5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr...

28
1 Raport Ştiinţific şi tehnic Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr. 20 /2016 Partener: Centrul de Tehnologii Inventică și Business Domeniul: Eco-nanotehnologii și materiale avansate Tema de cercetare: Colectoare solar termice cu acoperiri spectral selective pentru integrarea in mediul construit Acronim: BiSolar Etapa 2 : Dezvoltarea şi optimizarea plăcilor absorbante pentru colectoare vitrate (GSTC) si nevitrate(USTC) CUPRINS: I. Obiective an 2017 - Etapa2 II. Rezumat etapă 2 an 2017- Grad îndeplinire a rezultatelor estimate III. Descriere ştiinţifico tehnică A2.1 Analiza tehnologiei privind metodele de sudură pentru îmbinarea plăcilor absorbante şi de asamblarea a componentelor colectorului 1.Introducere 2. Tehnologii de realizare a colectoarelor solar-termice plate. Analiza tehnologii fabricație A2.2 Studiu de piaţă privind un echipament de sudură avantajos economic pentru producerea plăcilor absorbante, echipamente pentru realizarea si asamblarea componentelor colectorului A2.3 Proiectare tehnologica si execuție colectoare pilot care sa integreze placi absorbante comerciale (referința), respectiv placi absorbante furnizate de partenerii P2 si P4. IV. Concluzii V. Bibliografie VI. Anexe A . fise tehnice echipamente VII. Anexe B caracteristici tehnince spume poliuretanice destinate izolatiei termice

Transcript of 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr...

Page 1: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

1

Raport Ştiinţific şi tehnic Referitor la Anul 2017 –Etapa2

Nr. 20 /2016 Partener: Centrul de Tehnologii Inventică și Business

Domeniul: Eco-nanotehnologii și materiale avansate Tema de cercetare: Colectoare solar termice cu acoperiri spectral selective pentru

integrarea in mediul construit Acronim: BiSolar Etapa 2 : Dezvoltarea şi optimizarea plăcilor absorbante pentru colectoare vitrate

(GSTC) si nevitrate(USTC)

CUPRINS:

I. Obiective an 2017 - Etapa2

II. Rezumat etapă 2 an 2017- Grad îndeplinire a rezultatelor estimate

III. Descriere ştiinţifico tehnică

A2.1 Analiza tehnologiei privind metodele de sudură pentru îmbinarea plăcilor

absorbante şi de asamblarea a componentelor colectorului

1.Introducere

2. Tehnologii de realizare a colectoarelor solar-termice plate. Analiza tehnologii

fabricație

A2.2 Studiu de piaţă privind un echipament de sudură avantajos economic pentru

producerea plăcilor absorbante, echipamente pentru realizarea si asamblarea

componentelor colectorului

A2.3 Proiectare tehnologica si execuție colectoare pilot care sa integreze placi

absorbante comerciale (referința), respectiv placi absorbante furnizate de partenerii

P2 si P4.

IV. Concluzii

V. Bibliografie

VI. Anexe A . fise tehnice echipamente

VII. Anexe B caracteristici tehnince spume poliuretanice destinate izolatiei termice

Page 2: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

2

I. Obiective an 2017 - Etapa2

Pentru etapa 2 programată pentru anul 2017 proiectul are ca obiectiv general analiza tehnologiilor existente pentru manufacturarea colectorilor solar termici,

identificarea limitărilor acestora raportat la domeniul de aplicare considerat in proiect, identificarea de echipamente sau materiale necesare pentru realizarea unor colectori pilot, stabilirea tehnologiei si implementarea acesteia pentru

diverși colectori pilot . Tabelul1 sintetizează planul de activităţi susţinute de rezultate cuantificabile stabilite pentru etapa 2 a proiectului :

Tabel 1 Obiectiv Activitate Rezultat estimat

O1.Identificarea

procedeele tehnologice

si echipamentele

necesare pentru

îmbinarea plăcilor

absorbante şi de

asamblare a celorlalte

componente ale

colectorului.

A2.1 Analiza tehnologiei

privind metodele de sudură

pentru îmbinarea plăcilor

absorbante şi de asamblarea a

componentelor

colectorului(carcasa, suprafaţa

vitrata, izolaţia termica,

sisteme de fixare, sisteme de

conectare/interconectare

hidraulica, elemente de

automatizare si control), având

in vedere experienţa si

realizările partenerilor

P2,P3,P4 si specificul

materialelor suport pentru

placa absorbanta(cupru,

aluminiu, otel, inox)

R2.1 Raport privind procedeele

tehnologice si echipamentele

necesare pentru îmbinarea

plăcilor absorbante şi de

asamblare a celorlalte

componente ale colectorului.

Fise tehnice pentru

echipamentele necesare

O2. Identificarea

echipamente sau

materiale necesare

realizării colectorilor

pilot

A2.2 Studiu de piaţă privind un

echipament de sudură

avantajos economic pentru

producerea plăcilor

absorbante, echipamente

pentru realizarea si

asamblarea componentelor

colectorului(carcasa, suprafaţa

vitrata, izolaţia termica,

sisteme de fixare, sisteme de

conectare/interconectare

hidraulica, elemente de

automatizare si control) pentru

prototipurile de colectoare

termice

R2.2 Echipamente achiziționate

conform fiselor tehnice stabilite

in Activitatea A2.1

O3. Stabilirea A2.3 Proiectare tehnologica si R2.3 Tehnologia de execuţie si

Page 3: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

3

tehnologiei de execuţie

a colectoarelor pilot

care vor integra placi

absorbante comerciale

(referință), respectiv

placi furnizate de

parteneri in vederea

stabilirii listei cu

specificaţii de produs

execuția a 2 seturi de cate 3

colectoare pilot care sa

integreze placi absorbante

comerciale (referință),

respectiv placi absorbante

furnizate de partenerii P2 si

P4.

de realizarea a colectoarelor

pilot care vor integra placi

absorbante comerciale

R2.4. Doua seturi de cate trei

colectoare pilot care sa

integreze placi absorbante

comerciale (referință),

respectiv placi absorbante

furnizate de partenerii P2 si P4

(referință), respectiv cele

furnizate de partenerii P2 si P4

II. Rezumat etapă an 2017- Grad îndeplinire a rezultatelor estimate

Prima etapă a proiectului realizata in 2016 reprezintă o sinteză asupra stadiului

actual de dezvoltare a domeniului colectoarelor solar termice şi asupra integrării lor în mediul construit identificând cerinţele şi limitările unui noul produs. In urma analizei componentelor sociale şi legislative, care pot avea impact asupra

dezvoltării de produse noi in domeniu, a fost identificată o categorie de potențiali utilizatori pentru care soluțiile industriale de colectori existenți

pe piața nu răspund necesitaților si specificului acestora. Astfel au fost identificată o serie de utilizatori individuali,uneori amplasați in

locuri izolate, fără acces la o rețea de energie electrica, cu un necesar de apa caldă

sezonier, fără construcții prevăzute sau compatibile cu sistemele de montare a colectoarelor solar termice, uneori chiar fără instalații preexistente la care sa fie

conectate colectoarele. Pentru această nişă de utilizatori produsele de serie nu sunt compatibile.

Ca urmare, domeniul de aplicabilitate al colectoarelor solar-termice a fost extins

incluzând de asemenea şi aplicaţii ce se referă la deshidratarea legumelor şi fructelor cât şi în aplicaţii combinate cu pompe de căldură.

Analiza asupra noilor forme de aplicare si a soluțiilor existente a relevat restricţiile de implementare si punctele slabe ale tehnologiilor existente raportate la

noua arie de aplicabilitate. Ca urmare au fost definite direcţiile privitoare la specificaţiile noilor produse/aplicaţii.

