Departamentul de Energie pentru Încălzire Solară Activă
Esti aici
Sistemele de încălzire solară active folosesc energia solară pentru a încălzi un fluid - fie lichid, fie aer - și apoi transferă căldura solară direct în spațiul interior sau într-un sistem de stocare pentru utilizare ulterioară. Dacă sistemul solar nu poate asigura încălzirea adecvată a spațiului, un sistem auxiliar sau de rezervă asigură căldura suplimentară. Sistemele lichide sunt mai des utilizate atunci când este inclusă depozitarea și sunt potrivite pentru sistemele de încălzire radiantă, cazanele cu radiatoare de apă caldă și chiar și pompele de căldură cu absorbție și răcitoarele. Atât sistemele lichide, cât și cele aeriene pot completa sistemele de aer forțat.
Încălzire solară activă pe bază de lichide
Colectoarele solare de lichid sunt cele mai potrivite pentru încălzirea centrală. Sunt aceleași cu cele utilizate în sistemele solare de încălzire a apei menajere. Colectoarele cu plăci plate sunt cele mai frecvente, dar sunt disponibile și colectoarele pentru tuburi evacuate și concentrare. În colector, un transfer de căldură sau un fluid „de lucru”, cum ar fi apa, antigelul (de obicei propilen glicol netoxic) sau alt tip de lichid absoarbe căldura solară. La momentul potrivit, un controler acționează o pompă de circulație pentru a deplasa fluidul prin colector.
Lichidul curge rapid, astfel încât temperatura sa crește doar între 10 ° și 20 ° F (5,6 ° până la 11 ° C) pe măsură ce se deplasează prin colector. Încălzirea unui volum mai mic de lichid la o temperatură mai ridicată crește pierderea de căldură din colector și scade eficiența sistemului. Lichidul curge fie către un rezervor de stocare, fie către un schimbător de căldură pentru utilizare imediată. Alte componente ale sistemului includ conducte, pompe, supape, un rezervor de expansiune, un schimbător de căldură, un rezervor de stocare și comenzi.
Debitul depinde de fluidul de transfer de căldură. Pentru a afla mai multe despre tipurile de colectoare solare lichide, dimensionarea, întreținerea și alte probleme ale acestora, consultați încălzirea solară a apei.
Depozitarea căldurii în sistemele lichide
Sistemele lichide stochează căldura solară în rezervoare de apă sau în masa de zidărie a unui sistem de plăci radiante. În sistemele de stocare de tip rezervor, căldura din fluidul de lucru se transferă către un fluid de distribuție într-un schimbător de căldură exterior către sau în interiorul rezervorului.
Rezervoarele sunt sub presiune sau nepresurizate, în funcție de proiectarea generală a sistemului. Înainte de a alege un rezervor de stocare, luați în considerare costul, dimensiunea, durabilitatea, unde să îl amplasați (în subsol sau în exterior) și cum să îl instalați. Poate fi necesar să construiți un rezervor la fața locului dacă un rezervor de dimensiunea necesară nu se va potrivi prin ușile existente. Rezervoarele au, de asemenea, limite pentru temperatură și presiune și trebuie să îndeplinească codurile locale de construcții, instalații sanitare și mecanice. De asemenea, ar trebui să rețineți câtă izolație este necesară pentru a preveni pierderile excesive de căldură și ce fel de acoperire sau etanșare de protecție este necesară pentru a evita coroziunea sau scurgerile.
Rezervoare specializate sau personalizate pot fi necesare în sistemele cu cerințe de depozitare foarte mari. Acestea sunt de obicei din oțel inoxidabil, fibră de sticlă sau plastic de înaltă temperatură. Rezervoarele de beton și lemn (cadă cu hidromasaj) sunt, de asemenea, opțiuni. Fiecare tip de rezervor are avantajele și dezavantajele sale și toate tipurile necesită o amplasare atentă din cauza dimensiunii și greutății lor. Poate fi mai practic să folosiți mai multe tancuri mai mici decât unul mare. Cea mai simplă opțiune a sistemului de stocare este utilizarea încălzitoarelor de apă menajere standard. Ele îndeplinesc codurile de construcție pentru cerințele recipientelor sub presiune, sunt căptușite pentru a inhiba coroziunea și sunt ușor de instalat.
