EAST-GSR Solar Thermal applications in EASTern Europe with

Guaranteed Solar Results

Pachet de lucru 4

Manual profesional pentru proiectarea sistemelor colective care utilizează energie

termică solară

România

Responsabilitatea totală privind conţinutul acestei publicaţii le revine autorilor. Aceasta nu reflectă neapărat punctele de vedere ale Comunităţii Europene. Comisia Europeana nu este responsabilă pentru nici o posibilă utilizare a informaţiilor conţinute în acest document.

2

Rezumat Acest manual de proiectare, dimensionare şi instalare a sistemelor care utilizează sistemele de energie solară pentru producerea apă caldă menajeră specifică regulile de bază care au fost testate şi implementate utilizând experienţa câştigată prin monitorizarea randamentului sistemelor şi urmând cinci principii esenţiale: O instalare simplă, Siguranţa utilizării, Integrare cu celelalte instalţii ale clădirii, Bun randament, Monitorizare.

O atenţie particulară a fost acordată proiectării sistemului gobal, integrării colectorului solar, precum şi schimbărilor legilor din domeniul sanitar. Alegerea şi instalarea componentelor în conformitate cu codurile şi practicile profesionale este completată cu recomandări şi comentarii detaliate atât asupra dimensionării diferitelor componente ale instalaţiei cât şi calculul randamentului teoretic.

3

Cuprins Rezumat ..............................................................................................................2 Cuprins................................................................................................................3 1. Introducere ......................................................................................................5 2. Principii generale ...............................................................................................6 2.1 Date climatice de bază......................................................................................6 2.1.1 Radiaţia solară..............................................................................................6 2.1.2 Temperatura sursei de apă .............................................................................9 2.1.3 Vânt şi zăpadă ..............................................................................................12 2.2 Necesarul de apă caldă menajeră .......................................................................12 2.2.1 Temperatura sursei de apă caldă menajeră .......................................................12 2.2.2 Analiza cererii...............................................................................................13 2.3 Încălzirea apei cu ajutorul energiei solare............................................................16 2.3.1 Colectarea ...................................................................................................17 2.3.2 Transferul şi stocarea energiei ........................................................................23 2.3.3 Încălzire auxiliară..........................................................................................29 3. Procedura de proiectare......................................................................................30 3.1 Studii preliminare ............................................................................................30 3.1.1 Estimarea necesarului de apă caldă menajeră ...................................................30 3.1.2 Radiaţia solară locală .....................................................................................30 3.1.3 Studiul pentru schema de principiu a colectorului solar .......................................32 3.1.4 Conexiunile colectoare ...................................................................................41 3.1.5 Tubulatura ...................................................................................................43 3.1.6 Volumul de stocare şi rezerva .........................................................................44 3.2 Studiu detaliat.................................................................................................48 3.2.1 Dimensionarea şi instalaţia solară....................................................................48 3.2.2 Estimarea randamentului sistemului cu energie solară ........................................50 3.2.3 Instrumente de calcul pentru performanţa sistemului solar de apă caldă menajeră .54 3.2.4 Metode de definire şi de dimensionare..............................................................57 3.2.5 Pre-dimensionarea sistemului .........................................................................63 3.2.6 Ajustarea datelor referitoare la suprafaţa captatorului şi la volumul de stocare.......77 3.2.7 Dimensionarea schimbătorului de căldură .........................................................78 3.2.8 Dimensionarea circuitului primar: ţevi şi pompe ................................................79 3.2.9 Dimensionarea accesoriilor de siguranţă ...........................................................82 3.3 Estimarea proiectului........................................................................................83 3.3.1 Estimare tehnico-economică ...........................................................................83 3.3.2 Rezultate Garantate prin Folosirea Energiei Solare (GSR) ....................................85 3.3.3 Impactul asupra mediului ambiant...................................................................87

4

4. Administrarea şi întreţinerea sistemului ................................................................88 4.1 Umplerea........................................................................................................88 4.2 Punerea în funcţiune ........................................................................................88 4.3 Darea în exploatare..........................................................................................89 4.4 Întreţinerea periodică .......................................................................................93 4.4.1 Periodicitatea şi conţinutul intervenţiilor de întreţinere........................................93 4.4.2 Justificarea inspecţiilor şi a intervenţiilor de întreţinere .......................................93 4.4.3 Limite la serviciile de întreţinere......................................................................94 4.5 Telemonitorizarea ............................................................................................94 5. Pentru informaţii suplimentare.............................................................................97 6. Exemple de sisteme colective cu energie solară .....................................................97

5

1. Introducere Utilizarea energiei solare pentru furnizarea apei calde menajere s-a dovedit a fi o soluţie perfect viabilă. Principiul de funcţionare al sistemului de încalcălzire a apei cu energie solară este simplu, iar tehnologia este deja bine cunoscută şi fiabilă. Energia solară este nepoluantă, inepuizabilă, ecologică şi sigură. Aceasta facilitează economisirea resurselor energetice, fără a produce deşeuri sau a emite gaze poluante, precum dioxidul de carbon. Mai presus de problemele poluării şi de impactul gazelor de seră, furnizarea de apă caldă menajeră reprezintă o parte considerabilă a facturii la energie a clădirilor, care poate fi redusă prin folosirea energiei solare. Condiţiile necesare pentru o bună şi durabilă exploatare a sistemului trebuie stabilite în etape în cadrul principiului „GRS” (Rezultate Garantate prin Folosirea Energiei Solare). Garanţiile ce vor fi oferite pentru aplicaţiile colective sunt semnificative.

6

2. Principiile generale 2.1 Date climatice de bază 2.1.1 Radiaţia solară Soarele reprezintă o sursă de energie gratuită şi ecologică. Radiaţia solară anuală medie în România variză între 1,100 şi 1,300 kWh/m2.