Ca o consecinţa firească a studiului dezvoltat în prima etapa, etapa a II-a

proiectului şi-a propus trei activităţi care conduc spre implementarea unor concepte inovative care să răspundă cerinţelor definite în urma primei etape.

În activitatea întâi a fost dezvoltată o analiză asupra tehnologiilor de fabricaţie a colectorilor plan plați cu o detaliere a procedeelor de îmbinare dintre tubulatură si plăcile absorbante, a procedeelor de izolare și carcasare şi de asemenea a

procedeelor de asamblare a suprafeţelor vitrate acolo unde este cazul. Pe baza informaţiilor relevate in etapa întâi, în activitatea a doua s-au tras

concluzii referitore la fezabilitatea achiziționării de echipamente necesare fabricaţiei şi au fost propuse soluţii alternative care se pretează la fabricaţia noilor produse.

Activitatea a treia a fost focalizata pe proiectarea, propunerea de tehnologie,

testarea tehnologiei si realizarea unor seturi de produse şi a standului necesar testării noilor produse.

Astfel estimam ca cea de-a doua etapa a proiectului desfăşurată in prima parte a anului 2017 şi-a atins scopul făcând tranziţia spre etapa a treia ce are ca obiectiv evaluarea performanţelor colectorilor pilot şi optimizarea acestora.

Page 4: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

4

Rezultatele obţinute in etapa a 2-a sunt incluse în cadrul raportului ştiinţifico tehnic iar estimarea gradului de îndeplinire a rezultatelor este prezentata în Tabelul 2.

Tabel 2

Activitate Rezultat estimat Rezultat Grad de

indeplinire

estimat

A2.1 Analiza tehnologiei

privind metodele de

sudură pentru îmbinarea

plăcilor absorbante şi de

asamblarea a

componentelor

colectorului(carcasa,

suprafaţa vitrata,

izolaţia termica, sisteme

de fixare, sisteme de

conectare/interconectare

hidraulica, elemente de

automatizare si control),

având in vedere

experienţa si realizarile

partenerilor P2,P3,P4 si

specificul materialelor

suport pentru placa

absorbanta(cupru,

aluminiu, otel, inox)

R2.1 Raport privind

procedeele tehnologice si

echipamentele necesare

pentru îmbinarea plăcilor

absorbante şi de asamblare

a celorlalte componente ale

colectorului.

Raport

Lista si fise

tehnice

echipamente,

Anexe A1-A12

100%

A2.2 Studiu de piaţă

privind un echipament

de sudură avantajos

economic pentru

producerea plăcilor

absorbante,

echipamente pentru

realizarea si asamblarea

componentelor

colectorului(carcasa,

suprafaţa vitrata,

izolaţia termica, sisteme

de fixare, sisteme de

conectare/interconectare

hidraulica, elemente de

automatizare si control)

pentru prototipurile de

colectoare termice

Propunere

soluţie achiziţie 100%

A2.3 Proiectare

tehnologica si execuția a

2 seturi de cate 3

colectoare pilot care sa

integreze placi

absorbante comerciale

R2.3 Tehnologia de

execuţie si de realizarea a

colectoarelor pilot

R2.4 Seturi colectoare pilot

care sa integreze

Propunere

tehnologie +

seturi

colectoare pilot

100%

Page 5: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

5

(referință), respectiv

placi absorbante

furnizate de partenerii

P2 si P4.

tehnologia de placi

comerciale si cu depuneri

propuse de parteneri

III. Descriere ştiinţifico tehnică

A2.1 Analiza tehnologiei privind metodele de sudură pentru îmbinarea

plăcilor absorbante şi de asamblarea a componentelor colectorului

(carcasa, suprafaţa vitrata, izolaţia termica, sisteme de fixare, sisteme de

conectare/interconectare hidraulica, elemente de automatizare si control),

având in vedere experienţa si realizările partenerilor P2,P3,P4 si specificul

materialelor suport pentru placa absorbanta(cupru, aluminiu, otel, inox)

1. Introducere

Etapa întâi a proiectului a scos in evidenţă varietatea de soluţii constructive a colectoarelor plane plate. Astfel sunt sintetizate in vederea analizei tehnologiilor de

realizare ale colectorilor, câteva aspecte constructive care caracterizează structura interna a acestor convertori de energie solară în energie termică.

Colectoarele solare plane plate se întâlnesc într-o serie de variante constructive (fig. 1):

a) fără vitraj, utilizate pentru aplicații la care temperatura agentului termic este mai mică de 400C (de ex. încălzirea apei din piscina);

b) varianta standard cu un strat de vitraj; c) cu convecție limitată,cu doua straturi de vitraj transparente; d) cu izolație transparentă.

a) fără vitraj b) standard cu un

strat de vitraj

c) cu convecție limitată

2 sau mai multe straturi

d) cu izolație

transparentă

Fig. 1 Colectoare plane plate [1]

Analiza variantelor cunoscute de colectoare plane plate scot in evidenţă o structură internă comună (tuburi de transfer a energiei termice + suprafaţă de absorbţie)

care prezintă anumite particularități in funcţie de domeniul de aplicație.

Page 6: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

6

Fig. 2 Schema generala a unui colector solar termic plat

2.Tehnologii de realizare a colectoarelor solar-termice plate.

Analiza tehnologiilor de fabricație

Pentru colectoarele plane plate care prezintă vitraj şi care acoperă o mare parte din gama de aplicaţii cărora se adresează acest proiect, se identifica o serie de

procese si procedee tehnologice care intervin în procesul de fabricaţie al unui colector după cum urmează:

A. Carcasa B. Placa absorber

C. Circuitul hidraulic D. Izolaţia termică E. Suprafata vitrată.

A.CARCASA COLECTORULUI

Carcasa trebuie sa asigure: închiderea completa si etanșă a elementului activ-

absorberul cu traseul hidraulic aferent, fixarea geamului de protecție (la

colectoarele vitrate),elementele mecanice si hidraulice necesare poziționării corecte in amplasament

În ceea ce privește realizarea carcasei au fost identificate mai multe variante

prin care este executată carcasa:

a) Carcasă cu rama din material metalic, profil extrudat, ambutisat sau profilat după tehnologia de laminare sau tragere din banda. Profilul este

debitat , îndoit si asamblat la dimensiunile necesare închiderii ramei; asamblarea se poate face prin sudura asfel: -automatizat in cazul producției de serie cu roboti si pregătire de

fabricație corespunzătoare (fig.3); Pentru necesitățile proiectului BiSolar nu se justifica achiziția unei

astfel de tehnologii nici din punct de vedere financiar ,nici din punct de vedere al flexibilității pregătirii de fabricație –proiectul are ca obiectiv realizarea unor colectoare de tipodimensiuni diverse si in regim de

prototipuri.

Page 7: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

7

Fig.3 Asamblare carcasa colector din profile extrudate (Al)

Pentru necesitățile specifice proiectului BiSolar dotările tehnologice

identificate ca necesare sunt următoarele: -pentru realizarea profilului ramei –o foarfeca ghilotina(anexaA1) pentru grosimi de maxim 3 mm si lungime de 3000 mm ,cu reglaje si

comanda manuale sau automate,iar debitarea profilata a colturilor de asamblare poate fi facuta cu scule de mână(foarfeca,polizor unghiular)sau

cu o masina de stantat-perforat(anexaA2). -pentru îndoirea profilului ramei, la dimensiuni si contururi diferite, o mașină de îndoit table(anexaA3) (abkant) pentru grosimi de pana la 3

mm si lungimi de pana la 3000mm. - pentru asamblarea ramei si apoi a parților metalice ale carcasei –

aparate de sudura universale de tipul MIG-MAG(anexaA4)(sudura cu sarma in mediu protector Ar.CO2, Corgon) de tipul TIG-WIG(anexaA5) (sudura cu sau fără aport de material in mediu protector Ar),aparate de

sudura prin presiune(anexaA6,A7) (sudura prin puncte) sau prin nituire cu scule de mână.

