrem de scazute ale gazelor naturale. Islanda, totusi, a fost lider in

dezvoltarea sistemelor de incalzire geothermale si astazi peste 97% din locuitorii capitalei,

Reykjavik, se bucura de beneficiile termoficarii geotermale, iar peste 90% din populatiatotala a Islandei se bazeaza pe termoficarea geotermala pentru a-si satisface necesarul de

caldura cat si de apa calda menajera. Islanda poate sa-si piarda rolul de lider in curand,

pentru ca Turcia escaladeaza repede inspre lider ind ezvoltarea noilor sisteme de

10Ibidem, pp-2.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 17/72

Activitate de cercetare si proiectare

[14]

termoficare geotermale. In 2000, Turcia avea peste 51 600 de cladiri conectate la retelele

de termoficare geotermale (Lund, 2002). In plus, alte tari au dezvoltat sau sunt in curs de

devoltare a acestui sistem de incalzire, printre care Ungaria, Romania, Franta, Polonia,

China si chiar Suedia sau Danemarca.

Un sistem de energie geotermal este alcatuit din:

~  unul sa mai multe surse;

~  din pompe de circulatie,

~  conducte de distributie si transport;

~  schimbatoare de caldura centrale sau individuale

~  Boilere de rezerva sau de “ajutor”; 

Rezervoare de acumulare;~  Sisteme de masurare;

Pentru consumatorii individuali echipamentele este identic sau similar cu cel

folosit in sistemele individuale, indiferent daca sunt pentru circulatie fortata a aerului sau

printr-un sistem radiant.

Din cauza dimensiunilor a majoritatea districtelor de extragere a energiei

geotermale, puturile sunt in general forate cu un diametru mai mare si adesea mult mai

adanc decat ar fi costurile pentru un sistem individual. Adancimile depasesc cateva sute demetri, iar in unele cazuri ajung pana la adancimi de 2000-3000 de metri. Majoritatea

puturilor necesita pompare pentru a aduce apa la suprafata si a o mentine la o presiune

pentru a preveni disiparea de gaze care ar putea duce la depuneri de minerale (calcar).

Noile tehnologi din forajele cu pompa pot pava calea inspre folosirea puturilor la

temperaturi mai inalte si abilitatea lor de a fi folosite si puturi deviate care le fac alegerea

potrivita pentru mai multe aplicari.Majoritatea pompelor sunt echipate cu rotoare de viteze

diferite pentru economisire de energie cat si pentru o mai buna satisfacere a cerintelor.Conductele pentru transport si distributie sunt in general pre-izolate si au camasile

sudate in otel. Totusi, s-au folosit si conducte din ciment de asbest cat si din alte materiale

non-metalice. Folosirea de conducte non-metalice este mai mult folosita in sistemele de

racire decat in cele de incalzire si conducta poate sau nu sa fie izolata. Atat deasupra cat si

sub transportul de la pamant linile sunt comune, dar conducta de distributie este aproape

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 18/72

Activitate de cercetare si proiectare

[15]

intotdeauna ingropata exceptie facand bazele militare unde trasarea aeriana a conductelor

este mai acceptata si mai comuna. Cand sunt plasate aerian, sunt necesare lire de dilatare si

suporti pentru a permite miscarea conductelor. Cand sunt instalate in pamant, ingroparea

directa este preferata. Dilatarea este preluata prin folosirea de compensatori si

precomprimarea conductelor dinainte de ingropare. In timpul constructiilor, este vital ca

sudurile sa fie verificate cu atentie si piesele de etansare sunt folosite la fiecare imbinare.

Odata ce piesa de etansare este instalata, zona dintre conducta si piesa este izolata. Piesa de

etanjsare asigura ca apa nu va ajunge pe tevi si nu va avea ca si rezultat coroziunea externa

a tevilor. In sistemele in care se prefera ingroparea se foloseste un sistem de detectare a

scurgerilor, desi de cele mai multe ori nu este suficient, costul minim extra, fiind

considerata o polita de asigurare destul de ieftina. Un sistem de detectare a scurgerilor cu

trei fire poate asigura de asemenea un mecanism de semnal pentru controlul valvelor. In

unele cazuri de instalatii subterane, sunt folosite canale termice si usi de vizitare, dar costul

lor nu este justificabil. Dar, bineinteles, asigura o cale usoara de acces pentru mentenanta si

reparatii.Daca tevile sunt instalate in canale termice, sunt folositi suporti speciali si lire de

dilatare. In sisteme mai mari, valvele si sistemele de by-pass sunt folosite pentru a reduce

riscul loviturilor de ciocan cand debitul trebuie

schimbat rapid sau oprit. Aparatele de amsura

instalate in locatii de importanta mare oferainformatii care sunt folosite de operatorii

retelei nu doar cu un sistem imbunatatit de

control dar si de asemenea reduce costul

operatunilor prin controlarea si optimizarea

sistemului. Economisiri pot aparea in

electricitate pentru a pune pompele in

functiune, in combustibilii fosili folositi insatisfacerea si reducerea personalului.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 19/72

Activitate de cercetare si proiectare

[16]

Schema pierderilor de

caldura de la conducte si o simulare

dinamica care arata propagarea

temperaturii. (Bloomquist, Strunge &

Van Blaricum, 2002)

Desi fluidele geotermale pot

fi circulate printr-un sistem de

transmisie si distributie direct inspre

consumatorii cei mai indepartati si in

unele cazuri chiar mai departe, insa aceasta practica este descurajata datorita riscurilor

serioase de coroziune. Caldura din fluidele geotermale este cel mai adesea transferata la un

fluid secundar pentru transmisie si distributie. Asemenea sisteme sunt adesea numite

sisteme cu bucla inchisa. Fluidul geotermal este apoi reintors in rezervor printr-un put cu

injectie. Agentul de distributie este in general apa care contine aditivi anti-inghet si anti-

corozune, desi in unele tari este folosita apa de-ionizata. Transferul de caldura este realizat

prin folosirea unui schimbator de caldura. Desi sunt folosite atat schimbatoare de caldura

cu serpentine sau cu tuburi, cel mai adesea folosit este cel cu placi datorita caracteristicilorde transfer termic mai bune, marimi relativi mai compacte si usurinta cu care pot fi marite

si curatate.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 20/72

Activitate de cercetare si proiectare

[17]

Atat sistemele in bucla inchise si deschise pot incorpora depozite termale sau

echipamente de rezerva pentru indeplinirea maximului necesar. Echipamentele de

depozitare termala pot scadea debitul necesar pentru ca sursele geotermale sa

indeplineasca maximul necesar. Totusi, in ciuda utilitatilor de stocare termale valabile,

satisfacerea necesarului in orele de varf cu sursele geotermale necesita cresterea

substantiala a debitului – uneori o crestere de debit de pana la 50%. Aceasta se intampla

din cauza temperaturii care este valabila de la sursele geotermale si aceasta nu variaza,

fortand operatorii sistemului sa indeplnieasca maximul necesar doar prin crestereadebitului. Maximul poate fi satisfacut prin folosirea de boilere pe combustibil, electrice sau

pompe de caldura. Satisfacerea maximului necesar exclusiva prin cresterea debitului

geotermal necesita de o supradimensionare a retelelor de transport si distributie de la 40

la 60%. Alterantiv, maximul poate fi satisfacut prin variatia temperaturii in timp ce debitul

este mentinut constant. De vreme ce intr-o reprezentare grafica, curba ideala ce defineste

maximul necesar se intampla doar intre 3 si 5%, penalitatile pentru folosirea combustibilor

fosili pentru a satisface acest maxim necesar este satisfacut usor prin economiile carerezulta din optimizarea diametrelor retelei de transport si de distributie. Conform

ultimelor cercetari, s-a descoperit ca incorporarea calcului maximului in proiectarea

sistemului poate reduce numarul de productie si a puturilor de pompare cu pana la 50% si

reduce diametrul de transport si/sau a conductelor de distrbutie de la 40 la 60%.

Schimbator de caldura cu placi 1 

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 21/72

Activitate de cercetare si proiectare

[18]

Reducerea diametrului conductelor nu reduce doar costurile de executie ci si economiseste

din reducerea pierderilor de caldura11.

Cei mai indepartati utilizatori ai sistemului pot fi conectati direct de la reteaua de

distributie cu agentii de distributie ai sistemului care circula direct prin sistemul HVAC al

consumatorului sau fiecare consumator indeparat poate fi conectat printr-un sistem

central de distributie print-un schimbator de caldura sau mai multe schimbatoare –  unul

pentru caldura, altul pentru apa calda menajera. Consumatorii generali sunt conectati

printr-un schimbator de caldura cu placi sau printr-un schimbator cu serpentine. In unele

sisteme unde apa deionizata este circulata printr-o retea de distributie, schimbatorul de

caldura circulat direct in echipamentul din cladire. Echipamentele construite sunt cel mai

adesea intalnite in radiatoare, totusi, in SUA folosirea cu circulatie fortata a aerului sau

incalzire prin pardoseala sau prin plafon este mai comuna. Folosirea schimbatoarelor de

caldura este adesea o cerinta a cladirilor cu mai multe etaje unde pomparea aditionala este

necesara si unde problemele de incredere preinclud conexiuni directe.

3.1.3. Instalatia geotermala in bucle

Buclele in sol sunt o parte cheie a sistemelor geotermale si trebuie sa fie bine

proiectate si instalate. Planurile campurilor de bucle sunt usor de inteles dar punerea inexecutie a proiectului este dificil de realizat. Proiectarea atenta este necesara pentru a

asigura ca exista suficienta capacitate valabila pentru a functiona pompa de caldura.

Proiectarea este esentiala in dimensionarea spatiilor dintre bucle/serpentine din moment

ce acestea stabilesc cat de mult efectele de incalzire sau racire asupra conductelor

influenteaza sursa de caldura valabila tevilor adiacente.