Harta radiaţiei solare în România Radiaţia solară este o formă de radiţie termică ce este difuzată sub forma undelor electromagnetice. În afara atmosferei terestre radiaţia solară furnizează o sursă de energie cu potenţial nelimitat egală cu 1.370 W/m2

.

Pentru a atinge suprafaţa terestră radiaţia solarătrece prin atmosferă, unde o parte din energia sa este disipată prin: - Difuzie moleculară (în mod special razele U.V.) - Reflecţie difuză pe aerosolii atmosferici (picături de apă, praf…) - Absorpţie selectivă în gazele atmosferice. Radiaţia globală asupra suprafeţei terestre este suma: Radiaţiei directe, după ce aceasta a trecut prin atmosferă, Radiaţiei difuze, care provine din toate direcţiile.

7

Astfel, o suprfaţa expusă primeşte atât radiaţii directe, difuze cât şi o parte din radiaţiile globale reflectate de obiectele din apropiere, în special pământul, pentru care coeficientul de reflexie este denumit „albedo”.

Radiaţia solară la nivelul solului

8

Radiaţia solară în ROMANIA Radiaţia solară medie anuală în România variază între 1,100 şi 1,300 kWh/m2 pentru mai mult de jumătate din suprafaţa ţării. Potenţialul termic al energiei solare este estimat la 60 PJ/an (1400 ktoe/an). De aceea radiaţia solară pe suprafaţă orizontală pentru România este de aproximativ 200 milioane de GWh pe an (de exemplu potenţialul teoretic pentru energia solară).

O hartă a radiaţiei solare a fost întocmită de Institutul Naţional de Meteorologie şi Hidrologie. Există bune posibilităţi pentru dezvoltarea utilizării energiei solare, iar experienţa anterioară poate fi exploatată. In Evaluarea Resurselor Energiilor Regenerabile, EBRD estimează că sistemele bazate pe utilizarea energiei solare pentru încălzirea apei calde menajere pentru clădiri publice şi hoteluri, sistemele pe bază de energie solară pasivă, precum şi sistemele individuale pentru locaţiile izolate, sunt cele mai promiţătoare aplicaţii.

Caracteristicile climaterice de temperatură ale aerului exterior sunt un rezultat al intensităţii radiaţiei solare şi depind de cantitatea de energie termică radiată de suprafaţa pământului pe parcursul ciclurilor de zilnice şi respectiv anuale. Temperatura aerului ambiant influenţează parametrii termici ai structurilor înconjurătoare (prin valorile sale extreme şi medii), reglajele sistemelor de încăzire si condiţionare a aerului ale construcţiilor, cât şi sistemele de încălzire ce utilizează energia solară. De aceea spre exemplu, capacitatea de încălzire depinde de temperaturile calcul pentru regiunile respective (N.B: temperaturile hibernale cele mai scăzute).

9

Temperaturile reprezintă de asemenea factorul principal pentru calculul necesarului de izolaţie termică pentru fiecare clădire în parte.

Regiune Radiaţie globală medie totală [MJ/m2/an]

Potenţial de radiţie solară disponibil real

Câmpia de Vest 4.815 Moderat-Înalt (MH) Transilvania 4.666 Moderat (M)

Zona Subcarpatică 4.982 Moderat-Înalt (MH) Câmpia de Sud 5.147 Moderat-Înalt (MH)

Moldova 4.773 Moderat (M) Dobrogea 5.384 Înalt (H)

Delta Dunării 5.046 Moderat-Înalt (MH) Carpaţii 4.687 Moderat (M)

2.1.2 Temperatura sursei de apă Energia necesară pentru furnizarea apei calde menajere depinde din două puncte de vedere de sursa de apă rece: cu cât este mai rece apa, cu atât mai multă energie va fi necesară pentru a fi încălzită la o temperatură dată (de exemplu necesarul de stocare) şi mai multă apă caldă va fi necesară, volumetric, pentru a asigura o temperatură constantă în momentul amestecării cu apa din sursa rece. Atunci când nu există date disponibile, se poate utiliza formula următoare: twi = ( Ta + Tai ) / 2 unde: twi : temperatura medie lunară a apei reci, pentru luna i Ta : media anuală a temperaturii aerului ambient Tai : media lunară a temperaturii aerului ambient, pentru luna i (sursa: ESM 2 / European Simplified Method - DG XII) 2.1.3 Vânt şi zăpadă 2.1.3.1 Vânt În meteorologie, o viteză medie a vântului este considerată a fi media pe o perioada de 10 minute, la 10 metri deasupra pământului. Revistele de meteorologie franceze se referă întotdeauna la viteze medii ale vântului. Cu toate acestea, rafalele de vânt pot fi cu mai mult de 50% mai mari decât cifrele medii.

10

Figura 4: Histograma vitezelor vântului

Direcţia şi forţa vântului sunt două caracteristici care descriu un vânt orizontal. În meteorologie, se vorbeşte întotdeauna despre direcţia din care bate vântul în funcţie de punctele cardinale (Nord, Est, Sud, Vest) sau în funcţie de diferenţa de unghi faţa de Nord (de exemplu, un vant din Sud este în sectorul 180°, un vânt din Vest este în sectorul 270°).

Figura 5: Roza vânturilor

2.1.3.2 Zăpadă Zăpada poate afecta clădirile în mai multe moduri, în special acoperişul. O cădere semnificativă de zăpadă poate face acoperişul să se prăbuşească. Barierele de gheaţă pot duce la infiltraţii în zona şindrilelor sau a îmbinărilor. Zăpadă care alunecă pe un acoperiş tip şarpantă sau pe un luminator poate fi periculoasă pentru pietoni. Apa poate pătrunde într-o clădire din cauza infiltraţiilor de zăpadă suflate de vânt.