- elementele de fixare in amplasament se pot executa pe mașini de prelucrare prin așchiere (freze, strunguri, mașini de filetat)daca nu sunt elemente tipizate sau pe masini de indoit si profilat de tipul presă

orizontală(anexaA8) sau mașina de curbat si profilat (Anexa A.10). - asamblarea pe carcasa a elementelor de fixare in amplasament se

poate realiza fie cu aparatele de sudura identificate anterior fie cu elemente de asamblare de tip surub-piulita sau nit .

- asamblarea pe carcasa a inchderii posterioare se face cu o placa din tabla,material plastic sau material compozit, cu o garnitura de etansare si este de regula demontabila;pentru aceasta operatie in cazul executiei

prorotipurilor pot fi folosite foarfeca ghilotina si scule de mana din dotarea comuna a unui atelier, dar in cazul productiei de serie operatia se face in flux

tehnologic cu echipamente specializate.

Page 8: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

8

b) Carcasă cu rama din materiale nemetalice cum ar fi lemnul, mase plastice,polimeri sau materiale compozite(fig.4,carcasa (a)inglobeaza prin turnare in matrita reteaua absorber (b)cu tubulatura de racordare (c))

In cazul colectoarelor solar temice cu aer (folosesc aerul ca agent termic) solutia constructiva permite realizarea unei carcase cu o structura

simplificata

Fig.4 Carcasă fabricată prin injecţie [4]

Pentru necesitățile proiectului BiSolar, pentru realizarea prototipului unui

colector cu aer destinat uscarii plantelor,executia unei carcase din lemn sau a unei carcase din materiale compozite nu justifica investitia in echipamente de

prelucrarea lemnului sau a materialelor compozite,solutia fiind achizitia acestor servicii de la furnizori specializati pe baza proiectelor elaborate de noi.

B. PLACA ABSORBER

In ceea ce privește realizarea plăcilor de absorbţie sunt cunoscute mai multe tehnici de depunere a straturilor selective din care sunt de menţionat: tehnica de sprayere

pirolitică, de depunere chimică în fază de vapori, de depunere electrochimică, de depunere prin tehnica roll to roll, etc. Aceste tehnici sunt aplicate pe placi metalice

din Al, Cu sau Inox si sunt accesibile partenerilor responsabili de dezvoltarea plăcilor de absorbție.

Partenerul Energie Solaire SA din Elvetia –Sierre,realizeaza placi absorber din tabla

de inox, ambutisata cu depunere electrochimica(fig5),intr-un flux tehnologic continuu care inceoe cu derularea benzii de otel inox (a) pritr-o presa care

ambutiseaza proeminentesi debiteaza banda la lungimea de 2 m. (b)care este dublata de un extrados de aceleasi dimensiuni dupa care ansamblul este trecut printr-o masina automata de sudura prin puncte intre alveole(c) si linie pe

contur(d),intreg ansamblul fiind supus probei de etansare(e,f) urmat de intrarea pe linia automata de depunere elecrolitica de oxid de crom(i) ,in final rezultand placa

absorber(j) .

Page 9: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

9

a b c d e

f g h i j

Fig5. flux tehnologic la Energie Solaire SA Sierre

In etapa urmatoare a proiectului vom achizitiona de la partenerul ESSA absorbere

la dimensiuni standard 2x1 m pentru realizarea unor colactoare test .Avantajul acestor colectoare este ca placile absorber pot functiona si in sistmul fara geam.

Partenerul din Turcia SELEKTIF TEKNOLOJI aplica straturi absorber pe benzi in tabla de

cupru de 200x0.2mm,prin tehnologia roll to roll ;acest absorber va fi utilizat la realizarea unui colector aer-aer destinat uscarii plantelor.

Am identficat deasemenea in Germania firma ALANOD http://www.alanod.com/en/ care realizează straturi absorber prin tehnologia spayerii la rece, pe placi din aluminiu sau otel si de la care urmeaza sa achizitionam mostre de absorbere pentru

testare dar si substantele de sprayere pentru a testa procedeul in conditiile colectoarelor atipice ca dimensiuni si structura pe care ne-am propus sa le realizam

In privinta placilor absorber, acestea fiind realizate de catre furnizori cu tehnologiile proprii specifice,pe utilaje complexe, nu se pune problema achizitionarii in proiect a unor asemenea echipamente speciale.

C .CIRCUITUL HIDRAULIC

Circuitul hidraulic este constituit din tuburile metalice prin care se asigură circulaţia fluidului de transfer al căldurii; in general se realizează din ţeavă de cupru care este

asamblată cu racorduri prin procedee de lipire cu cositor sau brazare(fig.6) [5],

dar,asa cum am vazut in cazul producatorului elvetian ESSA traseul hidraulic poate fi realizat prin ambutisare in placa absorber(fig.5) .

Page 10: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

10

Fig.6. brazarea robotizata

Pentru a prelua eficient caldura de la absorber circuitul hidraulic trebie sa aiba un contact cat mai bun cu acesta(transmitere prin conductie). Cele mai utilizate

procedee de asamblare a tuburilor cu placa absorber sunt brazarea, sudura cu ultrasunete şi sudura laser [6] .

Brazarea are dezavantajul degradarii asorberului in zona lipirii,iar depunerea stratului absorber dupa brazare nu este posibila datorita restrictiilor tehnologiei de depunere a stratului absorber(vom arata in continuare ca brazarea are si alte

dezavantaje greu de acceptat).

Aceste procedee(fig6,fig7) sunt disponibile pe linii de fabricaţie de mare

capacitate dedicate in general colectoarelor solar termice mai mari de 2m2. Conform rapoartelor publicate in literatura de specialitate [6] atât sudura ultrasonică cat şi sudura laser ca linii tehnologice sunt declarate a fi „nu foarte

flexibilă” în ceea ce priveşte variaţia dimensiunilor plăcilor de absorbţie. De asemenea se constată că ambele tehnologii de sudură, deși sunt mai avantajoase

din punct de vedere a consumului de material, afectează local suprafaţa selectivă a absorberului (fig.8).

Fig. 7 Sudura ultrasonica robotizată si sudura automatzată cu laser a ansamblului

tub+absorber [6]

Page 11: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

11

Este de remarcat faptul ca atât brazarea cat si cele doua tehnologii de sudare (ultrasonica si laser) sunt tehnologii care necesita linii complexe de fabricație pentru întreaga placă de absorbție ataşată la tubulatură, care justifica investițiile

doar în cazul fabricaţiei seriilor mari de colectoare de mari dimensiuni.

Fig. 8 Modul in care absorberul este afectat de sudura ultrasonica respectiv laser [7,8]

O analiza detaliata a circuitelor hidraulice cu agent termic de transfer este prezentata in Anexa B

Pentru proiectul BiSolar ar fi potrivit un aparat de sudura cu ultrasunete care sa poata functiona intr-o plaja larga de parametri cum ar fi grosimea materialului de sudat,lungimea si forma cordonului de sudura,in timp ce

producatorii ofera instalatii dedicate iar un aparat cu mare flexibilitate finctionala ar fi prohibit din punct de vedere financiar.

