Scolarizare alegere si dimensionare instalatii solare

Instalatii solare - Subiecte pe care doresc sa le discutamfunctionarea unui panou solar si randamentul sau functie de orientarefunctionarea instalatiei solare cu boiler bivalent. Dimensionareexplicatii privind alegerea cazanului sau/si a automatizarii din centrala termicafunctionarea instalatiei solare cu aport la incalzire. Dimensionarefunctionarea instalatiei solare cu boiler combi folosit ca puffer pt. cazane pe lemne. Dimensionarefunctionarea instalatiei solare cu boiler bivalent si piscina. Dimensionarea schimbatorului de caldura al piscinei si dimensionarea campului de panouri solarecazuri speciale: dimensionarea pe baza coeficientilor de consumalcatuirea campului de panouri, asigurarea instalatiei, racordarea Tichelmann, vana antioparirecalculul debitului nominal de agent solar din instalatie, dimensionarea tevilor si alegerea grupului de pomparescheme mari: cu mai multe campuri de panouri si eventual mai multe grupuri de pomparecalculul volumului de agent solar necesar si a vasului de expansiunetabelul centralizat de alegere a accesoriilor de montaj functie de tipul acoperisului (tigla, tabla sau terasa)exemplu de oferta

95%(Heat) thermal radiation (emisie)5%100%Radiatie solaraReflexie (sticla)5%Heat conduction, convectionHeat transfer medium:78%Useful heat:12 %Functionarea panoului solar

Ipoteze de calcul Radiatia solara in Romania este masurata si cartografiata, in fiecare zona geografica Pentru Bucuresti se considera o valoare anuala de 1350 kWh/mp. Prin calcularea numarului de zile si ore insorite dintr-un an, s-a ajuns la o valoare de referinta apreciata de: 1000 W/mp pentru Bucuresti. Temp. medie agent solar Temp. aer exteriorRandamentul real in functionare al unui panou solar

Avand in vedere randamentul unui captator solar de maxim 78% si radiatia solara incidenta de mai sus, rezulta care este sarcina termica instalata (nominala) pe m2 de panou In calculele de dimensionare termica, trebuie luata in calcul suprafata activa a absorberului, care este sensibil mai mica decat deschiderea acestuia (lumina) si mult mai mica decat suprafata bruta (de gabarit) a panoului. Aceasta suprafata bruta se foloseste numai pt. a calcula daca ne incadram cu configuratia aleasa pe suprafata de acoperis pusa la dispozitie.Suprafata activa a panourilor vana de la Rehau este de 2.2 mp/panouDe unde rezulta sarcina termica instalata pe un panou Rehau, in zona Bucuresti, de 1716 W.Randamentul exact de functionare al panourilor solare, respectiv sarcina termica efectiv produsa de acestea, rezulta din formula de mai jos.

Ipoteze de calcul

De retinut ca unghiul optim de inclinare al panourilor este de 30o 60o. Daca avem un acoperis terasa, sau cu o panta foarte mica, se vor folosi suportii Rehau pentru amplasare libera. Acestia formeaza un cadru inclinat la 45 grd. fata de suprafata suport.Orientarea optima este spre S, SE sau SW. De evitat amplasarea pe fatada Vest sau Est.Daca totusi avem o asemenea orientare a pantelor acoperisului, de preferat Vestul. Beneficiem de mai multe ore insorite dupa amiaza decat dimineata iar intensitatea radiatiei solare este mai puternica dupa ora 12, cu un maxim intre orele 14 -16.Nu este permisa orientarea catre N, NV si NE.Pentru ofertare, este necesara completarea de catre beneficiar a unui formular de cerere de oferta (vezi ca exemplu formularul Rehau). Deoarece anumiti factori ca: nr. de persoane deserviteorientarea dimensiunile si panta acoperisului, materialul de acoperire al acestuialungimea aproximativa a traseuluidimensiunile centralei termice si ale usii de acces etc. influenteaza decisiv dimensionarea si trebuiesc stabiliti clar de la inceput, evitand astfel discutii nedorite ulterior.In functie de orientarea panourilor catre punctele cardinale si de inclinarea suportilor, exista coeficienti de corectie pentru valorile calculate.