11

Sarcina dată de zăpada de pe acoperiş variază în funcţie de climatele regionale. Aceasta depinde de asemenea de caracteristicile mecanice si forma acoprişului.

2.1.3.3 Estimarea sarcinilor climatice Zăpada şi vântul sunt doi factori naturali care necesită o proiectare adecvată a clădirilor pentru siguranţa şi confortul locatarilor. Harta vânturilor prevăzută de standardele în vigoare este în tranziţie spre Eurocode. Aceasta descrie viteza vânturilor pe baza probabilităţii: vânt pe o perioadă de „50 de ani”.

12

2.2 Necesarul de apă caldă menajeră 2.2.1 Temperatura sursei de apă caldă menajeră Sistemele de alimentare cu apă caldă menajeră ce folosesc energia solară necesită o sursă de energie auxiliară, pentru motivele următoare: Menţinerea temperaturii pentru necesarul de apă caldă menajeră, având în vedere că instalaţia de energie solară este în general dimensionată pentru acoperirea parţială a necesarului. Menţinerea temperaturii necesare a apei pentru a evita formarea bacteriilor, în special legionela. În general, pentru a limita dezvoltarea acestor bacterii, stagnarea apei în conducte fără circulaţie trebuie evitată. Temperatura apei calde la ieşirea din rezervoarele de stocare trebuie să fie de cel puţin 60 °C, şi în cazul existenţtei unei bucle de circulaţie, temperatura returului trebuie să fie de cel puţin 50 °C. Utilizatorii trebuie să fie întotdeauna protejaţi împotriva opăririi la consumatori, unde temperatura nu trebuie să fie mai mare de 50 °C. Furnizorul de apă caldă trebuie să se asigure că temperatura atinsă la consumatori variză între 45 şi 55 °C.

Exemplu de boiler de rezervă separat de cazan, o buclă de circulaţie este folosită pentru distribuţie cu boiler electric folosit pentru menţinerea temperaturii

13

2.2.2 Analiza necesarului Producţia de apă caldă menajeră se numără printre cele mai eficiente aplicaţii ale utilizării energiei solare, în special pentru sistemele colective din clădirile rezidenţiale şi terţiare, acolo unde cererea de apă caldă menajeră este semnificativă şi constantă; în special pentru locuinţele colective şi instituţiile de sănătate. Cerinţele actuale pentru locuinţele colective (clădiri de locuit, hoteluri, spitale,...) arată o cerere crescândă pentru apă caldă, nu numai pentru nevoile sanitare, dar şi pentru sarcinile domestice. Utilitatea unui sistem de alimentare cu apă caldă menajeră este caracterizată de disponibilitatea apei calde, intr-o cantitate suficientă, la o temperatură dată, atunci cand este necesar şi la un preţ cât mai mic posibil. Necesarul zilnic de apă calda menajeră pentru locuinţele colective Alimentarea cu apă caldă menajeră şi încălzirea reprezintă cheltuielile cele mai ridicate cu exploatarea locuinţelor. Costul unei Gcal în România se situează între 30 şi 71.3 €. Câteva cifre În sectorul rezidential, sarcina energetică a unei clădiri, poate fi calculată plecând de la ecuaţia următoare:

Becs = S 1,16 . Vecs . D T . lp Unde:

Becs = suma consumurilor de energie în fiecare locuinţă (Wh) Vecs = 35 litri de apă caldă menajeră pe zi pe locatar. ΔT = 45 K lp = numărul de locatari din locuinţe

Necesarul zilnic de apă calda menajeră pentru hoteluri În funcţie de categoria hotelului, consumul zilnic de apa caldă menajeră variază între 70 şi 160 litri pe cameră şi între 8 şi 15 litri în bucătărie pe porţie. Clientela este din ce în ce mai ataşată de protecţia mediului, iar un sistem care utilizează energia solară contribuie la buna imagine a hotelului. Cu toate acestea, valoarea unui sistem care utilizează energia solară depinde în mare măsură de gradul de ocupare al hotelului. Câteva cifre relevante:

(Sursa: Calculs pratiques de plomberie sanitaire. Editions Parisiennes)

14

Necesarul zilnic de apă caldă menajeră în litri / zi / cameră la 60 °C

Use Jan Feb Mar Apr May Jun July Aug Sept Oct Nov Dec

Coeficient de corecţie care urmează a fi aplicat

(Sursa EDF : Eau chaude électrique Résidentiel et Tertiaire – March 1987)

Instituţii de sănătate şi sanatorii pentru vârstnici Aceste instituţii au necesaruri importante de apă caldă menejeră, acestea fiind relativ constante de-a lungul anului. Consumul zilnic este de aproximativ 60 de litri pe pat, la care trebuie adăugat necesarul pentru bucătărie (de 8 la 15 litri pe porţie) şi pentru spălătorie (6 litri pe kg de rufărie). Câteva cifre relevante:

(Sursa: Calculs pratiques de plomberie sanitaire. Editions Parisiennes)

Alte instituţii

(Sursa: Calculs pratiques de plomberie sanitaire. Editions Parisiennes)

15

Alte aplicaţii (vor fi adăugate acolo unde este cazul)

(Sursa: Calculs pratiques de plomberie sanitaire. Editions Parisiennes)

Procentul lunar al numărului de mese servite într-un restaurant

(Sursa EDF: Eau chaude électrique Résidentiel et Tertiaire – Mars 1987)

16

2.3 Încălzirea apei cu ajutorul energiei solare Un sistem de alimentare cu apă caldă menajeră folosind energia solară se compune din 5 sub-sisteme:

Un sub-sistem colector, Un sub-sistem de transfer de energie, Un sub-sistem de stocare, Un sub-sistem de energie auxiliară, Un sub-sistem de distribuţie.