Nu putem pune problema achizitionarii unui astfel de aparat dar ne punem problema de a evita neajunsul lipsei sudarii absorberului de tuburile cu fluid termic prin soluții constructive alternative .

D. IZOLATIA TERMICA

Reducerea pierderilor de căldură se face cu ajutorul izolaţiei amplasată în

partea inferioară a carcasei precum şi pe părţile laterale. Materialele izolatoare, mai ales cele din partea inferioară, trebuie să prezinte rezistenţă la variaţii de

temperatură şi stabilitate chimică. Cele mai frecvente materiale utilizate pentru izolaţie sunt vata de sticlă, spumele poliuretanice şi răşinile melaminate. Valoarea prin care se determina eficienta energetica a unui produs de izolare este

conductivitatea termica; cu cat aceasta este mai scazuta, cu cât produsul este un izolator mai bun. Conductivitatea termica a aerului imobilizat la temperatura de 10

ºC este de 0.025 W/mK, acesta valoare reprezinta valoarea de referinta in detreminarea conductivitatii termice. Datele din literatura de specialitate arata ca, conductivitatea vatei de sticla variaza intre 0.045 W/mk, in cazul produselor de

calitate relativ inferioara si 0.031 W/mK, in cazul produselor de buna calitate. Inafara de acest avantaj major, vata minerala prezinta si avantajul manipularii

uoasre -taierea se face usor, cu ajutorul unui simplu cutit si se conduce simplu, dupa indiferent ce contur neregulat (tevi, suprafete ondulate etc.). Deasemenea,

fiind construita exclusiv din materiale necombustibile, vata minerala de sticla nu ia foc, nu-l alimenteaza si nu-l propaga, fiind un adevarat material ignifug. Vata de sticla nu absoarbe apa, iar daca se uda isi reia toate caracteristicile, dupa uscare.

Umiditatea prezenta pentru o perioada lunga de timp, poate duce la distrugerea materialului izolant; fenomenele de condensare, iarna, atunci cand se inregistreaza

diferente mari de temperatura cauzeaza acumularea lenta de umiditate, apa si duce

Page 12: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

12

la scaderea calitatii izolarii termice,la mucegai si la degradarea componentelor metalice prin coroziune.. Conductivitatea termica a spumei poliuretanice variaza in domeniul 0.020 -

0.025 W/mK. Spuma poliuretanica se aplica prin pulverizare cu ajutorul unui dispozitiv de inalta presiune creeandu-se astfel o structura compacta cu o

conductivitate termica scazuta si o rezistenta mecanica adecvata. Avantajele spumei poiuretanice sunt date de: aderenta foarte bune la o gma mare de materialele (metal, lemn), nu are nevoie de sistem de fixare mecanica sau de

adezivi speciali, previne dezvoltarea de ciuperci si bacterii, rezistenta mare la acizi si baze, precum si uleiuri diluate si in solventi, rezistenta mecanica buna in raport

cu densitatea sa. Grosimea straturilor de izolaţie este cuprinsă în domeniul 40-70mm; depăşirea acestor valori nu conduce la o îmbunătăţire semnificativă a efectului de izolare termică.Spuma poliuretanica bicomponenta de inalta densitate

are pana la 99% cellule inchise:nu arde si nu intretine arderea. În mod uzual sunt folosite pentru izolarea incintelor de conversie a energiei solare

în energie termica vate minerale, pe baza de sticla sau bazaltice (Fig.9,Fig.10).

Fig. 9 Analiza comparativa a vatei minerale de sticla cu vata bazaltica [9]

Din punct de vedere al tehnologiilor necesare montajului atât vata minerala de

sticla cat si cea bazaltica necesita procedee simple de debitare si inserție in carcasa. Se remarcă însa un dezavantaj major in ceea ce privește proprietățile masice ale celor doua materiale care au densități mari si deci, sunt grele mai ales in contextul

utilizării in aplicații care se refera la colectoarele solar termice cu apa.

Fig. 10 Modalitatea de aplicare a izolaţiei (vata minerală de sticla) [10]

Complementar la aceste tehnologii deja consacrate există posibilități de izolare cu covoare PVC sau cu spume poliuretanice Bi-componente (Fig.11)care în general nu se utilizează pentru seriile mari de colectoare solar-termice.

Page 13: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

13

Fig. 11 Utilizarea spumelor Bi-componente in izolarea colectorilor plan-plaţi

Astfel de tehnici pot fi utilizate pentru izolarea noilor tipuri de colectoare solar termice, datorită avantajelor pe care le prezintă: masă redusa, caracteristici de

izolare termică echivalente sau superioare vatelor minerale, posibilitatea de formare in matriţe de injectare, flexibilitate la particularităţi dimensionale, etc.

Versatilitatea utilizării spumelor bi-componente se remarca prin faptul ca variațiile dimensionale ale diverselor tipologii de colectori, variația geometriei traseelor de tubulatura necesare pentru circulația fluidului de transfer, cat si variația grosimilor

de strat necesare pentru diverse soluții nu constituie nici un impediment in utilizarea acestui material/procedeu de izolare.

Mai mult decât atât acest procedeu poate fi utilizat nu doar prin turnare/formare in matrița dar si prin pulverizare pe suprafețe cu ajutorul unei instalații simple (anexaA12) in cazul unor aplicatii singulare, sau echipamente complexe

(anexaA11)in cazul unor aplicatii de anvergura;aceste au avantajul de a permite aplicarea unor spume poliuretanice de diferite comozitii ,de difetrite densitati,in

functie de tipul colectorului .

Pentru necesitățile proiectului BiSolar, pentru realizarea colectoarelor cu

structuri diverse dedicate unor utilizatori punctuali,apreciem ca fiind oportuna achizitionarea unuia din echipamentele prezentate in Anexele A11 si A12;

Pentru analiza functionarii simultane a colectoarelor pe standul de incercari in mediul extern, in masura in care exista resursele necesare, ar fi oportuna achizitia unei Camere de Termoviziune prezentata in Anexa 13,.

O analiza detaliata a parametrilor materialelor poliuretanice destinate izolatiei termice este prezentata in Anexa B

E. SUPRAFATA VITRATĂ

În prezent cel mai utilizat material de acoperire este sticla, datorită transmitanţei

mari în domeniul vizibil al spectrului şi scăzute în domeniul radiaţiei infraroşii, precum şi datorită stabilităţii în condiţii de temperaturi ridicate. Dezavantajele constau în rezistenţa mecanică scăzută (în raport cu masele plastice), masa relativ

Page 14: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

14

mare şi preţul de cost ridicat. Ca alternativă se pot utiliza masele plastice transparente, care au rezistenţă sporită şi a căror masă reprezintă aproximativ 10% din masa unei suprafeţe de sticlă ce acoperă aceeaşi arie. Pe de alta parte,

materialele plastice ridică probleme legate de stabilitate la temperaturile de funcţionare ale colectoarelor, dar şi de durabilitate, ele degradandu-se în timp sub

acţiunea radiaţiei solare ultraviolete.

Fixarea suprafetei vitrate pe carcasa colectorului se realizeaza in general cu garnituri de etansare, elemente de pozitionare si elemente de strangere;toate

acestea duc la cresterea semnificativa a greutatii colectorului cu efecte directe asupra structurii suport si implicit asupra costurilor echipamentelor.

Pentru necesitățile proiectului BiSolar, pentru realizarea colectoarelor cu structuri diverse dedicate unor utilizatori punctuali, apreciem ca fiind oportuna solutia lipirii suprafetei vitrate de rama colectorului cu materiale si

procedurile specifice lipirii parbrizelor auto larg raspandita in mediul automotive;experienta noastra anterioara a confirmat fiabilitatea acestei

asamblari etansa si elastica si stabila termic -dilatarile termice ale carcasei sunt preluate evitand fisurarea geamului sau pierderea etansarii.Pentru colectoarele

executate folosim sticla de 4mm cu continut redus de fier.