Cateva tipuri de bucle sunt considerate cand se proiecteaza sistemul. Indiferent de

tipul de bucla folosit, toate buclele sunt supuse testelor de presiune inainte sa fie ingropate.O consideratie principala in orice proiect este zona geografica. O marime sau un proiect nu

poate fi aplicat in orice situatie.

11 Ibidem, pp: 3-6

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 22/72

Activitate de cercetare si proiectare

[19]

3 1 3 1 Bucle deschise si inchise

O bucla deschisa va extrage apa din resursele sale apoi o va utiliza transferandu-i

energia, apoi descarcand-o inapoi sau in locul proiectat. Aceasta este in normal din puturi

sau sisteme verticale. Un sistem inchis utilizeaza acelasi fluid inchis in conducte sau in

sistemul de tuburi. Odata folosit, este descarcat in sistemul de bucle unde energia sa este

transferata si apoi reciclata si refolosita. In majoritatea cazurilor aceasta bucla contine o

mixtura speciala de apa si anti-gel.

3 1 3 2 Bucle verticale

Buclele verticale sunt cele mai

comune si necesita zona cea mai

restransa de instalatii cu o mica

deranjare a suprafetei terestre.Pentru

sistemele residentiale, gaurile sunt

adesea forate la o adancime de 45-60 si

sunt amplasate la o distanta de minima

de 3 metri. In majoritatea regiunilor, casi o regula, o groapa este necesara

pentru fiecare tona de caldura sau agent

de racire fiind intr-o oarecare masura de

materialul pamantului.

Majoritatea firmelor de executie folosesc in general o instalatie a fantanei de apa

pentru a fora gaurile, asadar este necesara o zona de acces a autocamionului de foraj. Cand

o conducta este inserata in groapa ii este aplicata un conductor de caldura. Acesta servetemai multe scopuri, asigura buna comunicatie a caldurii dintre conducte si pamant, si de

asemenea izoleaza groapa pentru a nu fi contaminari ale solului sau scurgeri prin groapa.

Din fiecare bucla verticala este sapat un sant dintre gauri si inspre acea care conduce inspre

casa la o adancime de aproximatie 1m. Tevile sunt conectate impreuna printr-un conector

de tevi.

Bucla verticala

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 23/72

Activitate de cercetare si proiectare

[20]

3 1 3 3 Bucle orizontale 

Exista cateva proiecte utilizand

diferite tehnici de punere in executie. O

abordare este pentru o bucla orizontala

care este ingropata in santuri la o

adancime de 1,8 – 2,5 m sau intr-o groapa

mai mare de aprox. 3 metri. Santurile pot

sa aiba lungimi chiar si de 45m in functie

de configuratia conductelor. Conductele

pot fi intinse in santuri in lungimi drepte

pe fiecare parte a santului cu o distanta

de 1 m intre ramuri.Proiectarea pe

orizontala necesita o suprafata a terenului mare depinzand de necesarul de caldura.Pentru

constructii noi, ar exista economisiri in sistemul de proiectare orizontal fata de cel vertical

datorita faptului ca nu sunt necesare dispozitive pentru forat.Cand se proiecteaza o bucla

orizontala aceasta variabila trebuie luata in calcul. In unele regiuni unde caldura este cea

mai importanta, se tine cont de tipul solului,depermeabilitatea acestuia cat si de media

ploilor anuale. In functie de acesti factori se alege principalul mod de proiectare12.

3.2 Sisteme de incalzire utilizand energia solara.

Soarele este o sursa de energie nepoluantasi practic inepuizabila, la scara omenirii,

estimându-se o durata a existentei radiatiei sale de cel putin 4bilioane de ani. Soarele emite

in spatiu o cantitate mare de energie, din carePamântul primeste anual circa 2,8x1021  kJ.

Are un potential energetic urias,astfel incât daca s-ar acoperi a mia parte din suprafataPamântului cucaptatori având un randament de 5%, s-ar obtine anual circa 60 miliarde

12 Geothermal: Ground Loops; site accesat la data de 19.01.2013

http://www.geothermaldesigns.net/ground_loops.html 13

Tehnologia lucrarilor de instalatii FUNDAŢIA ROMÂNO – GERMANĂ Centrul de Pregătire şi Perfecţionare Profesională în Domeniul Construcţiilor  Timişoara 

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 24/72

Activitate de cercetare si proiectare

[21]

deMWh; este o sursa de energie dispersa, fapt ce permite utilizarea ei prin conversie in alte

forme de energie, direct la locul de consum, eliminându-se astfel transportul la distanta.

Energia solara poate fi transformatain alte forme de energie –  termica,electrica,

mecanica sau chimica, cu ajutorul captatoarelor. Forma, tipul simarimea acestor

instalatii/dispozitive de conversie a energiei solare depindde energia nou creatasi pot fi

executate in variante constructive simple saumai complexe, obtinându-se performante

corespunzatoare tehnologiilorfolosite.13

Caldura circula de la un corp mai cald la un corp mai rece prin radiatie , conductie

sau convectie . Lumina solaraincalzeste cladirile prin radiatie; aerul face aceasta prin

convectie, in timp ce caldura este transferata prin pereti prin conductie .Cantitatea de

caldura absorbita sau reflectata de un corp depinde de intensitatea radiatiei si de culoarea

acelui corp. Obiectele negre sunt cei mai buni absorbanti de caldura, in timp ce obiectele

albe sunt cei mai buni reflectanti . Conceptul de negru si alb refera culorile perfecte sau

teoretice; culorile reale nu sunt niciodata perfecte, astfel incât obiectele nu vor absorbi sau

reflecta niciodataintreaga radiatie.

Toate corpurile conduc caldura de la partile cele mai calde la partile cele mai reci,

dar laviteze diferite, depinzând de diferenta de temperaturasi capacitatea materialelor

componente de a conduce caldura; cu cât diferenta de temperaturasi conductibilitatea sunt

mai mari, cu atât este mai mare fluxul de caldura. Aceste caracteristici sunt foarteimportante pentru confortul termic in locuinta. La temperatura ambientala, sa zicem de 20°

C, un corp cu conductibilitate scazuta, cum este lâna sau pluta, ne va parea mai cald, in timp

ce corpurile cu conductibilitate ridicata, cum sunt metalele, ne va parea mai rece.

Efectul de sera al soarelui , responsabil pentru incalzirea globala, se bazeaza pe

principii similare. Suprafata pamântului este capabila sa absoarba o parte din rezultatul

luminii solare, care atunci când este reradiata ca si caldura, este absorbitain partea

inferioara a atmosferei de gazele cu efect de sera, cum este dioxidul de carbon.Inertia termica este rezistenta unui corp la o schimbare de temperatura, atunci

când temperatura ambientala se schimba; cu cât masa unui corp este mai mare, cu atât

inertia este mai mare. Aceastacaracteristica este importanta pentru confortul termic in

locuinta. Cladirile cu inertie scazuta sunt incalzite repede de catre soare si se racesc repede

in timpul noptii. Cladirile cu inertie ridicata pastreaza o temperatura mai constanta

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 25/72

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 26/72

Activitate de cercetare si proiectare

[23]

compensatie caldura recuperata de alte surse (oameni, iluminat, aparate termice etc.). in

ultimul timp s-au extins sistemele combinate cu pompele de caldura, reusind

saimbunatateasca simtitor eficienta termicasi economica a instalatiilor solare.

Analiza oportunitatii folosirii instalatiilor solare de incalzire se face pe baza unor

factori ca: sarcina de incalzire, energia solara de care se dispune, capacitatea sursei

auxiliare, costul investitiei si durata de recuperare a investitiilor etc. De aceea se cere, ori

de câte ori se pune problema implementarii unor astfel de instalatii, sa se aibain vedere

atât partea tehnica (sistemul de incalzire care se poate adopta) cât si partea economica

(cheltuielile de investitii si exploatare) precum si economia de combustibil scontata.

Fata de cladirile conservative realizate in sistem constructiv conventional,casele

solare se disting printr-o arhitectura specifica caracterizata de raportul dintre suprafata de

captare a radiatiei solare Aps si volumul spatiului incalzit V. Pentru ca o constructie sa fie

„constructie solara" este necesar sa fie indeplinita conditia 0,04 <Aps/V < 0,12. 

3 2 1 Radiatia solara la suprafata Pam ântului

Constanta solara ( sau radiatia directa ) reprezinta energia termica ce esteprimita

pe o suprafata normala ( plasata perpendicular pe directia razelor solare )situata la limita

atmosferei terestre. Valoarea constantei solare Cs este de 1,355 kW/ m2. Aceasta valoarese modifica datorita variatiei periodice a distantei Pamânt – Soare sidatorita fenomenelor

solare

Fluxul integral de energie radianta care vine de la Soare spre Pamânt estevariabil,

in functie de variatia distantei Pamânt –  Soare. Distanta medie Pamânt –  Soareeste de

aprox.149 milioane km, iar traiectoria Pamântului in jurul Soarelui este o usoaraelipsa

excentrica; aceasta distanta se modifica periodic odata cu solstitiul de vara,respectiv

solstitiul de iarna.Fluxul de energie radiat de Soare care ajunge la suprafata Pamântului este maimic

decât constanta solara, deoarece, in drumul ei, radiatia solara strabatând masaatmosferica

( peste 8 km ) este redusa ca urmare a retinerilor sau a disiparii energiei.Sunt retinute

astfel razele X, g, si o parte din razele ultraviolete. Vaporii de apasibioxidul de carbon

existent in atmosfera contribuie la retinerea radiatiei solare.Atmosfera modifica

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 27/72

Activitate de cercetare si proiectare

[24]

intensitatea, distributia spectralasi distributia spatiala a radiatieisolare prin doua

mecanisme: absorbtie si difuzie. Radiatia absorbita este in generaltransformatain caldura,

iar radiatia difuza este retrimisain toate directiile in atmosfera.Prin aceste procese,

atmosfera se incalzeste si produce o radiatie cu lungime de undamare, denumita radiatie

atmosferica. Prin reflectia datorata moleculelor de aer, radiatiaeste imprastiata difuz (

difuzie Rayleigh ), formându-se radiatia boltii ceresti . 