Energia economisită faţă de un boiler convenţional depinde atât de climă, de schema colectorului, de dimensiuni şi de modelul sistemului cât şi de părţile componente şi de întreţinerea acestora. Astfel, este esenţial să se găsească cel mai bun raport între costuri, dimensiunea sistemului şi necesar în faza de design a proiectului; aceasta trebuie să includă cel mai eficient dintre toate sub-sistemele, astfel încât:

Colectarea şi stocarea energiei solare este optimă, Sursele de energie solară şi de energie auxiliară sunt disociate, Energia solară este folosită cu prioritate, Sursa de energie auxiliară este folosită doar ca sursă de energie complementară.

17

2.3.1 Colectarea Un sistem de alimentare cu apă caldă pe bază de energie solară este în general compus din colectoare solare de tip lamelar cu circulaţie de fluid, care transformă emisia solară a radiaţiei electromagnetice în căldură. Aceasta este transmisă unui fluid de transfer termic. 2.3.1.1 Principii de funcţionare Un colector de tip lamelar este prin definiţie o suprafaţă de absorpţie expusă radiaţiei solare. Suprafaţa de absorpţie transferă energia termică produsă prin absorpţie, iar prin încălzire emite radiaţie termică la o lungime de undă superioară. (Legea Stefan-Boltzman).

Radiaţie solară Radiaţie termică

18

Dacă panoul absorbant se află în contact direct cu aerul atmosferic, vor interveni importante pierderi de căldură cauzate de convecţie şi de radiaţie. Un echilibru termic va fi stabilit între surafaţa de absorpţie şi aerul ambient. În consecinţă, puţină energie va fi colectată. Pentru a reduce pierderile prin partea din spate a colectorului solar, panoul absorbant este montat într-o cutie ale cărei suprafeţe interioare sunt acoperi cu izolaţie termică (de exemplu vată de sticlă sau materiale sintetice expandate). Izolaţia termică de pe partea frontală a panoului absorbant este compusă intr-un material opac la radiaţia termică, dar transparent la radiaţia solară. Sticla şi anumite materiale sintetice sunt transparente la radiaţia solară şi opace la razele ultraviolete. În consecinţă, aceste materiale sunt utilizate ca strat exterior frontal pentru colectoarele solare. În cazul unui colector solar cu strat exterior frontal transparent: acesta absoarbe radiaţia termică emisă de panoul absorbant, se încălzeşte şi radiază căldură din ambele feţe. La o estimare grosieră, jumătate din radiaţie este emisă către exterior şi cealaltă jumătate se reîntoarce spre panoul absorbant. Acesta este efectul de seră.

Foaia de sticlă limitează de asemenea pierderile căldură prin convecţie, având în vedere că transferul termic între cele două suprafeţe care sunt separate de un strat de aer staţionar este generat în principal de conducţie, iar aerul staţionar constituie o izolaţie termică eficientă. Calitatea izolaţiei creşte odată cu creşterea grosimii startului de aer dintre cel două suprafeţe, atâta timp cât transferul de căldură se face prin conducţie (de la 2 la 3 cm). Dacă spaţiul dintre cele două suprafeţe este prea mare, convecţia naturală este declanşată şi generează efectul opus.

19

1. Capac transparent 2. Aripioară a panoului

absorbant 3. Circuit tubular 4. Izolaţie termică 5. Carcasă

Secţiune printr-un colectorsolar de tip lamelar

O altă modalitate de a reduce pierderile de căldură ale colectorului este de a adăuga un strat selectiv la panoul absorbant. Acest strat permite un coeficient de absorpţie cât de ridicat posibil pentru radiaţiile din spectrul solar (mai mic de 2,5 μm) şi un coeficient de emisie cât de scăzut posibil în infraroşii, corespunzând radiaţiei panoului absorbant (lungimi de undă mai mari de 2,5 μm). Astfel de straturi selective sunt făcute dintr-un depozit chimic aflat pe suprafaţa de absorpţie. În final, colectoarele cu tube de vacuum fac posibilă reducerea pierderilor de căldură prin convecţie atunci când panoul absorbant este introdus într-un tub de sticlă din care a fost scos aerul.

Secţiune printr-un colector cu tub de vacuum

2.3.1.2 Evaluare energiei globale În timpul funcţionării permanente, caracteristicile unui colector tip lamelar sunt obţinute cu ajutorul următoarei ecuaţii de evaluare a energiei globale.

Qu = Qa _ Qp Unde:

Qu reprezintă energia transferată fluidului de transfer terminc, Qa reprezintă energia solară absorbită, Qp reprezintă energia corespunzătoare pierderilor de căldură

20

Pentru o estimare a energiei care a fost absorbită de colector trebuie făcută o distincţie teoretică între radiaţia directă şi radiaţia difuză, asociindu-le coeficienţi de transmisie şi de absorpţie adecvaţi. Totuşi în practică se iar in considerare componenta radiaţiei globale incidente care este perpendiculară pe suprafaţa colectorului. În acest caz, energia absorbită este indicată în Watts, în ecuaţia următoare:

Qa = A . τs . αs . G

Unde:

- A reprezintă aria suprafeţei intrării colectorlui în m2, - τs şi αs reprezintă valorile medii ale coeficientului de transmitere a capacului

transparent şi ale coeficientului de absorpţie a panoului absorbant pentru întregul spectru solar,

- G reprezintă energia de admisie globală în W/m2 (aria de admisie), măsurată în

planul colectorului. Având în veere că un colector tip lamelar este relativ subţire, pierderile din laterale pot fi neglijate în estimarea aproximativă, doar pierderile frontale şi prin partea din spate a colectorului fiind luate în considerare. aceste pierderi sunt exprimate după cum urmează:

Qp = QAV + QAR Atunci când sunt reduse la o unitate a suprafeţei panoului absorbant, toate pierderile reprezentând un flux termic dinspre colector înspre exterior pot fi exprimate în relaţia cu diferenţa de temperatură care le cauzează, astfel:

QAV / A = UAV (Tm-Ta) şi QAR / A = UAR (Tm-Ta)

Sau:

QA / A = U (Tm-Ta) Unde:

U = UAV + UAR UAV = Coeficientul de pierdere termică dinspre partea frontală (W/m2. K) UAR = Coeficientul de pierdere termică dinspre partea din spate (W/m2. K) Tm = Temperatura medie a panoului absorbant Ta = Temperatura ambiantă medie

Echilibrul termic la un moment dat între energia solară primită de colector, energia utilă disponibilă şi pierderile termice fac posibilă descrierea randamentului instantaneu cu ajutorul ecuaţiei următoare: η = η0 - U (Tm - Ta) / G Conform principiilor acceptate de normele internaţionale (ISO) şi europene (CEN), randamentul unui colector tip lamelar poate fi descris prin trei coeficienţi independenţi de temperatură:

η = η0 – a1T* - a2 G (T*)2

21

Unde: η0 : coeficient de conversie optică (%) a1 : pierdere termică prin coeficientul de conducţie (W/m2.K) a2 : pierdere termică prin coeficientul de convecţie (W/m2.K2)

Figura de mai jos ilustrează variaţiile randamentului momentan în relaţie cu temperatura T* = (Tm-Ta) / G pentru dieferite tipuri de colectoare.

Pentru valori ale T* mai mici de 0,07: variaţiile pot fi reprezentate în mod rezonabil cu ajutorul uni grafic liniar. Atunci randamentul este:

η = η’ – a’T* În norma franceză NF P50-501, coeficienţii η’ şi a’ sunt numiţi respectiv: Factor optic al colectorului (B) Pierderi de conductanţă termică totală (K)

22

Randament global al colectorului solar

23

2.3.2 Transferul şi stocarea energiei 2.3.2.1 Stocarea Stocarea energiei colectate face posibilă compensarea naturii discontinue a energiei solare. Acumularea energiei stocate este reprezentată de creşterea temperaturii. Pentru a vizualiza randamentul sistemului de stocare, trebuie amintit că randamentul unui colector depinde în principal de temperatura medie a fluidului care intră în el şi de aceea, de temperatura fluidului evacuat din sistemul de stocare. Una dintre caracteristicile esenţiale ale unui sistem de stocare eficient est capacitatea de alimentare a colectoarelor cu un fluid având o temperatură pe cât de scăzută posibil. Transferul de căldură din colectoare înspre rezervorul de stocare are loc în două moduri diferite: Prin circulaţia forţată, utilizând o pompă acţionată de un sistem de comandă, Prin circulaţia naturală ou cu ajotorul unui termosifon.

Sistemele de exploatare prin termosifon prezintă un avantaj în comparaţie cu sistemele obişnuite pe bază de pompe, deoarece acestea nu au nevoie de nici un sistem de comandă pentru câştigul de energie solară, nici de pompe pentru deplasarea fluidului pentru transferul de căldură. Cu toate acestea, în practică, instalaţiile din termosifon presupun doar anumite tipuri de boilere individuale şi sunt excepţionale în instalaţiile colective. Din cauza problemelor de tip hidraulic întâlnite în gamele de colectoare de mari dimensiuni şi a constrângerilor arhitecturale datorate necesităţii de a plasa colectoarele sub rezervorul de stocare, circulaţia fluidului de transfer termic prin termosifon nu este în general adaptată la sistemele colective. 2.3.2.2 Schimbătoare de căldură Echipamentul de captare a energiei solare trebuie protejat împotriva riscului de îngheţ. În majoritatea cazurilor, colectoarele sunt protejate prin folosirea unui lichid antigel şi presupun folosirea unui schimbător de căldură. Există două categorii de schimbătoare de căldură: Schimbătoarele de căldură integrate în rezervorul de stocare. Schimbătoarele de căldură exterioare rezervorului de stocare.

În cazul schimbătoarelor de căldură exterioare rezervorului de stocare, schimbul se face prin convecţia forţată. Aria suprafeţei schimbătorului de căldură extern este în general mai mică decât cea a schimbătorului de căldură integrat.

24

Schimbător de căldură extern tip lamelar Schimbător de căldură integrat În orice caz, randamentul unui schimbător de căldură nu depinde de temperatura fluidelor ci de geometria schimbătorului şi de debitul de căldură. În practică, randamentul schimbătoarelor de căldură se situează între 0,6 şi 0,8. Notă: dacă randamentul schimbătorului de căldură este mediocru, nu numai transferul de căldură va fi mai redus, dar şi temperatura fluidului de retur spre colectoare va fi mai mare şi deci randamentul colectorului mai redus. Atunci când un schimbător este integrat în rezervorul de stocare, acesta este plasat în partea inferioară a rezervorului. Această dispunere face posibilă, dacă aria suprafeţei de schimb est suficient de mare, încălzirea volumului de apă în mod omogen, până când temperatura din partea inferioară atinge 3 sau 4 grade din temperatura din partea superioară a rezervorului. Apa caldă pătrunde pe fundul rezervorului de stocare de fiecare dată când este folosită apa caldă, evitându-se astfel introducerea apei insuficient încălzite în partea superioară a rezervorului (Stratificarea temperaturii). Această dispoziţie face posibilă de asemenea alimentarea colectoarelor solare cu un fluid având o temperatură cât de scăzută posibil la ieşirea din schimbătorul de căldură, în raport cu consumul de apă caldă sşi cu stratificarea temperaturii. În plus, limitele sale de risc privind pierderile de căldură prin debitul inversat în colectoare, în cazul unei funcţionări incorecte a clapetei antiretur. 2.3.2.3 Comenzile circuitului primar Principii Principiile de bază pentru comanda sistemului colectiv de alimentare cu apă caldă menajeră sunt simple. Un senzor este montat în colectorul solar, iar altul în partea de jos a rezervorului de stocare a apei calde (la 1/9 din înălţime). Imediat ce temperatura colectorului solar este cu câteva grade mai ridicată decât cea a rezervorului de stocare, o pompă intră în funcţiune; atunci când temperaturile se egalizează, pompa se opreşte. O comandă diferenţială simplă este suficientă pentru aceste operaţii.