Ipoteze de calcul

OrientareSudSud VestSud EstVest, EstInclinare0-15o15-25o25-60o60-75o75-90o 0-15o15-30o30-50o50-75o75-90oAdaosNu e admis10 %e OK10%30-50%Nu e admis15-20%20-30%30-50%50-80%

Schema uzuala de instalatie

Suprafete mari ale schimbatorului de caldura pentru: putere inalta de durata 750 l/h la 32 kW (marime 300)830 l/h la 34 kW (marime 400 si 500)

Incalzirea rapida prin mijloace conventionale Schimbator de caldura:A WT,Solar = 1,5 m2 (marime 300) A WT,Solar = 1,7 m2 (marime 400 si 500)

Racordare pana la 9 m suprafata de colectorBoilerul de apa bivalent REHAU-SOLECT

Cuplarea instalatiei REHAU SOLECT cu cazanul

Cuplarea instalatiei REHAU SOLECT cu cazanul

Cuplarea instalatiei REHAU SOLECT intr-o centrala termica

Schema uzuala de instalatie Boilerul solar este bivalent, continand 2 serpentine de incalzire la interior. Energia solara captata de panouri este cedata in serpentina inferioara a boilerului solar catre apa calda. Pompa solara functioneaza atata timp cat temperatura la partea inferioara a boilerului (in dreptul serpentinei respective) este mai mica decat cea stabilita la regulatorul solar.Cazanul alimenteaza cu agent termic serpentina superioara atata timp cat temperatura la partea superioara a boilerului (in dreptul serpentinei respective) este mai mica decat cea reglata la automatizarea cazanului, ca fiind cea necesara la consumator. Automatizarea sursei de incalzire trebuie sa poata comuta agentul termic de pe incalzire pe serpentina boilerelor de a.c.m. si viceversa, functie de temperatura citita de senzorul NTC al cazanului (care se introduce in boiler). Aceasta se face fie prin sistemul cu pompele de a.c.m. si incalzire montate in paralel, fie printr-o vana cu 3 cai. Comutarea se poate face cu oprirea incalzirii (la cazane mici) sau in paralel cu aceasta (la centrale termice mari, unde avem suficienta putere termica produsa)Putem spune ca boilerul solar este format din doua boilere distincte, suprapuse, cel de jos (solarul) avand cam 2/3 din volumul total si folosind la preincalzirea apei care patrunde prin stratificare termica, in boilerul de sus. De abia de aici se livreaza apa calda la temperatura dorita.Desigur ca vara nu mai este necesara folosirea cazanului pentru incalzirea apei calde, energia solara fiind suficienta pentru a incalzi intreg boilerul, prin stratificare termica.Cand nu avem radiatie solara suficienta pentru a atinge temperatura apei dorita la consumator numai prin folosirea panourilor solare, cazanul trebuie folosit ca sursa suplimentara de ridicare a temperaturii. Instalatia solara are in acest caz rolul de a economisi combustibil, preincalzind apa ce urca in boilerul "de sus". Ceea ce este important de stiut este ca, in sezonul rece, nu ne putem baza pe temperatura celor 2/3 din volumul boilerului care se afla la partea inferioara. De aceea, dimensionarea boilerului trebuie sa tina cont de o rezerva acumulata de apa calda de numai 1/3 din volum iarna.In capitolul 4.2 din catalog este descris modul de dimensionare al boilerului si calculul mai apoi a numarului de panouri, pentru aplicatii casnice. Dimensionarea se face la dublul necesarului zilnic de a.c.m., pentru a eficientiza instalatia solara acoperind si o zi cu vreme urata, ca si pentru a asigura cantitatea necesara de a.c.m. acumulata pe timp de iarna. Avem astfel si 2 tipuri de pachete gata configurate: pt. o familie obisnuita de 3-4 persoane si pt. 5-6 persoane.

Verificare (limitarea transferului termic):Suprafata absorbanta a colectorilor ce alimenteaza un boiler trebuie sa fie de maxim 5 ori suprafata serpentinei schimbatorului de caldura solar (in conditii de orientare sud si inclinare optima a panourilor). Rezulta maxim 4 panouri pentru un boiler de 500 ltr. si 7 panouri pentru un boiler de 1000 ltr.