3.2.2 Date meteorologice necesare stabilirii potentialului de energie solara la

suprafataPamântului

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 28/72

Activitate de cercetare si proiectare

[25]

Factorii meteorologici care au o influenta importanta asupra radiatiei solare la

suprafataPamântului sunt: transparenta atmosferei, nebulozitatea, felul si pozitia

norilor.Relatia dintre factorii meteorologici si radiatia solara este monitorizata deInstitutul

National de Hidrologie si Meteorologie, lunar si pentru fiecare anotimp indiferite zone ale

tarii. In tabele/harti se centralizeaza statistic datele despre: durataefectiva de stralucire a

Soarelui; numarul mediu de zile insorite; distributia densitatiizilnice; intensitatea radiatiei

solare si alte caracteristici ale radiatiei solare.

Pentru problemele legate de utilizarea energiei solare, sunt necesare doua

datemeteorologice importante: intensitatea de radiatie si durata de insolatie . Pe

bazaacestor valori si a datelor referitoare la radiatia solara totalasi directa pe cer

senin,precum si a radiatiei pe o suprafata normala la baza, se pot calculaintensitatile

radiatiei solare efective pe diferite suprafete. 

Pe plan mondial, preocuparile pentru valorificarea energiei solare

suntreprezentate de obiective ca: statiile de pompare din Senegal, Mali, VoltaSuperioara

sau Niger; farul din Shanghai; desalinizarea apei in Sudan si OrientulMijlociu; avioane

solare, automobile autonome care utilizeaza panouri solare sichiar centrale solare spatiale. 

3.2.3 Aportul anual de energie adus de radiatia solara

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 29/72

Activitate de cercetare si proiectare

[26]

Romania se afla in zona europeana B de insorire, iar zona de sud este plasata in cea

mai buna zona de insorire a Romaniei.România dispune de un potential important de

energie solara datoritaamplasamentului geografic si conditiilor climatice favorabile. Zonele

cu flux energeticsolar important ( 1450 –  1600 kWh/m2 pe an ), sunt: Dobrogea, Delta

Dunarii si LitoralulMarii Negre. Zonele ce dispun de fluxuri energetice solare medii anuale

cuprinse intre1350 - 1450 kWh/m2 pe an sunt: Câmpia Româna, Câmpia de Vest, Banat si o

parte dinpodisurile Transilvaniei si Moldovei.

In România, preocuparile in domeniul energiei solare au culminat in anul1979,

prin implementarea pe scara larga a diferitelor aplicatii de utilizare aenergiei solare, ca de

exemplu: sisteme de preparare a apei calde de consumpentru cladiri de locuit – Timisoara

fiind primul orasin care, un intreg cartier“Zona Soarelui” a fost prevazut cu acest gen de

instalatii - hoteluri de pe litoralulMarii Negre; sisteme de apa calda pentru agricultura sau

industrie etc. Dupa undeclin datorat tehnologiilor greoaie, a costurilor ridicate pentru

materiale,exploatare si intretinere, in prezent, activitatea in domeniul energiei

solarecunoaste un reviriment datorita noilor descoperiri tehnice si tehnologice.

Câtevaexemple de sisteme pentru valorificarea energiei solare, sunt reprezentate de:

- sistemele pentru prepararea apei calde de consum la cladiri de locuit si

hoteluri ( Beta si Gama din Costinesti, pe litoralul românesc)

- in localitatea Plesi judetul Alba, functioneaza o centrala cu energiesolarasieoliana, constând in 8 module fotovoltaice de 53 W fiecare si o turbinaeoliana de

1000W, pentru utilitati casnice;

- in localitatea Surducel judetul Bihor, functioneaza o centrala cu energiesolarasi

eoliana, cu in 8 module fotovoltaice de 53 W fiecare si o turbinaeoliana de 3000W, pentru

utilitati gospodaresti.14

O harta a radiatiei solare a fost intocmita de Institutul National de Meteorologie siHidrologie.Exista bune posibilitati pentru dezvoltarea utilizarii energiei solare, iar

experienta anterioarapoate fi exploatata. In Evaluarea Resurselor Energiilor Regenerabile,

EBRD estimeaza casistemele bazate pe utilizarea energiei solare pentru incalzirea apei

calde menajere pentrucladiri publice si hoteluri, sistemele pe baza de energie solara pasiva,

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 30/72

Activitate de cercetare si proiectare

[27]

precum si sistemeleindividuale pentru locatiile izolate, sunt cele mai promitatoare

aplicatii.14 

Harta radiatie solare in Romania

Radiatia solara acopera toata gama de lungimi de unda a energiei solare, dar in

principiuse poate divide in doua componente, cu lungime de unda scurtasi lunga, care au

uncomportament diferit. Radiatia cu lungime de unda scurta, functie de unghiul de

incidenta cusuprafata, se reflecta, se absoarbe si trece prin suprafata respectiva.Partea cu

lungime de unda mare trece in suprafata prin convectie. Din punct de vedere energetic,

partea cea mai importanta a energiei solare dinafara atmosferei se gaseste in intervalul

spectral 0,20 – 3,0mm. In acest interval, esteemisa aproximativ 97% din energia totala, iar

diferenta de 3 % este emisain banda deemisie cuprinsaintre 10-10si 103 m . 

14Manual profesional pentru proiectareasistemelor colective care utilizeaza energietermicasolara

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 31/72

Activitate de cercetare si proiectare

[28]

Radiatia globala IG primita de la Soare, de o suprafata orizontala la nivelul

soluluipentru o zi senina, se compune din suma radiatiei directe si radiatia difuza.

Radiatiasolara directa depinde de orientarea suprafetei receptoare. Radiatia difuza poate

ficonsiderata aceeasi, indiferent de orientarea suprafetei receptoare, chiar dacainrealitate

exista mici diferente. In figura 3 reprezinta proportia radiatiei difuze din radiatiaglobala.15

Instalatia solara poate produce apa calda si chiar caldura necesara incalzirii

locuintei, in functie de proiectare. Uzual se folosesc instalatiile solare la incazirea apei

15Tehnologia lucrarilor de instalatii FUNDATIA ROMÂNO – GERMANA

Centrul de Pregatire şi Perfectionare Profesionala in Domeniul Constructiilor  Timişoara 

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 32/72

Activitate de cercetare si proiectare

[29]

menajere sau a piscinei. Pentru obtinerea unei eficiente sporite a unui echipament solar, un

rol important il joaca modul in care este construita casa (expunere sudica, zona de vanturi ,

dar mai ales modul in care este realizata izolatia termica a constructiei).

3.2.4 Caracterul variabil al radiat iei solare

Intensitatea radiatiei solare prezinta un caracter foarte variabil, atâtin timpul

anului, cât si zilnic, astfel incât este evident ca si sarcina termicarealizata de colectorii

solari va fi la fel de variabila. Din aceasta diagramase poate determine valoarea medie a

intensitatii radiatiei solare, pe durataunei zile, aceasta fiind de 550 W/m²/zi, in conditiile

când radiatia solara oconsideram pe durata a 8 ore dintr-o zi.

Exista doua sisteme de incalzire utilizand energia solara:

1.Sistem pasiv, când masurile constructive de amplasare, orientare sialegere a

materialelor de constructie, astfel incât constructia ( cladirea ) in sine, sa secomporte ca un

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 33/72

Activitate de cercetare si proiectare

[30]

captator solar, elementele componente ale cladirii (ferestre, pereti, podele,tavane,

izolatii) sunt astfel alese, proiectate si realizate incât se obtine o asa numitacasa inteligenta

termic, al carei necesar de energie este mult inferior unei casetraditionale. Instalatii solare

pasive tipice sunt sistemele cu termosifonare si colectoarele integrale cu stocare

2.Sistem activ, sistem in care cu ajutorul unei instalatii special construita (de ex. un

colector solarplan) pentru captarea, stocarea si transportul energiei obtinute din radiatia

solara se obtine energie termica utila.

3.3 Sistemul pasiv

Inainte de introducerea boilerelor si sistemelor de distributie a incalzirii cum sunt

radiatoarele sau aerotermele, forma primara de control a climatului in interiorul unei

cladiri a fost prin intermediul „arhitecturii solare pasive”. Procesele naturale de baza

folosite in arhitectura solara pasiva sunt fluxul energiei termice asociat cu radiatia,

conductia si convectia naturala. Atunci când soarele lumineaza o cladire, materialele

cladirii pot reflecta, transmite sau absorbi radiatia solara. In plus, caldura produsa de soare

determina miscarea aerului, care poate fi prevazuta. Aceste raspunsuri de baza la caldura

solara au condus la elemente de proiectare, alegerea si plasarea materialelor, ceea ce poate

furniza efecte de incalzire si racire in locuinta. Acestea pot fi vazute adesea in vechile cladiri

si in special in sudul Europei, unde, de exemplu, ferestrele au obloane exterioare care pot fi

utilizate pentru a reduce incalzirea solara vara si a retine caldura in timpul iernii.

Arhitectura solara pasiva are marele avantaj ca nu necesita surse externe de

energie si ca urmare nu are un cost de exploatare si nici nu contribuie la poluarea mediului.

Asemenea caracteristici pot imbunatati aspectul vizual al unei cladiri si vor ajuta la

conservarea constructiei. Potentialul unei cladiri va depinde de vechime, orientare si tip.

Caracteristicile de baza ale incalzirii pot fi folosite pentru a oferi incalzire solarain

timpul iernii. Cea mai simpla metoda este prin absorbtia razelor solare printr-un perete

exterior, cu fata spre sud, care sa permita caldurii sa fie condusa spre peretele interior al

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 34/72

Activitate de cercetare si proiectare

[31]

locuintei. Pentru a fi cât mai eficienti, peretii nu trebuie sa fie umbriti de arbori sau sa se

afle in umbra unor cladiri invecinate.