Criterii de alegere a materialelor pentru suprafetele vitrate sunt prezentate in Anexa B

A2.2 Studiu de piaţă privind un echipament de sudură avantajos economic pentru producerea plăcilor absorbante, echipamente pentru realizarea si asamblarea componentelor colectorului

In urma derulării activităţii A2.1 care a avut ca scop descrierea si analiza

tehnologiilor actuale de fabricaţie a colectoarelor solar termice s-a constatat că utilizarea liniilor tehnologice existente pentru a realiza noile tipuri de colectoare care fac obiectul acestui proiect nu este adecvata şi în unele cazuri chiar chiar

nepermisivă în raport cu specificaţiile de produs rezultate în urma parcurgerii primei etape a proiectului.

In mod evident, liniile tehnologice existente integrează echipamente si tehnologii dedicate unor specificații prestabilite si nu prezintă flexibilitate operationala necesara pentru realizarea unor soluţii variate de colectori

solar-termici.

Astfel, nu se justifica achizitionarea unor echipamente sau instalații specializate

care să integreze tehnologiile existente menționate anterior în lipsa flexibilităţii de a fi adaptate pentru producerea tipodimensiunilor de colectoare care să corespundă celor identificate in studiul din etapa întâi.

Fără justificări tehnice solide care să garanteze fezabilitatea implementării unor echipamente dedicate pentru fabricaţia colectoarelor ce fac subiectul proiectului,

Page 15: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

15

achiziționarea de la producători de echipamente dedicate devine un subiect fără argument.

In activitatea precedenta, A2.1,am identificat procedeele tehnologice implicate

in realizarea colectoarelor si,in legatura cu acestea,am stabilit echipamentele care sa permita realizarea procedeelor tehnologice avand in vedere că obiectivul

proiectului stabilit in etapa anterioara este de a identifica posibilitatile de realizare a unei game diverse de tipodimensiuni de colectoare solar termice;potrivit acestor cerinte am identificat fisele tehnice(anexele A1-A13) si

echipamentele care sa corespunda cerintelor din fisele tehice si a rezultat ca dotarea cu echipamente a atelierului de microproductie si prototipuri al

CTIB SA raspunde acestor cerinte cu exceptia echipamentului de pulverizat spuma poliuretanica.

In aceasta situatie se impune ca necesara continuarea tematicii de cercetare prin efectuarea unei prospectări de soluţii constructive şi tehnologice care

să corespundă cerinţelor deja definite în proiect:

- se vor explora soluţii pentru reducerea masei ansamblului atât la nivel de

carcasă cât şi la nivel de izolaţie termică

- dezvoltarea de soluţii noi pentru montura suprafeţei vitrate care să confere stabilitate, etanşeitate, reducere de masă şi reducerea complexităţii asamblării

poate chiar prin eliminarea unor subansamble si/sau elemente de asamblare

- explorarea soluţiilor alternative de ataşare a serpentinei pe placa de

absorbţie în vederea eliminării inconvenientelor introduse de tehnologia de sudare (alterarea straturilor selective, lipsa de versatilitate a tehnologiei faţa de diverse soluţii sau tipodimensiuni). În acest scop se vor avea în vedere soluţii care sa

asigure un bun transfer termic în principal cel realizat prin conducţie.

O posibila alternativa care poate fi explorată este susţinută de utilizarea

procedeului de deformare plastică a elementelor metalice care sa asigure un contact pe contur si nu pe generatoare. De asemenea pot fi abordate soluţii care să ia in considerare si alte tehnologii precum extrudarea, deformarea plastica,

sau utilizarea tubulaturilor laminate cu profil ovalizat din Al .

Prin identificarea acestor alternative la tehnologiile actuale care nu presupun

investiții majore având in vedere ca aproape toate echipamentele identificate ca fiind necesare se găsesc in dotarea atelierului si ca aceste echipamente pot realiza soluțiile propuse in acest proiect, se constata ca perspectiva realizării acestui

proiect este canalizata pe soluții eficiente atât din punct de vedere tehnologic cat si din punct de vedere financiar; acest fapt poate constitui un atuu inclusiv pentru

grupul ținta al noilor produse cat si pentru un răspuns fezabil la nevoile identificate pentru aplicațiile definite in prima etapa a proiectului.

Vom arata in continuare soluțiile alternative de realizare a colectoarelor solar termice imaginate având in vedere specificațiile stabilite in etapele anterioare si

limitările tehnologice identificate in activitățile A.2.1 si A.2.2.

Page 16: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

16

A2.3 Proiectare tehnologica si execuție colectoare pilot care sa integreze

placi absorbante comerciale (referință), respectiv placi absorbante

furnizate de partenerii P2 si P4.

Proiectarea tehnologica a soluțiilor tehnice pentru colectoarele pilot care fac subiectul acestui proiect este precedata de identificarea unor direcții in ceea ce

privește specificațiile produselor. Aceste cerințe inițiale au fost identificate in prima etapa proiectului in anul anterior.

Astfel, in urma analizei asupra colectoarelor existente în baza de date furnizată de

parteneri corelată cu cercetarea de piață s-au extras următoarele direcții asupra specificațiilor noilor produse care fac subiectul acestui proiect:

nevoia unor produse eficiente din punct de vedere al conversie a energiei solare; nevoia de produse eficiente din punct de vedere cost de fabricație și de achiziție; necesitatea unor produse adaptate la mediul de implementare, particularizate in

raport cu domeniul de aplicare; nevoia implementării in mediul rural pentru necesități specifice acestui sector;

domeniul industrial și sectorul urban relevă potențiale aplicații la care produsul proiectat trebuie să corespunda din punct de vedere specificații; au fost identificate consumurile medii și puterea medie necesară pentru aplicații

specifice fapt care influențează dimensionarea noului produs; valoarea medie a suprafeței noului produs îl situează in zona 0.5-1 m2;

de asemenea noul produs poate fi încadrat în zona colectoarelor plan plate cu vitraj sau fără vitraj; se va lua în considerare extinderea domeniului de aplicație la colectoare cu aer.

Pe baza acestor criterii, a restricțiilor tehnologice definite in A2.1 si a propunerilor de tehnologii explicitate in A2.2 s-a procedat la dezvoltarea proiectelor de

executie modele experimentale pentru seturile de colectoare plan plate pentru apa calda menajera si utilizări adiacente ale apei calde precum si pentru setul de colectoare plan plate pe baza de aer destinate uscării fructelor si plantelor.

In prima etapa de dezvoltare a tehnologiei de realizare a colectorului plan plat a fost testata soluția bazata pe deformarea plastica a unei placi metalice subțiri

(invelitoare)care sa cuprindă ½ din circumferința țevilor si sa fie fixata mecanic(prin nituire) pe extradosul plăcii absorber in vederea eliminării/evitării tehnologiei

de sudare (cu laser, plasma, ultrasunete sau brazare) si a măririi suprafeței de transfer termic prin conducție dintre placa de absorbție si tubulatura.