Alte configuratii posibileInstalatie cu aport la incalzire:Boilerul este de tip "combi", avand o constructie speciala: contine un mic boiler imersat la partea superioara, in interiorul boilerului principal. In boilerul mare se afla de aceasta data agent termic din instalatie, apa calda menajera aflandu-se numai in boilerul mic de sus. Serpentina solara, care se afla tot la partea inferioara, incalzeste in mod direct agentul termic si in mod indirect (prin stratificare termica si conductie) apa calda menajera din boilerul de sus. Serpentina superioara, alimentata de la cazan, se afla imersata in boilerul mic de sus si suplimenteaza temperatura apei calde menajere, pana la valoarea dorita la consumator.O astfel de instalatie porneste in primul rand de la necesarul de apa calda menajera, de aceea boilerul minim pe care il folosim este cel de 600/150. Tot din acest motiv, in aplicatii cu debit mare de apa necesar, nu putem folosi boilere combi cu aport la incalzire (din lipsa de acumulare pe partea de a.c.m.). Este vorba de pensiuni sau aplicatii industriale, acestea avand un numar mare de consumatori simultan. Aici dimensionarea boilerului nu se face in functie de numarul de persoane deservite, ci de numarul de puncte de consum, conform coeficientilor de debit de care vom vorbi mai tarziu.In principiu, varianta 600/150 poate deservi o familie obisnuita de 3-4 persoane, cu o centrala murala obisnuita, de 24 kW.Alegerea intre celelalte boilere 750/180 si 1000/240 se face insa si in functie de marimea instalatiei de incalzire. Se poate porni de la o dimensionare empirica, care este de 25 ltr. acumulare agent termic/kW cazan. Daca din calcul reiese o valoare mai mare de 1000 ltr., nu inseamna ca nu va functiona, ci ca avem o eficienta mai scazuta a pufferului. Avem si aici 3 tipuri de pachete gata configurate: cu 4, 5 sau 6 panouri, functie de marimea boilerului. Ele acopera majoritatea aplicatiilor, intrucat in regim casnic nici nu e nevoie de mai mult.

Putere de captare prin principiul boilerului

Suprafete mari de schimbator de caldura

Ridicata putere de durata 760 l/h la 31 kW si, prin asta, ridicat confort de apa calda Cifra caracteristica de putere N L = 2,0 / 2,3 / 3,1

Schimbator de caldura, solar:A WT,Solar = 1,7 / 2,3 / 3,0 m

Conectare pana la 15 m suprafata de colectorBoilerul combi REHAU-SOLECT

Boilerul COMBI

Racordarile la boilerul COMBI1. Intrare agent termic de la cazan, la folosirea boilerului ca puffer pt. cazanul pe lemne2. Intrare agent termic de la un alt cazan (suplimentar)3. Tur la instalatia de incalzire, la folosirea boilerului ca puffer pt. cazanul pe lemneIesire retur la cazan, la folosirea boilerului pentru sprijinirea incalzirii, prin ridicarea temperaturii returului.4. Retur de la instalatia de incalzire, la folosirea boilerului ca puffer pt. cazanul pe lemne5. Iesire agent termic catre cazanul suplimentar6. Tur agent solar de la panouri7. Retur agent solar la panouri8. Iesire agent termic catre cazan, la folosirea boilerului ca puffer pt. cazanul pe lemne Intrare retur de la instalatie, la folosirea boilerului pentru sprijinirea incalzirii, prin ridicarea temperaturii returului- Toate racordurile 1-8 au constructiv diametrul de 1- Se observa mici teci de imersie (diametru 10 mm) atasate din constructie racordurilor 1, 3 ,5 ,7. Ele sunt necesare pt. introducerea senzorilor regulatorului REHAU SOLECT VARIO, functie de varianta hidraulica respectiva9. Intrare serpentina agent termic de la cazan, pt. preparare a.c.m.10. Intrare apa rece de la retea11. Racord recirculare a.c.m.12. Iesire apa calda la consumatori13. Iesire serpentina agent termic la cazan, pt. preparare a.c.m.14. Aerisire15. Termometru16. Racord pt. rezistenta electrica de incalzire- La partea superioara avem teaca (diametru 12 mm) pt. introducerea senzorului de boiler NTC al cazanului si un anod de magneziu pentru protectie anticoroziva.