25

Rolul echipamentului de comandă este de a controla transferul energiei colectate numai atunci când temperature fluidului primar din colectoarele solare este mai mare decât cea a apei din rezervorul de stocare. Pentru instalaţii cu o suprafaţă a colectorului solar mai mică de 40 m2, cu circuite hidraulice scurte (mai mici de 50 m) şi ale căror colectoare solare au inerţie termică relativ mare, sistemul de comandă de tip diferenţial, bazat pe diferenţa de temperatură dintre rezervor şi colector, este folosit. În cazul sistemelor mai mari (cu o suprafaţă a colectorului solar >40 m2), se foloseşte un sistem dublu diferenţial, cu un senzor suplimentar montat pe circuitul primar din spaţiul tehnic. Acesta va porni pompa de pe circuitul secundar. În acest caz sistemul poate fi pornit în doi paşi. Primul pas este reprezentat de pornirea pompei circuitului primar, ceea ce va conduce la echilibrarea temperaturilor fluidului din colectoarele solare şi din tubulatura. Al doilea pas constă în pornirea pompei circuitului secundar, ceea ce conduce la transferul energiei de la circuitul primar la cel secundar. Anumiţi ingineri preferă să utilizeze un senzor fotovoltaic în locul celui de-al doilea dispozitiv de comanda diferenţial. Pe lângă dificultatea alegerii unei componente potrivite (circuitul se închide atunci când intensitatea luminoasă depăşeşte un anumit prag, dar nu se va închide în cazul unui fulger, utilizând un nivel de comandă mai mare decât cel folosit pentru lumina fulgerelor), nu se recomandă această soluţie în măsura în care timpul de operare pentru circuitul primar este relativ mai mare decât cel al circuitului secundar, ceea ce va conduce la un consum inutil de energie electrică.

Principiile de comandă diferenţială (Sursa Tecsol)

26

În ambele cazuri, punerea în funcţiune a pompei secundare trebuie să depindă de de punerea în funcţiune a pompei principale, pentru a evita funcţionarea inutilă a pompei de pe circuitul secundar.

Comenzi diferenţiale: principiile de funcţionare ale diferenţialului dublul (Source Tecsol)

Reglarea dispozitivului de comandă diferenţial Această metodă de comandă este simplă şi ieftină. Comenzile pentru o bună funcţionare depind în principal de reglajele diferenţei de temperatură.

Reglaje diferenţiale Rezultate

ΔT1 mare ΔT2 mare

Pornire întârziată dimineaţa. Energie solară nefolosită.

ΔT1 mare ΔT2 mic

Pornire întârziată dimineaţa. Oprire tardivă seara: pierderi din energia colectată în timpul zilei.

ΔT1 ≈ ΔT2 Fenomene de pompaj.

27

Rezultatele reglajelor diferenţiale Unde:

ΔT1 : temperatura reglabilă diferenţială pentru pornirea comandată ΔT2 : temperatura reglabilă diferenţială pentru oprirea comandată.

Fluxul de lichid în colectoare porneşte în momentul în care Tcolector > Tstocare + ΔT1

Pompele se opresc în momentul în care Tcolector < Tstocare + ΔT2

Producerea fenomenul de pompaj este nedorită deoarece generează uzura pompelor şi scade eficienţa sistemului. Acest fenomen apare foarte uşor în toate cazurile în care există o mică diferenţă între diferenţialele de temperatură de pornire şi de oprire.

Următoarele valori ot fi utilizate în general pentru a asigura o bună funcţionare a sistemului:

ΔT1 = 5 K – 8 K ΔT2 = 1 K – 3 K

Dispozitive de comandă diferenţiale

În momentul în care inerţia circuitului primar este importantă (tubulatură mai lungă de 50 m), comenzile circuitului primar sunt completate de o acţionare a vanei de secţionare. Atunci când temperatura TC din colectoarele solare este mai mare decât temperatura TC + ΔT1 a apei din rezervorul de stocare, dispozitivul de comandă declanşează pornirea pompei. Vana Vc este deschisă pentru a recicla fluidul de transfer al căldurii prin colectoarele solare (pentru omogenizarea temperaturii în circuitul primar). Deşi acest sistem de comndă este bazat pe o vană de secţionare de tipul „totul sau nimic”, totuşi reduce utilizarea inutilă a pompelor. Mai mult decât atât, randamentul termic al instalaţiei este îmbunătăţit datorită încălzirii rapide a circuitului primar în timpul dimineţii. Atunci când sistemul este echipat cu un schimbător de căldură extern, fluxul de apă caldă menajeră în circuitul secundar al schimbătorului de căldură necesită instalarea unei a doua pompe. În general, funcţionarea sistemului este asigurată de utilizarea a două dispozitive de comandă diferenţiale R1 şi R2. Pentru a lua în considerare inerţia termică a circuitului primar (acesta poate conţine o mare cantitate de lichid), este recomandat să se temporizeze funcţionarea pompei controlate de R1 astfel încât opririle şi pornirile frecvente ale sistemului sa fie evitate.

28

Pompa de pe circuitul primar este în funcţiune (Tc > Tb + ΔT1): • Dacă (Tc > Tb + ΔT1), dispozitivul de comandă R2 declanşează funcţionarea dispozitivului de comandă al circuitului secundar.

• Dacă (Tc < Tb + ΔT2), circulaţia apei calde menajere în circuitul secundar este oprită.