Distribuirea căldurii pentru sisteme lichide
Puteți utiliza o pardoseală radiantă, plinte de apă caldă sau radiatoare sau un sistem central de aer forțat pentru a distribui căldura solară. Într-un sistem de pardoseală radiantă, lichidul încălzit cu energie solară circulă prin țevile încorporate într-o podea subțire din plăci de beton, care apoi radiază căldură în cameră. Încălzirea prin pardoseală radiantă este ideală pentru sistemele solare lichide, deoarece funcționează bine la temperaturi relativ scăzute. Un sistem atent proiectat poate să nu necesite un rezervor separat de stocare a căldurii, deși majoritatea sistemelor le includ pentru controlul temperaturii. Un cazan convențional sau chiar un încălzitor de apă menajer standard poate furniza căldură de rezervă. Placa este de obicei finisată cu țiglă. Sistemele de plăci radiante necesită mai mult timp pentru încălzirea locuinței de la „pornire la rece” decât alte tipuri de sisteme de distribuție a căldurii. Cu toate acestea, odată ce funcționează, asigură un nivel consistent de căldură. Covoarele și covoarele vor reduce eficiența sistemului. Consultați încălzirea radiantă pentru mai multe informații.
Plăcile și radiatoarele cu apă caldă necesită apă între 71 ° și 82 ° C (160 ° și 180 ° F) pentru a încălzi eficient o cameră. În general, colectoarele de lichide cu plăci plate încălzesc fluidele de transfer și distribuție la 32 ° și 49 ° C între 90 ° și 120 ° F. Prin urmare, utilizarea plintelor sau radiatoarelor cu un sistem de încălzire solară necesită ca suprafața plintei sau a radiatoarelor să fie mai mare, temperatura lichidului încălzit cu energie solară să fie mărită de sistemul de rezervă sau de un colector solar de temperatură medie (cum ar fi ca colector de tub evacuat) să fie înlocuit cu un colector de plăci plate.
Există mai multe opțiuni pentru încorporarea unui sistem lichid într-un sistem de încălzire cu aer forțat. Proiectarea de bază este plasarea unui schimbător de căldură lichid-aer sau bobină de încălzire în conducta principală de retur aer-cameră înainte de a ajunge în cuptor. Aerul care se întoarce din spațiul de locuit este încălzit pe măsură ce trece peste lichidul încălzit solar în schimbătorul de căldură. Cuptorul furnizează căldură suplimentară, după cum este necesar. Bobina trebuie să fie suficient de mare pentru a transfera suficientă căldură în aer la cea mai scăzută temperatură de funcționare a colectorului.
Preîncălzirea ventilației
Sistemele solare de încălzire a aerului folosesc aerul ca fluid de lucru pentru absorbția și transferul energiei solare. Colectoarele solare de aer pot încălzi direct camere individuale sau pot preîncălzi aerul care trece într-un ventilator de recuperare a căldurii sau prin bobina de aer a unei pompe de căldură sursă de aer.
Colectoarele de aer produc căldură mai devreme și mai târziu în timpul zilei decât sistemele lichide, deci pot produce mai multă energie utilizabilă într-un sezon de încălzire decât un sistem lichid de aceeași dimensiune. De asemenea, spre deosebire de sistemele lichide, sistemele de aer nu îngheață, iar scurgerile minore în colector sau în conductele de distribuție nu vor provoca probleme semnificative, deși vor degrada performanța. Cu toate acestea, aerul este un mediu de transfer de căldură mai puțin eficient decât lichidul, astfel încât colectoarele solare de aer funcționează la o eficiență mai mică decât colectoarele solare de lichid.
Deși unele sisteme timpurii treceau aerul încălzit cu energie solară printr-un pat de roci ca stocare a energiei, această abordare nu este recomandată din cauza ineficiențelor implicate, a potențialelor probleme cu condensarea și mucegaiul în patul de rocă și efectele acelei umidități și mucegaiuri asupra calitatea aerului din interior.
Colectoarele solare de aer sunt adesea integrate în pereți sau acoperișuri pentru a-și ascunde aspectul. De exemplu, un acoperiș de țiglă ar putea avea căi de curgere a aerului încorporate pentru a utiliza căldura absorbită de țigle.