Transmiterea luminii prin ferestre permite razelor infrarosii saincalzeasca aerul

din incapere prin convectie. Daca geamul ferestrei exterioare este acoperit cu un strat

reflectorizant adecvat in interior, atunci razele infrarosii sunt reflectate inapoi in incapere,

retinând astfel caldura. Cu cât inertia termica a unei cladiri este mai mare, cu atât poate fi

stocata mai multa caldurain timpul zilei, reducând astfel necesitatea incalzirii in timpul

noptii.

Peretii Trombe

Trombe este numele unui inginer francez care a popularizat acest tip de

constructie in anii ´60. Un perete Trombe este un perete negru sau inchis, care foloseste

efectul de sera cu o sticla plasata la câtiva centimetri in fata sa pentru a forma un spatiu cu

aer. Exteriorul peretelui se incalzeste de la soare si acesta incalzeste aerul din fata lui.

Deschiderile din partea de sus si de jos a peretelui de depozitare termica permit un transfer

de convectie a caldurii din cavitatea de aer incalzitain interiorul camerei. La asfintit,

deschiderile sunt inchise pentru a evita o miscare inversa a aerului care ar raci locuinta. Cu

o proiectare adecvata a peretelui (culoare, deschideri, materiale, grosime) el va ramânecald o perioada dupa apus, oferind confort in interiorul locuintei.16

16KITH:Manual pentru scoli Sisteme solare pasive;  2008 

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 35/72

Activitate de cercetare si proiectare

[32]

Perete Trombe Perete Trombe ventilat

Pentru cladirile dotate cu acest sistem de incalzire, temperatura interioara de

confort serealizeaza cu ajutorul unei surse clasice de caldura, dar sistemul de incalzire

pasivcontribuie intr-o masura importanta la reducerea consumului de combustibili

necesarincalzirii cladirii.

3.4. Sisteme active

Aceste sisteme au performante energetice mai ridicate decât cele ale sistemului

pasiv deincalzire, dar datorita costurilor de investitie ridicate sunt folosite mai putin.

Acestesisteme sunt prevazute cu sistem de circulare a agentului termic purtator de

calduraintre captator, rezervorul de stocare si suprafetele de incalzire. O caracteristica

aacestor sisteme o reprezinta temperatura fluidului purtator de caldura, care are

unpotential termic redus ( mai mic sau egal cu 50°C ), ceea ce impune utilizarea si aunei

surse clasice de caldura.17 

Tehnologia turnului solar combina principiile de a concentra  puterea solara si puterea vantului . Aerul de sub un acoperis circular translucid (numit colector) deschis la

periferie este incalzit de radiatia solara si dirijat prin tiraj fortat spre baza unui turn foarte

inalt, localizat in centru colectorului.

La baza turnului se amplaseaza una sau mai multe turbine de mare randament care

vor functiona datorita curentului de aer fierbinte, care trece cu mare viteza pentru a iesi

prin cosul turnului.

O prima realizare practica de prototip s-a pus in functiune in 1981/1982 laManzanares (150 km de Madrid), Spania si a dus la rezultate uluitoare. Sistemul necesita o

investitie destul de mare, dar care ulterior se amortizeaza prin costurile mici de exploatare

si a randamentului ridicat, turnul functionind atit ziua cit si noaptea.

17Tehnologia lucrarilor de instalatii FUNDATIA ROMÂNO – GERMANA

Centrul de Pregatire şi Perfectionare Profesionala in Domeniul Constructiilor Timişoara 

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 36/72

Activitate de cercetare si proiectare

[33]

Pentru marirea randamentului cu aproximativ 25%, sub acoperisul circular s-au

montat serpentine din conducte care sunt umplute cu apa, inmagazinind ziua caldura , pe

care o cedeaza aerului noaptea, turnul functionand 24 din 24 ore.

Energia solara este care ajunge pe pamânt este intermitentasi variabila, deaceea

conversia si utilizarea acesteia implica probleme complexe legate de constructiasi

amplasamentul captatorilor, de integrarea sistemului solar in instalatie, precum si

deautomatizare a sistemului.

O instalatie de conversie a energiei solare in energie termica, cu aplicatii

ininstalatiile pentru constructii este prevazutain general cu urmatorul echipament .

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 37/72

Activitate de cercetare si proiectare

[34]

Un sistem activ de alimentare cu apa calda menajera folosind energia solara se

compune din 5sub-sisteme:

-Un sub-sistem colector,

-Un sub-sistem de transfer de energie,

-Un sub-sistem de stocare,

-Un sub-sistem de energie auxiliara,

-Un sub-sistem de distributie.

-Aparatura si dispozitive de siguranta si control

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 38/72

Activitate de cercetare si proiectare

[35]

3.4.1 Subsistemul colector=

Transformarea, sau conversia energiei solare in energie termica,este realizata prin

intermediul colectorilor solari, având functionarea pediverse principii consructive.

Indiferent de tipul colectorilor solari, pentru carandamentul conversiei energiei solare in

energie termica sa fie ridicat,este important ca orientarea captatorilor solari spre Soare, sa

fie cât maicorecta. Pozitia colectorilor solari este definita prin unghiul de inclinare

respectiv unghiul azimut. 

Unghiul de inclinare a colectorilor solari

Este unghiul dintre orizontala sicolector. Cantitatea cea mai mare deenergie poate

fi preluata dacaplanul incare se afla colectorul esteperpendicular pe radiatia solara.Deoarce

unghiul de incidenta a radiatieidepinde de ora si de anotimp, planul incare se pozitioneaza

colectorii trebuiesa corespunda pozitiei soarelui inintervalul cu radiatie maxima.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 39/72

Activitate de cercetare si proiectare

[36]

Unghiul de inclinare a colectorilor solari

Unghiul azimut

Unghiul azimut descrie abatereaplanului in care se afla colectorii de ladirectia

sudica, aceasta inseamna caatunci când planul colectorilor esteorientat spre Sud unghiul

azimutal este0°. Deoarece radiatia solara este maiputernica in timpul prânzului,

planulcolectorilor trebuie sa fie orientat pe câtse poate spre Sud.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 40/72

Activitate de cercetare si proiectare

[37]

Unghiul azimut

Gradul de captare a radiat iei solare

Analizând diagama, se observaca unghil de inclinare optim pentru acapta radiatia

solara este de 15- 55°,iar abaterea de la directia Sud, poatesa se situeze intre ± 40° fara a

afectacapacitatea de captare a energieisolare. Chiar si colectori montativertical, cu o

abatere de pâna la ±20°fata de sud, pot recupera 80% dinradiatia solara. Se poate spune

caorientarea colectorilor solari fata deorizontala si fata de Sud, nu este oproblema atât de

sensibila. 15 STUDIUL POSIBILITATII DE UTILIZARE A ENERGIEISOLARE PENTRU

PREPARAREA APEI CALDE MENAJERE)

Fiind elemente exterioare ale instalatiei solare, captatorii trebuie saindeplineasca

pe lânga conditiile de eficienta a captarii radiatiei solare si conditiile derezistentasi

stabilitate a constructiilor ( vânt, incarcare cu zapada etc.), dar si deestetica a

constructiilor.

Se mentioneaza doua tipuri de captatori:

- captatorul fara concentrarea radiatiei solare : un dispozitiv simplu, care capteaza

peo suprafata - de obicei planasi fixa - radiatiile solare directe si difuze, le absoarbe sile

transformain caldura, suprafata absorbanta fiind egala cu suprafata careintercepteaza

radiatiile solare;

- captatorul cu concentrarea radiatiei solare : are o constructie mai complexa,

datoratafaptului ca urmareste miscarea aparenta a Soarelui. Suprafata de captare are

formediverse, bazate pe reflexie si refractie pentru a mari cât mai mult densitatea

fluxuluide radiatie. 

3.4.2 Colectoare plane

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 41/72

Activitate de cercetare si proiectare

[38]

Cel mai simplu colector plan este alcatuit dintr-un distribuitor si un colector, legate

intre eleprintr-un grilaj de tevi paralele. Acestea pot fi utilizate doar sezonier, in timpul

verii.Colectorul solar plan este alcatuit dintr-o placa de cupru prinsaintr-o rama, pe care

suntdispuse tevi sau sunt realizate circuite, iar una din suprafetele placii este puternic

absorbanta.Partea din spate a placii este izolata termic, iar partea din fata este acoperita cu

unul saudoua straturi de sticla. Aceste colectoare sunt utilizabile de-a lungul intregului an.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 42/72

Activitate de cercetare si proiectare

[39]

-pe o suprafata vopsitain negru ( suprafata absorbanta ) cade radiatia solara

directa

si difuza. Radiatia solara este transformatain caldurasi suprafata de absorbtie

seincalzeste;

- pentru a putea transfera caldura obtinuta catre consumatorul de caldura, este

folositun agent termic ( apa, aer ) care in contact cu suprafata absorbanta, preia caldura sio

transporta spre consumatori. De regula, in sau pe suprafata de absorbtie suntfixate

conducte sau sunt realizate canale prin care circula agentul termic;

- pentru a reduce pierderile de caldurainspre mediul ambiant suprafata

absorbantaeste amplasata de regula, intr-o carcasa bine izolata din punct de vedere

termic,fiind prevazuta doar pe partea frontala cu o suprafata transparenta care sa

permitatrecerea radiatiei solare (un geam).18 

3.4.3 Colectoare cu tuburi vidate

18 ibidem

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 43/72

Activitate de cercetare si proiectare

[40]

Colectoarele cu tuburi vidate sunt cele mai eficiente tipuri dintre colectoarele

solarela care conducteleabsorbante de cupru sunt introduse in tuburi de sticla vidate.