Boilerul combi folosit ca puffer pt. cazanul pe lemne:Cazanul pe lemne functioneaza continuu, in regim nominal, la randament maxim, indiferent de cererea de caldura, pana cand tot volumul apei din boilerul principal atinge valoarea dorita (90 grd.). In acest fel, se realizeaza economie de lemne:- prin evitarea functionarii cazanului la sarcina redusa si deci randament prost, atunci cand instalatia nu are nevoie de caldura- prin evitarea incalzirii excesive a incintei, daca automatizarea cazanului nu este foarte performantaPufferul realizeaza o separare completa intre circuitul sursei si circuitele de incalzire, astfel incat avem o acumulare de agent termic pe care instalatia il va folosi exact cand are nevoie, indiferent daca arde focul sau nu. In acest fel, marim perioada de autonomie a instalatiei, respectiv durata intre 2 incarcari succesive cu lemne si deci confortul utilizatorului.Atentie, in cazul acestui sistem, este obligatorie folosirea unei rezistente electrice imersate in boiler sau a altui aparat de preparare a.c.m, in paralel. Pentru situatia de vara, cand cazanul nu e folosit. Pe returul de la puffer la cazanul pe lemne, se intercaleaza obligatoriu o vana termostatica de amestec tur/retur (sau un dispozitiv Ladomat). Acest amestec mentine constanta temperatura de intrare in cazan la 60 grd. In caz contrar arderea va fi defectuoasa si se va scurta si durata de viata a cazanului prin aparitia condensului.

Daca se doreste o instalatie cu preparare a.c.m. si aport la incalzire, avand o acumulare superioara pe partea de a.c.m.:Avem 2 boilere bivalente conectate in paralel pe circuitul solar. Automatizarea este cu prioritate pe boilerul de preparare a.c.m. O vana cu 3 cai si servomotor comuta agentul solar de pe acest boiler pe puffer, dupa ce temperatura apei de la partea inferioara a boilerului a atins valoarea reglata (folosind daca e nevoie si caldura cedata de serpentina alimentata de la cazan). Pompa PLS are rolul de a uniformiza temperatura apei din boiler, astfel incat senzorul TBU (de la partea inferioara) sa citeasca temperatura finala a a.c.m.

Daca se doreste prepararea a.c.m. si descarcare pe o piscina:.Serpentina solara a boilerului se racordeaza in paralel cu schimbatorul de caldura care incalzeste apa recirculata din piscina. Intotdeauna se pun in serie 2 schimbatoare, primul fiind cu agent termic solar iar cel de-al doilea fiind alimentat de la o sursa conventionalaO vana cu 3 cai si servomotor comuta agentul solar de pe boiler pe schimbatorul de piscina, atata timp cat temperatura apei la partea inferioara a boilerului are valoarea reglata (prioritate pe boiler). Suprafata totala a absorberului depinde de suprafata piscinei. Adancimea piscinei nu este relevanta, intrucat majoritatea pierderilor de caldura ale piscinei au loc prin evaporarea apei de pe suprafata libera a acesteia.De aceea, avem mari diferente de calcul intre piscinele acoperite cu prelata si cele descoperite, intre cele exterioare si cele interioare.

Calculul instalatiilor cu preparare a.c.m. si descarcare pe o piscina:Radiatie solara anuala globala Suprafata colectorRadiatie solara anuala globala Suprafata colectorPiscina exterioara neacoperita(curba 3)Piscina exterioara acoperita(curba 4)

Radiatie solara anuala globala Suprafata colectorGrafic:Cresterea de temperatura a apei din piscina functie de suprafata de colectori solari instalataPiscina interioara

Diagrama de dimensionare a schimbatorului de caldura solar pentru piscinaExemplu de calcul:- Debitul de agent solar 21 ltr./min(echivalent a 14 panouri solare) Debitul de apa vehiculat de instalatia de filtrare: 10.000 ltr./h Rezulta o sarcina de transfer termic de 430 W/grd Temperatura de referinta a apei din piscina 25 oC Temperatura medie de calcul a agentului solar 55 oC Sarcina schimbatorului de caldura este:430 x (55-25) = 12.9 kW

Situatii speciale Calculul necesarului de apa calda pentru aplicatii la care avem un consum puternic, la aceeasi ora. De exemplu:- pensiune, la care varful de consum e dimineata si seara - hala industriala, la care toti muncitorii se spala la iesirea din schimb Aici aproximam cantitatea de apa necesara in acel moment al zilei si dimensionam boilerul in functie de acest calcul. Nu ne putem folosi de calculul de mai inainte bazat pe necesarul de apa calda in ltr./persoana x zi, pentru ca am supradimensiona nejustificat instalatia. De exemplu: 50 de muncitori care fac dus in medie 5 min. fiecare, rezulta un necesar de 1500 ltr.Pentru pensiuni, se ia in calcul un grad de ocupare de 60-80%, functie de specificul zonei.