Dispozitive de comandă diferenţiale. Schimbător de căldură extern

Pentru sisteme de dimensiuni foarte mari, şi pentru a evita erorile de măsurare a temperaturii generate de o circulaţie deficitară a lichidului primar prin colectoarele solare, se poate folosi un senzor de radiaţie solară în locul măsurării temperaturii în colectoare. Aceasta variantă este justificată atunci când temperatura fluidului din circuitul primar necesită omogenizare, din cauza dimensiunii instalaţiei. Totuşi, acest sistem trebuie folosit doar pentru sisteme cu schimbător de căldură extern. Mai mult decât atât, Aceasta soluţie generează de obicei un consum mai mare de energie electrică decât metodele descrise în paragrafele anterioare. În momentul în care radiaţia solară S este mai mare decât nivelul de pornire S1, dispozitivul de comandă R1 porneşte pompa de pe circuitul primar.

• Dacă (Tc > Tb + ΔT1), dispozitivul de comandă R2 declanşează funcţionarea circuitului secundar (faza de stocare)

• Dacă (Tc < Tb + ΔT2), pompa circuitului secundar se opreşte (faza de bypass). În momentul în care nivelul radiaţiei solare scade sub pragul S2, dispozitivul de comandă R1 declanşează oprirea pompei circuitului primar.

Dispozitive de comandă diferenţiale. Senzor de radiaţie.

29

2.3.3 Încălzire auxiliară Trei tipuri de încălzire auxiliară sunt luate în considerare, în funcţie de natura cererii şi a configuraţiei clădirii: Instalaţiile cu încălzire auxiliară centralizată şi un sistem de distribuţie în circuit de

circulaţie, cu o lungime totală a tubulatură între circuit şi fiecare ieşire de cel mult 6 m. Instalaţiile cu producţie decentralizată şi distribuţie directă sau prin intermediul unui

circuit. Distribuţia este ori directă (distanţa de la rezervorul de stocare la ieşiri este mai mică de 8 m) sau prin intermediul circuitelor de distribuţie pentru un grup de ieşiri (lungimea totală a ţevăriei între circuit şi fiecare ieşire trebuie să fie mai mică de 6 m). Instalaţiile cu încălzire auxiliară individuală şi distribuţie directă, când ieşirile nu depăşesc

8 m de la rezervorul de stocare, pentru a evita pierderile termice şi risipirea apei reci. Dacă acest lucru nu este posibil, boilere auxiliare individuale sunt folosite pentru a menţine bucla de circulaţie la o temperatură fixă. În cazul instalaţiilor cu încălzire auxiliară centralizată, circuitul de redistribuţie a apei calde menajere trebuie conceput astfel încât boilerul auxiliar să compenseze pierderile termice. Când dispozitivele auxiliare sunt individuale, un dispozitiv de rezervă trebuie să menţină circuitul menajer la temperatura cerută.

Exemplu de instalaţie cu boiler auxiliar separat şi circuit de alimentare cu apă caldă menajeră

30

3. Procedura de proiectare 3.1 Studii preliminare Studiile preliminare se efectuează înainte de proiectarea sistemului de alimentare cu apă caldă menajeră. Acestea sunt orientate spre estimarea interesului potenţial al instalaţiei viitoare în legătură cu necesarul de apă caldă menajeră (cantitate şi regularitate pe parcursul anului), precum şi existenţa constrângerilor tehnice sau arhitecturale, prin: - Dimensionarea instalaţiei ţinând cont de diferitele constrângeri, - Estimatarea costurilor, - Estimatarea economiilor provizionale. 3.1.1 Estimarea necesarului de apă caldă menajeră Analiza necesarului este o parte indispensabilă a studiilor preliminare. Aceasta trebuie efectuată înainte de alegerea echipamentului de production. Atunci când necesarul este corect estimat, dimensionarea şi uneltele de calcul pot fi folosite pentr a estima randamentul teoretic. Contractul Guaranteed Solar Results (GRS), prin care companiile care au proiectat şi construit sistemul îşi asumă responsabilitatea proiectului, se bazează pe producţia teoretică de energie, care este calculată pe baza estimării necesarului preliminar de apă caldă menajeră. De aceea, este esenţial ca necesarul să fie cunoscut cu cea mai mare precizie. Cu toate acestea, datele de consum real sunt de multe ori necunoscute. În acest caz, statisticile cunoscute sunt utilizate pentru a estima consumul tipic al tipului de clădire în cauză sunt insuficiente şi măsurători reale pe şantier sunt recomandate înainte de începerea concepţiei proiectului, în special în cazul sistemelor mari implementate în sectoarele terţiare sau de sănătate, unde există variaţii importante ale necesarului. În cazul în care se cunoaşte, prin utilizarea unui debitmetru volumetric, de exemplu, cantitatea de apă caldă menajeră Vecs (m3/zi) furnizată la consumatori, se poate determina necesarul de energie zilnică Becs, în kWh/zi, utilizând următoarea ecuaţie:

Becs = 1,16 . Vecs . DT Unde ΔT reprezintă diferenţa medie de temperatură dintre apa caldă menajeră distrbuită consumatorilor şi sursa de apă rece. Atunci când datele despre consumul măsurat de apă caldă menajeră nu sunt disponibile, necesarul zilnic poate fi estimat pe baza cantităţilor de apă caldă necesare pentru nevoile convenţionale principale, luând în considerare faptul că nu toate consumurile se desfăşoară în acelaşi timp (coeficientul de simultaneitate). 3.1.2 Radiaţia solară locală Pentru o anumită locaţie, cantitatea de energie primită de un colector solar depinde expunerea locaţiei la energia solară, precum şi de schema instalaţiei. Date legate de radiaţia solară pot fi obţinute de la staţiile meteorologice locale de pe tot cuprinsul ţării sau din studiile de date climatice:

31

Atlasul European al Radiaţiilor Solare (Atlas européen du Rayonnement Solaire).