In vederea manufacturării acestor soluții constructive au fost proiectate atât dispozitive de deformare plastica la rece cat si întregul ansamblu al colectorului

împreuna cu elementele sale componente.(fig.12-15)

Placa absorber este din tabla de Cupru cu grosime0.5mm,0.95x0.55m.;din același material au fost realizate plăcile de fixare ondulate prin presare in dispozitiv;

traseul hidraulic a fost realizat din țevi de cupru D22x0.7 asamblate prin cositorire in doua variante ,”serpentina” si „harpa” cu elemente de racord la capete de ½”.Au

fost realizate doua exemplare de colector prin fixarea cu nituri „pop” a țevilor pe

Page 17: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

17

extradosul plăcii absorber ; izolația termica a fost realizata prin pulverizarea pe extrados a spumei poliuretanice bicomponenta iar pe suprafața absorber a fost depus prin pulverizare un strat de vopsea termica(800˚C) negru mat; întreg

ansamblu a fost introdus într-o carcasa pentru testare pe standul Universității la sorele artificial. Testele au relevat un rezultat predictibil scoțând in evidenta o

performanta la nivel de transferu termic comparabila cu cea a colectoarelor cu țevi sudate cu ultrasunete.

Proiectarea a fost realizată intr-un mediu de proiectare CAD dedicat si a fost

elaborata documentația de execuție.

Fig. 12 Sectiune prin colectorul plan plat realizata in softul CAD

Fig. 13 Elementele de invelitoare din tabla deformata plastic la rece

Fig. 14 Etapa tehnologica-deformata plastica la rece a elementelor de învelire

Page 18: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

18

Fig. 15 Fabricație colector pilot cu elemente de contact (invelitoare)deformate plastic la rece

Soluția propusa de colector avea ca alternativă posibilitatea de aplicare a

tehnologiei de lipire prin brazare asemănătoare tehnologiei de realizare a radiatoarelor de căldura. Aceasta posibilitate a fost eliminata datorita faptului ca procedeul introduce o solicitare termica care afectează planeitatea suprafeței

absorber, degradează stratul absorber iar depunerea stratului absorber după brazare nu este posibila in instalațiile de realizare a acestor depuneri.

Soluția de fixare cu invelitoare a tevilor are totuși dezavantajul creșterii greutatii, a consumului de material si in final a costurilor de produs fapt care a condus echipa proiectului spre următoarea abordare .

Pornim de la constatarea ca pentru asigurarea unui transfer termic prin conducție intre placa absorber si tuburile cu agent termic este necesara fie sudarea acestora

cu ultrasunete ,laser, brazare fie fixarea cu invelitoare iar aceste procedee tehnologice nu sunt abordabile in cazul colectoarelor atipice pe care ne propunem

sa le dezvoltam ,din motivele arătate mai înainte .

In aceasta situație a apărut ideea de a renunța la placa absorber si de a transforma chiar tuburile cu agent termic in absorber prin aplatizarea lor si

dispunerea astfel incat alaturarea fetelor aplatizate sa reproduca suprafata placii absorber la care am renuntat.

Luând in considerare procedeul tehnologic de deformare plastica la rece in matrița de presare a țevilor de Cu Ø22mm s-a trecut la dezvoltarea proiectului tehnic in soft dedicat ,a matrițelor ,a ansamblului colector cu tuburi aplatizate, cat si a

standului de testare a colectoarelor plan plate pentru încălzire a apei.(fig.16,17.18.19)

Fig. 16 Etape tehnologice - deformare plastica a tubulaturii din Cu

Page 19: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

19

Aceasta soluție de tuburi absorber plate contribuie la reducerea considerabila a greutatii ansamblului si elimina elementele si tehnologiile necesare asamblării absorber-tubulatura. Elementele de tub pastreaza capetele neaplatizate fapt care

permite sa fie asamblate prin elemente comune standardizate de tip T fara a introduce noi restrictii de tehnologie, imbinarea realizandu-se prin lipitura clasica cu

cositor sau,in productie de serie prin brazare in cuptoare .

Soluția de izolare termica este bazata pe depunerea unui strat de spuma poliuretanica bicomponenta pulverizata pe spatele tubulaturii.

Izolația cu spuma poliuretanica bicomponenta rigida constituie de asemenea un element de reducere considerabila a greutatii colectorului si totodată un

element de rigidizare al ansamblului datorita faptului ca spuma adera la suprafețele metalice realizând un contact intim, rigid, si nedemontabil cu tubulatura(fig.17)si cu rama carcasei.

Fig. 17 Sectiune prin colectorul plan plat

In ceea ce privește soluția de carcasare ,a fost adaptat la un profil standardizat de tip C de 80mm utilizat la construcția structurilor pentru ghips-carton care constituie un sistem eficient din punct de vedere costuri, necesita doar procedee de debitare

si sudura clasica in puncte si îndoire la colturi. Este o soluție accesibila, cu greutate redusa si prezinta tratament de zincare împotriva agenților corozivi.

Page 20: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

20

Fig. 18 Etapa tehnologica – asamblarea colectorului plan plat in carcasa si testare pe stand

cu soare artificial

Soluția de colector propusa apelează la un singur strat de vitraj atașat la carcasa printr-un mastic de montaj pentru parbrize auto care elimina o multitudine de

repere de montaj (elemente de asamblare), garnituri si rame de contur asigurând totodată o etanșeitate specifica închiderilor vitrate din automotive.

Soluția reprezintă de asemenea o reducere semnificativa a maselor contribuind alături de celelalte soluții la reducere generala a masei ansamblului colector.

Fig. 19 Set de colectoare plan plate pentru încălzirea apei montate pe standul de testare

După definitivarea si optimizarea tehnologiei a fost fabricat un set de colectori care integrează noua soluție si de asemenea a fost executat un stand de testare in

mediul exterior care integrează pompa de circulație a fluidului, boiler, senzori de măsurare a temperaturii fluidului la intrare si la ieșire si un senzor de radiație.

Pentru aceste modele experimentale ,suprafata absorber a fost realizata prin

sprayere la rece cu vopsea termica 800˚C,negru mat pentru teste preliminare de verificare functionala a solutiei constructive fara a avea obiectivul performantei

termice;

In etapa urmatoare ne propunem ca suprafata absorber sa fie realizata cu tehnologiile identificate anterior: depuneri electrolitice pe tuburi plate din inox –

ESSA ,depuneri pe tuburi din aluminiu la ALANOD si depuneri pe tuburi din cupru la partenerul turc.

Page 21: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

21

In vederea optimizării soluției propuse se vor efectua in următoarea etapa a proiectului teste care sa reveleze performantele acestui colector si se vor iniția acțiuni de implementare in cadrul unor aplicații concrete.

Pentru realizarea unor noi variante de colectoare plan plate a fost analizata si soluția utilizării tuburilor de aluminiu laminate cu profil oval 50mmx10mm

disponibile pe piața de profile de aluminiu (fig.20).

Fig. 20 Profil din aluminiu cu secțiune ovala

Aceasta soluție poate elimina de asemenea necesitatea îmbinării absorberului cu

tubulatura prin faptul ca geometria tubulaturii poate permite depunerea directa a stratului selectiv pe suprafața tubulaturii.

In vederea manufacturării ca si in cazul prototipurilor anterioare a fost realizat

modelul tridimensional CAD in soft dedicat de proiectare in baza căruia a fost întocmita documentația necesara.

Page 22: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

22

Fig. 21 Modelul 3D si documentația necesara manufacturării

In baza documentației elaborate a fost realizat un colector pilot bazat pe tubulatura

de aluminiu cu secțiune ovala in configurație de dispunere a țevilor de tip lira pentru a fi testat in următoarea etapa a proiectului.