Tuburile de sticla sunt asezatesub forma unui colector plan. Acestecolectoare sunt cele mai

adecvate pentru aplicatii cu temperaturi medii, la care cererea detemperatura este intre

50-95 °C. Stratul absorbant selectiv al tuburilorvidate capteaza energia solaracu pierderi de

caldura foarte mici chiar si pe timp rece.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 44/72

Activitate de cercetare si proiectare

[41]

Invelisul interior al tubului vidat absoarbe radiatia solara, si transfera caldura prin

folia detransfer termic la tubul termic. Lichidul special din tubul termic fierbe(chiar si la

temperaturascazuta), iar aburii produsi se ridicain condensatorul aflat la partea superioara

a tubului aflat incontact cu colectorul. In colector circula agent termic care preia caldura

aburilor din colector.Aburii astfel raciti se condenseaza (se lichefiaza) si se scurg in partea

inferioara a tubuluitermic, unde incalzindu-se din nou, incepe un nou ciclu.19 

Randamentul colectorilor solari plani _Randamentul colectorilor solari plani , reprezinta eficienta cu careeste

transformata in caldura radiatia solara si poate fi calculata cu relatia:

unde: - ɳ este randamentul colectorului solar;

- ɳ 0este randamentul optic al colectorului solar, care depinde deproprietatile

materialelor utilizate la constructia colectorului solar si poate ficalculata cu relatia :

ɳ 0=τxα 

19Indrumator de proiectare instalati solare 

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 45/72

Activitate de cercetare si proiectare

[42]

unde: - τeste factorul de transmisie al materialului care asigura rezistenta

mecanica a colectorului solar ( de regula sticla);

- α este factorul de absorbtie al materialului absorbant, de regula α =0,85-0,9

- k [W/m²] este coeficientul global de transfer termic intre colector simediul

ambiant. Valorile uzuale ale coeficientului de transfer termic sunt 2-4 [W/m²K]

- Δt [ºC] este diferenta dintre temperatura medie a colectorului sitemperatura

mediului ambiant:

- Ig[W/m²] este densitatea fluxului radiatiei solare globale.

Valori ale factorului de transmisie, pentru diferite materiale

Randamentul colectorilor solari

Randamentul colectorilor solari ɳ , se poate calcula si cu o relatie decalcul corectata:

unde: - ɳ 0 este randamentul optic al colectorului solar, care depinde deproprietatile

materialelor

- k 1si k 2 [W/m²] sunt coeficienti caracteristici pierderilor termice;

- Δt [°C] este diferenta dintre temperatura medie a agentului termic

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 46/72

Activitate de cercetare si proiectare

[43]

din colector si temperatura mediului ambiant.

Valori ale randamentului optic si factori de corectie

Calculul suprafet ei necesare de colectori solari pentruprepararea apei calde

menajere

Instalatiile solare corect dimensionate si dotate cu componentecompatibile potasigura intre 40 si 60% din energia necesara pe an pentrupreparare de apa calda menajera.

Se recomanda utilizarea unor suprafetediferite ale colectorilor solari in functie de tipul

colectorilor si de procentulanual de caldura care va fi asigurat de colectorii solari.

Daca colectorii solari sunt utilizati doar vara, sarcina termica unitaramedie a

acestora poate fi considerata mai mare decât daca sunt utilizatedin primavara pâna in

toamna, caz in care valoarea medie a sarciniitermice unitare este mai redusa, pentru ca si

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 47/72

Activitate de cercetare si proiectare

[44]

valoarea medie a intensitatiiradiatiei solare este mai redusa. Din acest motiv si suprafata

necesara a

colectorilor solari care sunt utilizati doar vara, este mai redusa decât ceanecesara

pentru o utilizare din primavara pâna in toamna, dar si procesulde asigurare a apei calde

menajere cu ajutorul energiei solare este mairedus, daca acesti colectori solari sunt

dimensionati pentru a functionadoar pe durata sezonului cald. Pierderile de calduracare apar si de care trebuie sa se tina seama sunt:

-pierderile de caldura prin radiatie: toate corpurile, in acest caz - suprafetele

deabsorbtie - care au o temperatura mai ridicata decât cea a mediului in care

suntamplasate, cedeaza caldura prin radiatie ( in infrarosu cu lungime de unda mare )spre

mediul inconjurator;

-pierderile de caldura prin convectie: aerul de deasupra suprafetei de absorbtie se

incalzeste , se ridica transportând o parte din caldura absorbita;

-pierderile de caldura prin conductie: prin izolatia termica a carcasei

suprafeteiabsorbante , prin conductele care leaga captatorul se pierde o cantitate de

calduracare este cedata mediului inconjurator.

Pentru a reduce pierderile de caldura, suprafata absorbanta a unui captator

planeste montataintr-o carcasainchisa pe toate laturile ( pentru a impiedica convectia

),izolata termic pe partile laterale si sub suprafata de absorbtie ( pentru a reducepierderilede caldura prin radiatie si conductie).Doar pe fata captatorului, care este orientata spre

soare, carcasa este inchisa cu unmaterial transparent ( geam de sticla). Materialul

transparent trebuie sa permitatrecerea radiatiei solare si sa retina cât mai mult din radiatia

suprafetei de absorbtie( efectul de sera).

3.4.4 Panouri Fotovoltaice

Panourile fotovoltaice sunt sisteme capabile sa transforme lumina(energia

solara)direct in energie electrica, prin intermediul unui proces chimic complex. Energie

electrica grauita! Conversia este statica si nepoluanta, tocmai de aceea acest mod de

producere a energiei electrice este unul ecologic.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 48/72

Activitate de cercetare si proiectare

[45]

La baza producerii energiei electrice sta celula fotovoltaica. Pe scurt, in contact cu

razele soarelui, aceasta produce energie electrica. Pentru a intra in detaliu, ne-ar fi

necesare insa cunostinte de chimie destul de avansate: fotonii din razele solare

“bombardeaza” atomii materialelor din care este realizata celula fotovoltaica. Sub aceasta

actiune, acestia tind sa se elibereze si astfel se formeaza energia electrica.

Majoritatea panourilor existente sunt rigide, dar in unele domenii se folosesc si

panouri solare flexibile. In ambele cazuri, celulele fotovoltaice sunt protejate impotriva

interperiilor, furtunilor sau razelor ultraviolete de un strat protector de sticla speciala.

Astfel producatorii pot afirma ca panourile fotovoltaice actuale sunt destinate unei utilizari

de lunga durata, ce poate depasi 20 de ani.

Sistemele de alimentare neconectate la reţea pentru consumatori cu un consum

mediu de putere, de la câţiva waţi la câteva mii de waţi, constau, în general, din sisteme de

stocare electrochimice sau din motoare alimentate de combustibili fosili care acţionează un

generator. Durata de viaţă a acestor sisteme, impactul ecologic şi costul ridicat al bateriilor

fac ca stocarea electrochimică a energiei să nu fie foarte atractivă. Inconvenientele

folosirii instalaţiilor cu combustie  includ folosirea combustibililor fosili (de obicei),

zgomote, emisii toxice, necesitatea aprovizionării cu combustibil şi costuri mari pentru

întreţinere. 

Inconvenientele surselor de energie electrică independente clasice au dat deja o

poziţie solidă pe piaţa surselor comerciale neconectate la reţea, generatoarelor

fotovoltaice. De exemplu, multe produse şi sisteme pentru telecomunicaţii, protecţia

catodică împotriva coroziunii, tehnologii de măsurare şi sisteme de semnalizare sunt

alimentate fotovoltaic. Un volum mare de vânzări se obţine, de asemenea , ca urmare a

folosirii generatoarelor fotovoltaice pentru electrificarea rurală. În ţări ca Indonezia, Mexic

sau Kenia, s-a creat o piaţă stabilă datorită instalării a zeci de mii de „Sisteme de case

solare” SHS (Solar Home Systems). 

Panourile fotovoltaice sunt elemente de producere a energiei electrice prin

utilizarea energiei luminoase (fotoni).Din punct de vedere fizic, celula fotovoltaica este o

dioda tip p- n de suprafata mare, cu jontiunea pozitionata aproape de partea superioara.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 49/72

Activitate de cercetare si proiectare

[46]

Celula converteste luminozitatea solara in energie electrica. Mai multe astfel de celule sunt

asamblate intr-un modul de o anumita putere. Mai concret, o celulă solară constă din două

sau mai multe straturi de material semiconductor, cel mai întâlnit fiind siliciul. Aceste

straturi au o grosime cuprinsă între 0,001 şi 0,2 mm şi sunt dopate cu anumite elemente

chimice pentru a forma joncţiuni „p” şi „n”. Această structură e similară cu a unei diode.

Când stratul de siliciu este expus la lumină se va produce o „agitaţie” a el ectronilor din

material şi va fi generat un curent electric.  Celulele, numite şi celule fotovoltaice, au de

obicei o suprafaţă foarte mică şi curentul generat de o singură celulă este mic dar

combinaţii serie, paralel ale acestor celule pot produce curenţi suficient de mari pentru a

putea fi utilizaţi în practică. Pentru aceasta, celulele sunt încapsulate în panouri care le

oferă rezistenţă mecanică şi la intemperii. 

Celula fotovoltaica Panou fotovoltaic

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 50/72

Activitate de cercetare si proiectare

[47]

Celulele fotovoltaice sunt de mai multe tipuri: monocristaline, policristaline, tip film,

amorfe, sferice si concentrate. Cele mai bune celule sunt cele monocristaline dar si cele mai

scumpe. Celulele policristaline au gradul de conversie mai mic, dar sunt mai ieftine,

reducandu-se astfel substantial costul pe Watt instalat, fiind mult mai raspandite.

Un sistem clasic fotovoltaic insular este alcatuit din urmatoarele componente:

-panouri fotovoltaice,

-regulatorul de incarcare al bateriilor,

-grupul de baterii de 12, 24 sau 48 V DC

-invertor, ce tranforma curentul continuu DC in curent alternativ AC

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 51/72

Activitate de cercetare si proiectare

[48]

Se pot realiza sisteme ce pot diverta energia produsa (surplusul de energie) in retea.

Un astfel de sistem este compus din:

• panouri fotovoltaice pentru conectare la retea 

• invertor pentru divertare in retea 

• contor electric pentru a masura cantitatea de energie produsa si livrata in retea. 