Notiuni despre alcatuirea instalatiilor si dimensionarea hidraulicaDin motive de limitare a dilatarilor si a pierderilor de sarcina, eu recomand gruparea panourilor in campuri a cate max. 8 buc. in paralel. Daca sunt mai mult de 6 pe un rand, e necesara folosirea unor compensatori de dilatare. Campurile se monteaza in paralel, echilibrate hidraulic prin racordare tip Tichelmann.Astfel, traseul total tur + retur va fi identic pentru orice panou, indiferent de amplasarea sa in teren. Tot din motive de echilibrare hidraulica, trebuie sa avem acelasi numar de panouri in toate campurile.

Acelasi principiu de echilibrare hidraulica si in cazul unei baterii de boilere, atat pe partea de apa calda menajera cat si pe partea de agent solar. Intotdeauna boilerele componente ale unei baterii sunt identice.Referitor la asigurarea instalatiei interioare, in cazul instalatiei cu aport solar la incalzire, trebuie luata in calcul o cantitate mult mai mare de agent termic in sistem (datorita pufferului). Este necesara montarea unui al 2-lea vas de expansiune, care sa preia o cantitate de apa suplimentara, rezultata din dilatarea apei acumulate in puffer, prin aportul de caldura de la soare.

Referitor la asigurarea instalatiei de apa rece conform normativului I.13 (si DIN 1988):A se tine cont ca avem o dilatare a unui volum relativ mare de apa de la 10 grd. pana chiar la 80 grd. Veti vedea ca automatizarea REHAU este setata din fabrica pe 80 grd. temperatura in boiler si sunt de parere sa o lasam ca atare (exceptie apa cu continut ridicat de calcar), pentru a acumula cat mai multa caldura in zilele insorite.Deci, obligatoriu vas de expansiune pe fiecare boiler si supapa de siguranta 6 bar, fara nici un organ de inchidere intercalat intre boiler si acesteaLipsa vasului de expansiune ar duce periodic la declansarea supapei si intr-un final la blocarea ei in pozitie partial deschisa, datorita impuritatilor sau calcarului. Un eventual robinet existent intre boiler si supapa ar duce la craparea boilerului, in cazul in care robinetul se inchide din greseala.

Vana de amestec cu cap termostatic imersat (poz. 13 din schema anterioara) este importanta pentru ca, prin amestecul apei fierbinti din boiler cu apa rece de la retea, se obtine constant o temperatura reglata de maxim 55-60 grd. la punctul de consum. Astfel se evita oparirea beneficiarului. Nu uitati sa o includeti in oferta.

Pentru dimensionarea tevilor circuitului solar si alegerea marimii grupului de pompare, trebuie mai intai sa calculam debitul nominal de agent solar care circula prin instalatie. Aceasta se face in functie de numarul de panouri, conform tabel:(se aduna cate 1.5 ltr./min pentru fiecare panou solar aferent)

Dimensionarea diametrului traseului se face folosind diagrama specifica pentru tevi de Cupru si agent vehiculat vascos (glicol), avand in vedere urmatoarele cerinte: - viteze de curgere intre 0.4 si 0.6 m/sec. - pierdere de presiune liniara nu mai mare de 5 mbar/m (50 mmCA/m)

Se alege o asemenea izolatie termica a tevilor care sa fie garantata a rezista la temperaturi pana la 200 oC.

Alegerea grupului de pompare se face functie de pierderea de sarcina rezultata la debitul nominal, (pentru intreg traseul tur+retur+serpentina boiler+grup de pompare+camp colector) si tinand cont ca debitele maxime recomandate pentru grupurile de pompare Rehau SOLECT sunt:ST/6 sau PG 6-20:900 ltr./h, respectiv 10 panouriPG 8-25:2100 ltr./h, respectiv 24 panouri

Cele 2 boilere sunt inseriate pe circuitul de a.c.m. Regulatorul este de tip Rehau SOLECT VARIO. Pompa de circulatie PH are rolul de a uniformiza temperatura din cele 2 boilere, avand in vedere ca numai serpentina boilerului din stanga este incalzita solar. Pompa functioneaza atata vreme cat temperatura apei din boilerul din stg (TPO) este mai mare decat in boilerul din dreapta (TRH). Cand nu avem soare, pompa PH sta, iar apa calda se incalzeste la temperatura dorita numai in boilerul din dreapta (cu ajutorul unui cazan). Boilerul din stanga are in acest caz doar rol de preincalzitor.Instalatiimari

Obs. Serpentina boilerului bivalent de 1000 ltr. (care este nou introdus in program) are un volum interior de 20 ltr.

+ 80 l (nou introdus)

Accesorii de montaj pe acoperis

Ofertarea accesoriilor de montaj se face conform tabel:

Exemplu de oferta

Exemplu de oferta (continuare)