Varianta constructiva propusa integrează ca si variantele anteriore o izolație bazata

pe spuma bicomponenta cu carcasare din profil C 70 mm si cu vitraj atașat cu ajutorul unui mastic de lipire a parbrizelor

Page 23: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

23

Fig. 22 Colector pilot cu tubulatura din Al cu sectiune ovala

O soluție similara cu cea prezentata anterior poate consta in utilizarea de placi

extrudate din aluminiu cu interiorul profilat cu canal circular pentru agentul de transfer termic(fig.23). Aceasta soluție poate fi folosita având in

vedere ca firme (cum ar fi producătorul german ALANOD) dețin tehnologia depunerii straturilor absorber pe aluminiu. Aceasta soluție constructiva deși nu este o idee noua in literatura de specialitate,si nici in încercările de realizare practica,

prezinta atractivitate prin avantajul reducerii masei ,prin posibilitatea realizării unui colector nevitrat si deschide calea dezvoltării unei întregi game de utilizari;

Dezavantajul major il reprezintă costul de realizare a plăcilor prin extruziune (matrița ,material si producerea unei cantități minim rentabila de placi )care,in urma cu circa 20 de ani au fost produse la Slatina dar pentru care in prezent este

necesara o nouă pregătire de fabricație.

Aceasta alternativa va fi considerata pentru dezvoltarea de soluții noi in

următoarea etapa a proiectului.

Fig. 23 Profile plate din Al cu secțiune circulara profilata la interior

Pentru buna desfășurare si atingerea obiectivelor propuse in următoarea etapa de

proiect, in cadrul acestei etape a fost finalizata punerea in functiune standului de testare de dimensiuni mai mari(partial executat in etapa anterioara,fig24) care sa

permită testarea simultana a mai multor colectori pilot in condiții reale de mediu.

Page 24: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

24

Fig. 24 Stand de testare dezvoltat pentru testarea colectoarelor pilot in mediul real

Acest stand a fost dezvoltat din profile metalice sudate si integrează doua tancuri pentru schimbul de căldura si pentru stocare.

IV. CONCLUZII

In a doua etapa a derulării sale (prima parte a Anului 2017) Proiectul BiSolar a avut ca obiectiv principal identificarea posibilităților tehnologice de fabricație si manufacturarea unor colectoare solar termice pilot in vederea testării.

Astfel proiectul a fost structurat in trei activități după cum urmează:

Activitatea A2.1 a avut ca scop prospectarea tehnologiilor de realizare a

colectoarelor solar-termice plate având ca rezultat cuantificabil Raport privind tehnologiile de fabricație si analiza lor comparativa.

In aceasta etapa:

- am identificat principalele procedee tehnologice de realizare a colectoarelor solar termice existente in productie si echipamentele

implicate in aceste tehnologii.

-am analizat tehnologiile prin criteriul posibilitatii utilizarii lor la realizarea specificatiilor stabilite pentru colectoarele pe care le propunem in proiectul

BiSolar

-pentru procedeele tehnologice retinute ca fiind necesare in cadrul

proiectului BiSolar, am identificat mijlocele tehnice (echipamentele) cu principalele specificatii tehnice,in Anexele A1-A12.

-am identificat procedeele pentru care este indicat sa atragem

colaborari,cum ar fi un atelier de tamplarie pentru colectoare aer-aer destinate deshidratarii plantelor,un atelier specializat in lipirea

parbrizelor,o firma specializata in izolatii cu spume poliuretanice bicomponente rigide.

Page 25: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

25

-in procesul de documentare pentru realizarea obiectivelor acestei etape,a rezultat suplimentar o analiza stiintifica comparativa de detaliu privind materialele din care sunt realizate colectoarele solar termice plane si

parametrii principalelor procese tehnologice de realizare a suprafetelor termoabsorbante optic selective;acest material documentar este prezentat

in Anexa B

Activitatea A2.2 care a vizat prospectarea pieței in vederea achiziționării unor

echipamente pentru atașarea absorberilor la tubulatura si a avut ca rezultat un set de direcții care oferă alternative la soluții tehnologice costisitoare care nu justifica

investiția de achiziție a acestor echipamente.

In aceasta etapa:

-am constatat ca in contextul cerintelor proiectului stabilite in activitatea A1 nu este recomandabila adoptarea tehnologiei de sudare cu

ultrasunete,laser sau plasma,in primul rand din cauza faptului ca specificatiile colectoarelor ce trebuiesc realizate presupun echipamente cu

o flexibilitate functionala pe care utilajele de acest tip din productia de serie nu o au si nu in ultimul rand din considerente de ordin financiar.

Aceasta restrictie a fost benefica deoarece a impus reorientarea spre noi

solutii care sa corespunda cerintelor proiectului.

- am arătat că echipamentele din anexele A1-A10 se regasesc in dotarea

atelierului nostru de prototipuri si microproductie –la fiecare fisa tehnica am prezentat si o fotografie a echipamentului in amplasament si deci aceste echipamente nu trebuiesc achizitionate

-pentru echipamentele din anxele A11 si A12 am prezentat fisele tehnice cu principalii parametri cu constatarea ca putem opta pentru achizitionarea

unuia din echipamente in functie de necesitați si de resurse.

- pentru analiza funcționarii simultane a colectoarelor pe standul de încercări in mediul extern, in măsura in care exista resursele necesare, ar

fi oportuna achiziția unei Camere de Termoviziune prezentata in Anexa 13,.

Activitatea A2.3 unde s-a urmărit proiectare tehnologica si execuție colectoare

pilot care sa integreze placi absorbante comerciale (referință), respectiv placi absorbante

furnizate de partenerii P2 si P4 a avut rezultate cuantificabile constând în dezvoltarea

de soluții tehnologice concretizate in fabricația de colectoare pilot ce urmează a fi

testate in următoarea etapa.

In aceasta etapa:

-am stabilit o structura de colector si tehnologia aferenta, la care traseul

hidraulc nu este sudat de absorber ci este fixat cu benzi

profilate(invelitoare);am testat cele doua variante de colector,rezultatele

Page 26: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

26

au fost bune dar am abandonat aceasta directie din cauza consumului mare

de material si a greutatii sporite

-am realizat(concept inovativ)colectorul solar termic plan cu tuburi plate-

model experimental si prototip.

-am simplificat structura colectorului prin realizarea carcsei dintr-o rama

de tabla subtire indoita in profil C pe care am lipit geamul aplicand

tehnologia de lipire aparbrizelor auto,in care ramă am introdus ansamblul

de tuburi plate la care tuburi plate pe extrados am realizat suprafata

absorber prin srayere cu vopsea termica negru mat dupa care am

solidarizat intreg ansamblul prin spreierea izolatiei de spuma poliuretanica

bicomponenta rigida.

-dezvoltăm familia de colecoate solar termice plane cu tuburi plate prin

utilizarea si a altor tipuri de tuburi plate-ovale trase din aluminiu si din

inox si a placilor din aluminiu extrudate.

-am finalizat constructia standului pentru testarea colectoarelor in exterior

În conformitate cu planul de activități propuse inițial și cu rezultatele preconizate se

poate considera ca obiectivele proiectului pentru etapa 2- Anul 2017 au fost atinse și satisfăcute integral.

V.Bibliografie

1. Duffie, J.A., Beckman, W.A., Solar Engineering of Thermal Processes, Fourth Edition, Published by John

and Wiley&Sons, 2013.