Utilizarea panourilor fotovoltaice

Panourile fotovoltaice sunt folosite pentru producerea de energie electrica in

domenii diverse, incepand de la centrale solare si terminand cu dispozitive complexe, cum

ar fi satelitii.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 52/72

Activitate de cercetare si proiectare

[49]

Cel mai adesea sunt insa intalnite in producerea de energie pentru locuintele individuale.

Ele se monteaza pe acoperisurile caselor sau pe niste stand-uri separate si asigura o parte

din necesarul habitatului. De cele mai mutle ori ele sunt parte a unui sistem complex, ce

contine baterii, o turbina eoliana dar si un generator de urgenta (diesel, pe gaz sau pur si

simplu reteaua de electricitate). Acesta din urma este obligatoriu pentru a asigura

alimentarea cu energie a locuintei 100% din timp, sistemele alternative fiind dependente

de prea multi factori externi.

tilizare casnică 

În utilizarea casnică panourile solare au o importanţă mai mare în cazul locuinţelor

izolate fără racord la reţeaua de curent alternativ. În general în sistemele mai evolute,

opţional pe lângă panouri se mai montează: 

-o baterie de acumulatore pentru a pute livra energie şi în lipsa luminii solare 

-un regulator de tensiune pentru prevenirea supraîncărcării bateriei 

-un dispozitiv de deconectare în cazul descărcării sub limită a acumulatoarelor 

-un dispozitiv de măsurare ce indică direcţia de alimentare şi cantitatea de energieprodusă/consumată 

-în cazul utilizării de consumatori de current alternativ, este nevoie şi de un invertor. În

acest caz la locuinţele racordate la reţeaua de curent alternativ teoretic ar exista

posibilitatea eliminării din schemă a bateriei de acumulatoare, energia suplimentară fiind

măsurată în ambele direcţii (la surplus sau lipsă). 

Projectul model al blocului 103/104 din Berlin- Kreuzberg în condiţiile din

Germania a condus la o scădere cu cca 50 Pf a costului energiei. Pe o suprafaţă de 240 m²

213 panouri solare cu o eficienţă de 16% produc 20 kW energie electrică însumând 14.000

kWh pe an.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 53/72

Activitate de cercetare si proiectare

[50]

tilizare industrială 

Panourile solare sunt utilizate pe scară tot mai largă la producerea de curent electric

Ca surse principale/secundare de curent electric în cazul clădirilor.

Dat în funcţiune în anul 1984 acoperişul din panouri solare al Universităţii din Georgetown

situat în centrul dens populat al Washingtonului produce anual energie electrică în valoarede 60000$.

Faţa sudică a clădirii din Tübingen/Germania terminată în anul 2004 a fost

acoperită cu 970 panouri fotovoltaice cu o putere instalată de 43,7 kW şi care se estimează

că vor produce anual 26000 kWh energie.

Din 1998 în Gleisdorf/Austria, pe strada energiei solare se găseşte arborele solar

înalt de 17,3 m, o structură de oţel de 12,7 t pe care se află montate 140 panouri solare cu o

producţie anuală de 6650 kWh cu care se alimentează 70 de stâlpi de iluminare.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 54/72

Activitate de cercetare si proiectare

[51]

Centrale solare 

Centralele de producere a energiei electrice pe bază de panouri solare câştigă teren.

Centrala solară din Atzenhof suburbia oraşului Fürth/Germania produce 1 MW energie

electrică cu ajutorul a 144 panouri solare ce acoperă o fostă haldă de deşeuri menajere. 

Centrala solară din Quierschied suburbia oraşului Göttelborn /Germania construită pe o

suprafaţă de 165000 mp în 2004/2005 produce 7,4 MW energie electrică utilizând panouri

solare.

Actualmente cea mai mare centrală solară se află în Pocking/ Bavaria compusă din 57912

panouri solare de înaltă performanţă cu o putere de 10 MW. În Shinan/Corea de Sud a

început construirea unei mari centrale solare cu o putere instalată de 20 MW, producţie

anuală estimată la 27000 MWh ce va acoperi cu 109000 panouri solare o suprafaţă egală cu

cea a 80 de terenuri de fotbal. În Brandis/Saxonia/Germania a început construirea celei

mai mari centrale solare având o putere de 40 MW, pe un teren al unei foste baze militare,

acoperindu-se o suprafaţă egală cu a 200 terenuri de fotbal cu 550.000 panouri solare din

film subţire. Se preconizează ca în primul an de funcţionare să se recupereze integral

cheltuielile de construcţie care se estimează a costa cu 20%-40% mai puţin decât preţul

comercial. Primele module vor fi operaţionale la sfârşitul lunii iunie. 

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 55/72

Activitate de cercetare si proiectare

[52]

Avantaje si dezavantaje 

Avantajul cel mai semnificativ il reprezinta faptul ca, cel putin teoretic, au durata de

viata nelimitata, insa putem lua in considerare si ca au un cost de intretinere foarte scazut.

Investitia initiala este marele dezavantaj al tuturor sistemelor energetice alternative, si

astfel si a celor bazate pe panouri fotovoltaice. Insa aceasta se amortizeaza in timp, astfel

incat pe mai multi ani, instalarea unui astfel de sistem este un lucru recomandat.

Exista desigur si alte dezavantaje, printre care putem enumera randamentul scazut al

celulei fotovoltaice privit prin prisma energiei produse raportata la suprafata si

dependenta acuta de radiatia solara (unghiul razei, temperatura, intensitatea, etc).

In ciuda pretului si a dependentei de factorii externi, panourile solare sunt o solutie pentru

viitor. Acest lucru este dovedit si de cresterea de aprope 50% inregistrata in numarul de

astfel de sisteme folosite pe glob, in fiecare an din 2002 incoace. Procentul utilizarii

energiei solare este in continuare minuscul, estimand ca va ajunge la 0,40% in 2010. Insa

pe viitor, odata cu dezvoltarea tehnologiei si micsorarea costurilor initiale, panourile

fotovoltaice vor deveni cu siguranta din ce in ce mai utilizate.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 56/72

Activitate de cercetare si proiectare

[53]

3.5 Subsistemul de transfer de caldura si stocarea energiei

Stocarea energiei colectate face posibila compensarea naturii discontinue a

energiei solare.Acumularea energiei stocate este reprezentata de cresterea

temperaturii.Pentru a vizualiza randamentul sistemului de stocare, trebuie amintit ca

randamentul unuicolector depinde in principal de temperatura medie a fluidului care

intrain el si de aceea, detemperatura fluidului evacuat din sistemul de stocare. Una dintre

caracteristicile esentialeale unui sistem de stocare eficient est capacitatea de alimentare a

colectoarelor cu un fluidavând o temperatura pe cât de scazuta posibil.

Dispozitivul de stocare a caldurii solarereprezinta o parteimportanta a sistemului

solar deoarece intre aportul de radiatie solarasi necesarul decaldura exista diferente, ca de

exemplu: variatia orara a consumului de apa calda demenajera, sau variatia necesarului de

caldura pentru incalzire.Acumulatorul are rolul de a compensa variatiile naturale ale

radiatiei solare si drepturmare variatiile de energie termica cedata de catre captatorul

solar mediului detransport. Acumulatorul stocheaza energia termicain momentul când nu

exista consumsau consumul este redus si o pune la dispozitia consumatorului când radiatia

solaraeste redusa sau minima. Pentru sistemele solare care incalzesc apa de

piscina,acumulatorul este de fapt bazinul cu apa (piscina), la prepararea apei caldedemenajere acumulatorul poate fi un boiler bine izolat termic, iar la sistemele solare

pentruincalzire acumulatorul poate fi realizat sub forma unui recipient deschis izolat

termiccorespunzator.Stocarea energiei termice ce s-a obtinut din energia solara se poate

face in diverseforme, alegerea modului de stocare depinde de natura procesului care se

urmareste ininstalatia solara. De exemplu, pentru stocarea caldurii se pot folosi fluide ca

apa sauaerul.

Transferul de caldura din colectoare inspre rezervorul de stocare are loc in douamoduridiferite:

-Prin circulatia fortata, utilizând o pompa actionata de un sistem de comanda,

-Prin circulatia naturala ou cu ajotorul unui termosifon.

Sistemele de exploatare prin termosifon prezinta un avantaj in comparatie cu

sistemeleobisnuite pe baza de pompe, deoarece acestea nu au nevoie de nici un sistem de

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 57/72

Activitate de cercetare si proiectare

[54]

comandapentru câstigul de energie solara, nici de pompe pentru deplasarea fluidului

pentru transferulde caldura. Cu toate acestea, in practica, instalatiile din termosifon

presupun doar anumitetipuri de boilere individuale si sunt exceptionale in instalatiile

colective.Din cauza problemelor de tip hidraulic intâlnite in gamele de colectoare de mari

dimensiuni sia constrângerilor arhitecturale datorate necesitatii de a plasa colectoarele sub

rezervorul destocare, circulatia fluidului de transfer termic prin termosifon nu este in

general adaptata lasistemele colective.20 

Inmagazinarea energiei obtinute de colectoarele solare plane este o problema

destul de

importanta.Boilerele cu dubla manta sunt realizate in mai multe versiuni, de

diferite capacitati. In circuitul exterior (dintre cele doua mantale) circula lichidulsolar

incalzit in colectoare. Acest mod de stocare este utilizabil in primul rândla sistemele de

preparare a apei calde menajere, dar poate fi conectat si la un boiler traditionalelectric sau

pe gaz. Prin utilizarea boilerului traditional creste si volumul de apa calda stocat.

3.5.1Subsistemul de energie auxiliar

Datorita defazajului dintre necesarul de caldura si radiatia maxima solararezervoarele de acumulare sunt prevazute su sisteme auxiliare de incalzire(rezistente

electrice, schimbatoare de caldura pentru agent termic provenit din incalzire clasica)o

sursa de energie, care sa fie disponibilain orice perioada. 

20Ibidem. 

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 58/72

Activitate de cercetare si proiectare

[55]

3.5.1 Subsistemul de distributie

Acest system este format din reteaua de distributie a agentului termic in intreaga

constructie incalzita si din suprafetele de transfer termic. Datorita temperaturii relative

saczute a agentului termic furnizat de catre captatoarele solare (aprox. 50oC) sistemul de

distributie se recomanda a fi un system de incalzire prin pardoseala care conduce la o

eficiente termica sporita.

3.6Centrale solare 

O centrala solara este o centrala electrica functionand pe baza energiei termice

rezultata din absorbtia energiei radiatiei solare. Centralele solare termice, in functie de

modul de constructie pot atinge randamente mai mari la costuri de investitii mai reduse

decat instalatiile pe baza de panouri solare fotovoltaice, necesita in schimb cheltuieli de

intretinere mai mari. Totodatata sunt exploatabile economic doar in zone cu foarte multe

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 59/72

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 60/72

Activitate de cercetare si proiectare

[57]

calorica si cedata agentului termic. Oglinzile parabolice sunt asezate de regula in randuri

una dupa alta pe directia N-S. Avand un singur grad de libertate, rotatia in jurul axei focale.

Instalatii solare de tip Fresnel

In locul unei oglinzi parabolice se utilizeaza mai multe fasii de oglinzi plane situate

toate la nivelul solului si care se pot roti in jurul azei longitudinale pentru a putea fi

orientate cate una astfel ca sa relecte radiatia solara in directia tubului absorbant, in

spatele caruia se afla o alta oglida liniara cu rol de concentrare a fascicolelor primite de la

oglinzi intr-o linie cat mai subtire. Acest concept este in faza de testare. Acest mod de

constructie imbina principiul de functionare al colectoarelor cu jgheaburi parabolice cu cu

cel al centralelor cu turn, dar renuntand atat la oglinzile curbate cat si la dispozitivele de

orientare cu mai multe grade de libertate ramanand doar constructia modulara. Utilizand

oglinzi plate usor de construit se sconteaza pe un pret scazut. Utilizarea conductei

absorbante este necesara in continuare. Rezulta posibilitatea utilizarii de conducte mai

lungi , fara coturi, ceea ce reduce pierderile datorita rezistentei hidraulice, in schimb apar

pierderi de radiatie solara datorita umbririi reciproce a oglinzilor.

3.6.3 Centrale cu turn solar 

In cazul centralelor cu turn solar este vorba de obicei de centrale pe baza de aburi

generati cu ajutorul energiei solare. Focarul (camera de combustie) incalzit pana acum cu

pacura, gaz natural sau carbune, este inlocuit de un focar solar asezat in varful unui turn.

Radiatia solara, a sute, chiar mii de oglinzi cu orientare automata dupa pozitia soarelui este

reflectata catre o suprafata absorbanta centrala numita receiver. Datorita puternicei

concentrari de radiatie, in turn apar temperaturi de ordinul a mii de grade.Agentul termic utilizat este nitrati fluizi, aburi sau aer cald. In acest mod se pot

genera temperaturi cu valori adapate necesitatilor proceselor tehnologice, sau ceerintelor

accelerarii proceselor chimice. De regula insa, caldura generata este utilizata totusi prim

intermediul unei turbine de gaz sau de aburi la generarea de curent electric.In receiver

agentul termic este incalzit, si in final utilizat la generarea de aburi.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 61/72

Activitate de cercetare si proiectare

[58]

3.6.4 Centrale cu oglinzi parabolice

Oglinzile parabolice sunt construite cu doua grade de libertate putand urmari

pozitia soarelui pe cer. Ele sunt montate pe un stativ si concentreaza razele solare intr-un

punct focal propriu fiecarei oglinzi unde este montat un receptor de energie termica. Acest

mod de constructie este foarte compact.La instalatiile de acest tip receptorul este conectat

la un motor Stirling care transforma energia termica direct in emergie mecanica putand

actiona un generator electric. Aceste instalatii ating un randament inalt in transformarea

energiei solare in energie electrica.

Modularitatea acestor instalatii permite atat utilizarea lor in locuri izolate sau

independente cat si conectarea mai multora in formtnd o centrala virtuala in cadrul

generarii distribuite a energiei electrice. O solutie mai rara o constituie parcurile(fermele)

de oglinzi parabolice. In punctual focal comun tuturor oglinzilor se afla o suprafata

absorbanta cu ajutorul careia este incalzit un agent termic utilizat in continuare pentru

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 62/72

Activitate de cercetare si proiectare

[59]

generare de aburi. Conectarea in grup a mai multor oglinzi parabolice constituie o abordare

mai putin economica decat centralele cu jgheaburi parabolice sau cele cu turn solar.

4. Utilizarea pompelor de caldura in instalatiile de incalzire

Pompele de caldura sunt centrale termice care extrag caldura acumulatain sol, aer

sau apa pentru incalzirea locuintelor, a birourilor, a halelor de productie, a blocurilor de

apartamente si pentru producerea apei calde menajere. Ele pot inlocui cazanele pe baza de

combustibili, componenta centrala a sistemelor traditionale de incalzire.

La nivel teoretic, pompa de caldura functioneaza ca un frigider, dar principiul este

inversat. Frigiderul absoarbe caldura din interiorul sau si o transmite prin intermediul unuiagent frigorific unui schimbator de caldura aflat in spatele sau, iar aceasta calduraeste

cedataincaperii in care se afla.

Pompele de caldura se utilieaza pentru producerea caldurii sau a frigului.De la

instalatiile frigorifice folosim doar frigul, iar de la pompele de caldura – caldura. Transferul

de caldura in ambele cazuri este efectuat prin intermediul unui agent de lucru, de exemplu

frigorific, care circula prin instalatie si isi schimba ciclic starea de agregare. Pentru a se

analiza eficienta energetica a pompelor de caldura, este necesar sa se scrie bilantulenergetic.

Dupa felul surselor de caldura utilizate, pompele de caldura pot fi:

- Aer-aer: au ca sursa de caldura aerul atmosferic si folosesc aerul ca

agent purtator de caldura in cladirile in care sunt montate. La acest tip de

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 63/72

Activitate de cercetare si proiectare

[60]

instalatii inversarea ciclului este deosebit de usoara astfel in sezonul rece,

instalatia este utilizata pentru incalzire, iar in sezonul cald, pentru

conditionare.

- Sol-aer: folosesc ca sursa de caldura solul, iar agentul purtatot este

aerul

- Soare-aer: folosesc ca sursa de caldura energia termica provenita de la

soare prin radiate, iar agentul purtatot de caldura este aerul.

- Aer-apa: folosesc ca sursa de caldura aerul, iar ca agent purtatot de

caldura apa.

- Apa-apa: foloesc ca sursa de caldura apa, iar ca agent purtatot de

caldura tot apa.

- Sol-apa: folosesc ca sursa de caldura solul, iar ca agent purtator de

caldura apa.

- Soare-apa: folosesc ca sursa de caldura radiatia solara, iar ca agent

purtator de caldura apa21.

Pompa de caldura functioneaza invers: absoarbe caldura din mediu, dupa care o

pompeaza la un nivel de temperatura adecvat pentru a incalzi o locuinta, chiar si atunci

când afara este ger, putând absorbi din pamânt, din apa din pânza freatica sau din aer

caldura necesaraincalzirii.

4.1 Avantaje

Pentru a furniza 100% caldura pentru o casa, pompa de caldurava necesita un

procent de circa 30% energie electrica. Dupa acest „prim pas”, ea poate furniza procentul

ramas de 70% din caldura recuperata din mediul inconjurator. Astfel, in loc sa foloseasca

arderea combustibililor conventionali, pompa de caldura foloseste o metoda diferita:

capteaza caldura deja disponibilasi la indemânain mediul inconjurator. Aceasta caldura se

aflain stare libera, regenerabila, inepuizabilasi curata. Practic, 30% din energia

21Lucrare aparuta in Buletinul celei de a 41-a Conferinta Nationala de Instalatii, Instalatii pentru inceputul

Mileniului trei, Cresterea performantei energetice a cladirilor si a instalatiilor aferente, Sinaia, 19-21 octombrie

2006

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 64/72

Activitate de cercetare si proiectare

[61]

necesaraincalzirii locuintei reprezinta energie electricasi 70% este energie gratuita, captata

din mediul inconjurator.

Pompa de caldura reprezinta singura metoda de a furniza atât incalzire, cât si

racire eficienta printr-un singur dispozitiv (aceste cifre variazain functie de sursa din

mediul inconjurator folosita: apa, pamânt sau aer). Mai mult, aceste dispozitive nu produc

poluare in casa, nu necesita flacara sau combustibil pentru combustie, nu

necesitaintretinere si sunt automatizate. Iarna incalzesc locuinta iar vara o pot climatiza,

fara investitii suplimentare in alte dispozitive, cu consumuri de energie electrica foarte

mici, circulând apa racita prin sistemul de incalzire in pardoseala sau prin

ventiloconvectoare. Vara, caldura preluata din casaeste folosita pentru prepararea gratuita

a apei menajere sau incalzirea piscinei22.

4.2 Tipologie

In functie de sursa din care atrag energia, pompele de caldura pot fi de trei feluri.

Primul tip de pompa de caldura, apa - apa, poate sa aiba ca sursa de energie apa din pânza

freatica sau cea dintr-un lac sau un râu. Al doilea tip de pompa de caldura, sol –  apa,

absoarbe energia din sol cu ajutorul unui sistem de tevi colectoare dispuse pe plan

orizontal in pamânt sau prin sonde verticale. In aceste tevi colectoare si sonde circulaunlichid cu antigel ecologic, care va preda energia calorica adunata din sol pompei de caldura.

Al treilea tip de pompa de caldura, aer – apa, prepara agentul termic prin racirea

aerului din apropierea sa. Cu acest agent termic, care va avea temperatura asigurata de

pompa de caldura, vom incalzi locuinta si totodata vom prepara si ACM. Costurile de

instalare ale acestor sisteme sunt mai mici decât ale celorlate tipuri de pompe de caldura.

Pompele de caldura aer –  apa (denumite si cazane cu aer) sunt utilizabile pâna la

temperatura exterioara minima de - 20°C.