2. http://www.hewalex.eu/en/offer/flat-plate-collectors/solar-collector-ks2600-tp-ac.html

3. http://www.northerntool.com/shop/tools/product_200616137_200616137

4. J.L de la Peña* and Roberto Aguilar Polymer solar collectors. A better alternative to heat water in mexican

homes Energy Procedia 57 ( 2014 ) 2205– 2210

5. http://www.builditsolar.com/Projects/SpaceHeating/TomLargeCol/TomCol.htm

6. J.Berner, Masters of the perfect bond, Sun and Wind Energy, Vol1, 2005

7. https://hopesun-solar.en.alibaba.com/

8. http://www.laser-community.com/en/viessmann-laser-weld-copper-on-aluminum-dtec-pulsspeed/

9. www.knauffinsulation.ro

10. http://www.sunstar-solar.com/flat-plate-solar-collector-ultimate-solar-water-heating-panels/

11. Bostan, I., ș.a., Sisteme de conversie a energiilor regenerabile, Ed. Technica-Info, Chișinău, 2007.

12. Kalogirou, S.A., ș.a., Exergy analysis of solar thermal collectors and processes, Progress in Energy and

Combustion Science 56(2016), pp106-137.

13. www.powerfromthesun.net/book.html

14. Dragomir-Stanciu, D., Luca, C., Solar Power Generation System with Low Temperature Heat Storage,

Procedia Technologie, 22,pp. 848-853, 2016.

15. *** Planning and Installing Solar Thermal Systems.Aguide for installers, architects and engineers.

16. www.greenrhinoenergy.com/solar/radiation/empiricalevidence.php

17. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SolarGIS-Solar-map-Romania-en.png

18. (https://ec.europa.eu/energy/intelligent/projects/sites/iee-projects/files/projects/documents/east-

gsr_training_manual_romania.pdf

19. Colesca, S.E., Ciocoiu, C.N., An overview on the Romanian renewable energy sector, Renewable an

Sustainable Energy Reviewes, 24,pp. 149-158, 2013.

20. Ciobanu D., Eftimie E., Jaliu C., The influence of measured/simulated weather data on evaluating the

energy need in buildings, ,Energy Procedia, vol 48, pp. 796-805, 2014.

Page 27: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

27

21. Moldovan, M.D., ș.a., Solar heating & cooling energy mixes to transform low energy buildings in nearly

zero energy buildings, Energy Procedia, 48, pp. 924 – 937, 2014.

22. Hernandez, O., Burke, K., Lewis J.O., Development of energy performance benchmarks and building

energy ratings for non-domestic buildings: an example for Irish primary schools, Energy Build. 40, pp.

249–254, 2008.

23. Good Practice Guide, GPG343: Saving Energy—A Whole School Approach, The Carbon Trust, London, UK,

2005. 24. Communication from the Commission to the Council, the European Parliament, the European Economic

and Social Committee and the Committee of the Regions .A European strategic energy technologic plan (SET Plan)-towards a low carbon future, [COM (2007) 723 final]. http://europa.eu/legislation_summaries/energy/european_ energy _policy/ 127079_en.htm

25. http://www.calor.ro/documents/products/52701/07-proiectare-sisteme-solare.pdf

26. http://valentin.de/calculation/thermal/system/wwh/en#

27. Li Lifang, Dubrowsky Steven, A new design approach for solar concentrating parabolic dish based on

optimized flexible petals, Jounal Mechanism and Machine Theory,Vol. 46(10),pp. 1536-1548, 2011.

28. Vișa, I., ș.a., The Role of Mechanisms in Sustainable Energy System, Transilvania University Publishing

House, 2015. 29. Lateș R., Optimizarea construcției colectoarelor solare pentru implementarea în mediul construit din

România, Teză de doctorat Universitatea Transilvania din Brașov, 2010.

30. www.solarenergy.ch (SPFInfoCD.Collector Catalog)

31. Documentație tehnică firma SolTech http://soltechenergy.com/soltech-sigma/

32. Documentație tehnică firma Tigisolar www.tigisolar.com

33. Duță, A., ș.a., Coloured solar-thermal absorbers-a comparative analysis of cermet structures, Energy

Procedia 48(2014), pp. 543-558.

34. Yang, Y., Wang, Q., Xiu, D., Zhao, Z., Sun, Q., A building integrated solar collector: all-ceramic solar

collector, Energy and Buildings 62 (2013).

35. Documentație tehnică Termo-dynamics Ltd, Canada http://www.thermo-

dynamics.com/technical_specs/G_series_technical.html#Absorber_System

36. Documentație tehnică firma Savosolar www.savosolar.fi

37. Mohd Yusof Othman, Adnan Ibrahim, Goh Li Jin, Mohd Hafidz Ruslan, Kamaruzzaman Sopian,

Photovoltaic-thermal (PV/T) technology e the future energy technology, Renewable Energy 49 (2013),

pp.171-174.

38. https://www.scribd.com/document/58987242/SunMaxx-Technical-Manual

39. Vișa, I., ș.a., Design and experimental optimisation of a novel flat plate solar thermal collector with

trapezoidal shape for facades integration, Applied Thermal Engineering 90 (2015), pp. 432–443.

40. Vișa, I., Duță, A., Innovative solutions for solar thermal systems implemented in building, Energy Procedia

85(2016), pp. 594-602.

41. Documentatie tehnică firma Thusolar http://www.thuesolar.de/en/products/custom-made-solar-panels/

42. http://tigisolar.com/assets/files/TIGI-A3-Brochure-2015.pdf

http://www.spf.ch/fileadmin/daten/reportInterface/kollektoren/factsheets/scf1695en.pdf

43. http://www.spf.ch/fileadmin/daten/reportInterface/kollektoren/factsheets/scf1704en.pdf

http://www.spf.ch/fileadmin/daten/reportInterface/kollektoren/factsheets/scf1677en.pdf

http://www.spf.ch/fileadmin/daten/reportInterface/kollektoren/factsheets/scf1670en.pdf

http://www.spf.ch/fileadmin/daten/reportInterface/kollektoren/factsheets/scf1485en.pdf

http://www.spf.ch/fileadmin/daten/reportInterface/kollektoren/factsheets/scf1465en.pdf

44. http://www.spf.ch/fileadmin/daten/reportInterface/kollektoren/factsheets/scf1450en.pdf

http://www.spf.ch/fileadmin/daten/reportInterface/kollektoren/factsheets/scf1494en.pdf

45. http://www.thermo-dynamics.com/technical_specs/S_series_technical.html#Absorber

http://www.spf.ch/fileadmin/daten/reportInterface/kollektoren/factsheets/scf513en.pdf

46. Andreea Lavinia R.I. MARIN, Teză de doctorat cu titlul “Cercetări privind optimizarea energetică a

procesului de conservare prin uscare a legumelor şi fructelor”, Centrul de cercetare: Eco-biotehnologii şi

Echipamente în Agricultură şi Alimentaţie, Universitatea Transilvania din Brasov, 2012

47. A.Stroia, Fructele şi legumele uscate în dieta tradiţională a românilor,

http://www.science.ase.ro/Real/Uscarea%20fructelor%20si%20legumelor%20in%20bucataria%20romane

asca%20RO.pdf

Page 28: 5DSRUWùWLLQ LILFúLWHKQLF Referitor la Anul 2017 Etapa2 Nr ...bisolar.ro/wp-content/uploads/2017/07/Raport-Stiintific-si-Tehnic-2017-A2.pdfhidraulica, elemente de automatizare si

28

48. Răducanu, P., Turcoiu, T., Florea, A.: Procese termogazodinamice în instalaţiile de uscare şi conservare a

produselor agroalimetare, Editura Tehnică, Bucureşti, 1999...2-28

49. Ahmad Fudholi, Kamaruzzaman Sopian, B. Bakhtyar, Mohamed Gabbasa, Mohd Yusof Othman, Mohd

Hafidz Ruslan, Review of solar drying systems with air based solar collectors in Malaysia, Renewable and

Sustainable Energy Reviews, Volume 51, November 2015, Pages 1191-1204, ISSN 1364-0321,

http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2015.07.026

50. http://energysolaris.com/

51. www.viessmann.ro