22Ing. Horia Sandu, ing. Cristian Nedelcu, Pompele de căldură, o alternativă economică , 

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 65/72

Activitate de cercetare si proiectare

[62]

Coeficientul de performanta al pompelor de calduraeste exprimat prin cifra COP.

Aceasta cifra fara dimensiune arata ca, introducând o unitate de energie electricain pompa

de caldura, acesta poate produce un anumit numar de unitati de energie calorica23.

4.3 Regimuri de functionare

“Regimul de functionare” al pompelor de caldura se adapteaza sistemul de

distributie de caldura existent in cladiri. In cazul in care este necesara o temperatura pe tur

superioara temperaturii maxime pe tur a pompeide caldura (55 grade Celsius) atunci

pompa de caldura va functiona numai in completarea unui generator de caldura

conventional.

In cladirile noi se poate alege sistemul de distributie de caldura. In acest caz, se va

alege, luand in considerare parametrii anuali cei mai ridicati, un sistem de distributie de

caldura cu o temperatura maxima pe tur de 35C.

Din punt de vedere tehnic se pot diferentia urmatoarele regimuri de functionare:

4.3.1 Regim de functionare monovalent: 

In cazul regimului de functioanre monovalent, instalatia cu pompe de caldura

acopera ca unic generator de caldura intregul necesar de caldura al cladirii. Premisa oreprezinta faptul ca, sistemul de distrbutie de caldura racordat trebuie sa fie dimensionat

pentru o temperatura pe tur inferioara temperaturii maxime pe tur a pompei de caldura.

Parametrii anuali ridicati se vor obtine numai in combinatie cu un sistem de distributie de

caldura cu o temperatura maxima pe tur de cca 35C.

4.3.2 Regim de functionare bivalent:

O instalatie de incalzire bivalenta are doi generatori de caldura. Pompa de caldura

cu actionare electrica este combinata cu cel putin inca un generator de caldura pentru

combustibili solizi, lichizi sau gazosi.

23Idem.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 66/72

Activitate de cercetare si proiectare

[63]

4.3.3 Regim de functionare monoenergetic:

Regim de functionare bivalent la care cel de-al doilea generator de caldura

functioneaza cu acelasi tip de energie (curent electric) de exemplu printr-un preparator

instantaneu de apa calda menajera pe turul circuitului primar sau o rezistenta electrica in

boilerul pentru preparare de apa calda menajera si/sau rezervorul tampon de agent termic.

4.3.4 Caracteristici tarifare referitoare la regimurile de functionare ale pompelor de

caldura

Pentru a face posibila functionarea economica a isntalatiei de incalzire cu pompe

de caldura, in unele tari, furnizorul de energie electrica ofera tarife speciale pentru pompe

de caldura. Aceste tarife speciale presupun de regula, ca alimentarea cu energie electrica a

pompelor de caldura sa poata fi intrerupta in timpul in care reteaua este suprasolicitata. De

exemplu, alimentarea cu energie electrica a instalatiilor cu pompe de caldura cu regim de

functionare monovalent, poate fi intrerupta in 24 de ore de trei ori pentru maximum doua

ore. Timpii de functionare dintre doua intreruperi nu trebuie sa fie mai mici decat periaoda

de intrerupere anterioara.In cazul instalatiilor cu pompe de caldura cu functionarea bivalenta, alimentarea cu

energie electrica se poate intrerupe in timpul perioadei de incalzire pentru maximum 960

de ore.

Pentru locuintele noi s-a dovedit util regimul de functionare monovalent cu care se

poate intrerupe. Pompa de caldura poate acoperi necesarul de caldura anual, iar perioadele

de intrerupere nu conduc la perturbatii in functionare, deoarece de exemplu incalzirea rin

pardoseala datorita capacitatii de acumulare, poate depasi perioadele de intrerupere faraas e constata modificari ale temperaturii de ambianta.

Pentru cladirile existente se recomanda regimul de functionare bivalent, deoarece

exista un generator de caldura care de obicei se poate utiliza in continuare, pentru a putea

acoperi sarcinile de varf din zilele reci de iarna cu temepraturi necesare pe tur de peste

55C.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 67/72

Activitate de cercetare si proiectare

[64]

In cazul in care pompa de caldura va functiona fara intrerupere, atunci nu se va

oferi in unele tari un tarif special de alimentare cu energie electrica. In acest caz, consumul

de energie se va calcula la acelasi tarif cu restul consumului de energie electrica al

gospodariei sau al unitatii comerciale24.

4.4 Functionarea pompei de caldura

Functionarea pompelor de caldura are la baza principiul al doilea al

termodinamicii care afirma ca, caldura nu trece de la sine de la un mediu cu o temperatura

mai scazuta la un mediu cu temperatura mai ridicata. Pentru a face posibila trecerea

calduriid e la un mediu cu temperatura mai scazuta la un mediu cu o temperatura mai

ridicata este nevoie de un consum de lucru mecanic.

Prin utilizarea unei instalatii termice sub forma unei pompe de caldura se face

posibila preluarea energiei termice solare, inmagazinata sub forma de caldura, din apa sol

sau aer si folosirea ei pentru incalzirea locuintelor. Toate aceste surse de caldura, mai sus

mentioante, reprezinta un acumulator al energiei solare, astfel incat utilizand aceste surse

se utilizeaza, de fapt, indirect, energia solara. Pentru mediul din care se extrage caldura,

apa, solul sau aerul, se foloseste denumirea de mediu racit, sau sursa calda. Mediul in care

se valorifica caldura este denumit mediu incalzit sau sursa rece. In compnentna uneipompe de caldura se regasesc in mod obligatoriu urmatoarele aparate: un compresor, un

vaporizator, un condensator si un ventil de laminare, fara acestea instalatia nu ar putea

functiona. Pe langa aceste aparate mai pot exista si altele in functie de specificul instalatiei,

dar acestea vor fi regasite in orice instalatie termica sub forma de pompa de caldura. Alte

componente care mai pot fi regasite intr-o pompa de caldura sunt schimbatoarele de

caldura intermediare a caror importanta le face sa fie folosita frecvent, precum si

elementele de automatizare care realizeaza o crestere a randamentului instalatiei precumsi o usurinta mare in utilizare.

24 Viessman, Instructiuni de proiectare,

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 68/72

Activitate de cercetare si proiectare

[65]

Elementul esential in procesul de captare si cerare a energiei este agentul termic

din circuitul interior al pompei de caldura. Acesta are proprietatea de a trece din stare

lichida in stare de vapori reci la temperaturi scazute.

In interiroul unei pompe de caldura agentul termic sufera patru transformari ale

starii termodinamice. Cele patru faze ale procesului de transfer termic care are loc in

itneriorul pompei de caldura se desfasoara astfel. Agentul termic lichid aflat la o

temperatura mai scazuta decat cea a mediului racit intra in vaporizator unde se produce

transferul de caldura de la sursa calda la agentul termic. La iesirea din vaporizator agentul

termic este in stare de vapori reci. Vaporii reci de agent termic intra in compresor, unde cu

ajutorul energiei electric, se produce cresterea de presiune si temperatura acestora. La

iesirea din compresor, vaporii calzi de agent termic vor avea o temperatura mia mare

decatcea a emdiului incalzit. Vaporii calzi de agent termic intra in condensator unde se

produce transferul de caldura de la vaporii calzi la apa din circuitul inchis al sistemlui de

incalzire al casei. La iesirea din condensator, in urma cedarii caldurii, agentul termic este in

stare lichida cu o temperatura sio presiune mai mare decat cea a mediului racit. Agentul

termic, lichid intra in ventilul de laminare, unde temperatura si presiunea acestuia scade

pana la o valoare inferioara celei din mediul racit. Din acest moment ciclul se reia.

In figura 3.2.1 este prezentata diagrama cu temperaturile in sol la diferite adancimiin functie de lunile anului

.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 69/72

Activitate de cercetare si proiectare

[66]

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 70/72

Activitate de cercetare si proiectare

[67]

4.4.1 Utilizarea pompei de caldura in varianta aer-apa

Aceasta varianta de pompa de caldura aer-apa, extrage energia solara,

inmagazinata sub forma de caldura, din aerul exterior pe care o introduce in circuitul

pentru incalzirea locuintei, in prezent aceasta pompa de caldura poate fi utilizata pe durata

intregului an, in cladiri construite conform standardelor in vigoare, in combinatie cu o

rezistenta electrica.

Sursa de caldura aer, este foarte usor de obtinut si este disponibila peste tot, in

cantitati nelimitate. Prin aer se intelege in acest context utilizarea aerului din exterior. Nu

se accepta utilizarea ca sursa de caldura, in cladiri de locuit, a aerului interior pentru

incalzirea locuintelor. Aceasta se poate realiza numai in cazuri sepiale ca de exemplu in

cazul utilizarii de caldura recuperata, in firme de productie si in industrie.In cazul

pompelor de caldura pentru aer, dimensionarea sursei de caldura se stabilieste in functie

de tipul constructiv si de dimensiuea aparatului. Cantitatea necesara de a aer este dirijata

de catre un ventilator incorporat in aparat, prin canale de aer, catre vaporizator, care

extrage caldura din el.

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 71/72

8/12/2019 Activitate de Cercetare Proiectare Adaugat an 2

http://slidepdf.com/reader/full/activitate-de-cercetare-proiectare-adaugat-an-2 72/72

Activitate de cercetare si proiectare

4.4.3 Utilizarea pompei de caldura in varianta apa-apa

Utilizarea energiei solare acumulata in apa din panza freatica se face intr-un mod

foarte asemanator cu cel descris mai sus in cazul utilizarii energiei solului. Apa freatica este

un buna cumulator pentru caldura solara, care chiar si in zilele reci de iarna se mentine o

temperatura constanta de la 7 pana la 12 grade, fapt care reprezinta un avantaj. Datorita

nivelului de temperatura constant al sursei de caldura, indicele de putere al pompei de

caldura se mentine ridicat de-a lungul intregului an.