Volumul II: Suprafeţe înclinate (Surfaces inclinées). W.Palz, Commission des Communautés Européennes; Direction Générale Science, Recherche et Développement. Sau din bazele de date disponibile pe Internet: Satel-Light, baza de date Europeană pentru lumina de zi şi radiaţia solară

(http://www.satel-light.com), NASA. Meteorologia suprafeţelor şi baza de date pentru energia solară

(http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/), Radiaţia solară şi date de echilibru al radiaţiei -The World Network-

(http://wrdcmgo.nrel.gov/html/get_data-ap.html). Instrucţiuni de utilizare a datelor despre radţia solară - PVGIS -

(http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps/radday.php?lang=fr&map=europe).

32

3.1.3 Studiul pentru schema de principiu a colectorului solar 3.1.3.1 Adaptarea la condiţiile climatice În practică, colectoarele solare trebuie instalate astfel încât perioadele de timp în care seria de colectoare solare este umbrită de obstacolele învecinate să fie t mai scurtă posibil. Această condiţie este considerată a fi îndeplinită dacă, pe timpul unei zile însorite, întreaga arie a suprafeţei colectorului solar este direct expusă la radiţia solară pentru cel puţin 4 ore pe timpul lunii decembrie şi pentru cel puţin 8 ore pe timpul lunii iunie. Pe teritoriul Franţei metropolitane, panta normală a panourilor solare, utilizate pe tot timpul anului, este în general între 30 şi 45 de grade faţă de orizontală. Totuşi, pe acoperişurile înclinate, colectoarele solare sunt în general instalate paralel cu acoperişul, atât din motive estetice cât şi din motive de rezistenţă la încărcările climatice (vânt şi zăpadă). 3.1.3.2 Influenţa zonelor umbrite şi a obstacolelor Influenţa zonelor umbrite cauzate de obstacolele înconjurătoare poatefi estimată printr-o metodă simplă prin măsurarea unghiurilor umbrelor proiectate pe o diagramă solară sau utilizănd o metodă de calcul pentru stabilirea radiaţiei solare ce va fi disponibile pe timpul unei zile însorite de-a lungul anului, de exemplu: Diagramele solare de la CSTB, Diagramele polare de la Grupul ABC, Şcoala de Arhitectură din Marsilia.

Diagrama solară prezentată mai sus a fost stabilită pentru un punct de observare situat pe linia de 0° latitudine nordică. Aceasta reprezintă mişcarea aparentă a soarelui pe cer în diverse momente ale anului. Cercurile concentrice reprezintă înălţimea soarelui deasupra orizontului.

33

Diagrama solară pentru un punct de observaţie situat la latitudinea de 45° Nord sau 45° Sud Câteva exemple de diagrame solare (latitudine 44°):

A. Iunie B. Mai – iulie C. Aprilie – august D. Martie – septembrie E. Februarie –

octombrie F. Ianuarie –

noiembrie G. Decembrie

34

Factorul solar f ia în considerare umbrele proiectate asupra colectoarelor solare. Atunci când nu există o zonă de umbră semnificativă asupra colectoarelor solare, factorul solar este egal cu 1. - Studiu de caz 1: Zona de umbră este cauzată în principal de obstacole îndepărtate. Valoarea anuală a factorului solar f este ăn relaţie cu media înălţimilor obstacolelor aflate în faţa colectoarelor solare, deasupra orizontului. Urmatorul grafic a fost stabilit pentru cazul în care obstacolele din faţa colectoarelor solare au o înălţime constantă deasupra orizontului. Acest grafic poate fi aplicat condiţiilor reale în cazul în care variaţiile de înălţime nu sunt semnificative.

35

Coef

icie

ntu

l de

înso

rire

Înălţimea obstacolelor

- Studiu de caz 2: Zona de umbră este cauzată în principal de un obstacol drept, apropiat sau depărtat (pentru care marginea superioară este aproximativ paralelă cu marginea superioară a colectoarelor solare şi suficient de lung pentru ca efectul de învecinare să fie neglijat). De exemplu: instalaţiile colective cu rânduri de colectoare solare care proiecteză umbră unele asupra altora sau în cazul clădirilor care umbresc colectoarele. În acest caz factorul solar esta dat în tabelul de mai jos, în funcţie de cele două unghiuri a şi b exprimate în grade (obstacolele sunt infinit de lungi, iar colectoarele solare sunt orientate spre Sud).

Unghiurile a şi b pot fi determinate în funcţie de lungimile prezentate în figura de mai jos:

36

Atunci când obstacolul este reprezentat de o serie de colectoare solare aflate la aceeaşi înălţime şi având aceeaşi înclinare faţă de orizontală ca şi colectoarele aflate în discuţie, calculul unghiurilor a şi b este simplificat:

Dinstanţa minimă l dintre două rânduri de colectoare poate fi obţinută din următoarea ecuaţie:

l/h = [(l / tg α) – (l / tgi)] /2 Atunci când avem de-a face cu mai multe rânduri de colectoare solare, coeficientul f poate fi diferit penru fiecare rând. O medie a acestor valori, ponderată ân funcţie de aria suprafeţei fiecărui rând, poate fi aplicată. 3.1.3.3 Integrarea arhitecturală Armonia arhitecturală reprezintă un punct important în integrarea cu succes a componentelor instalaţiei ce utilizează energia solară într-o clădire. Chiar dacă până acum cea mnai frecventă soluţie a fost instalarea de colectoare solare pe structuri de suport independente, pe acoperişurile tip şarpantă sau pe terasele din toată Europa, constructorii de panouri solare, arhitecţii şi clienţii lor lucrează la integrarea colectoarelor solare în mediul înconjurător. Soluţii eficiente pentru integrarea coctoarelor solare în acoperişuri sunt bine cunoscute, în special în Europa de Nord, dar acestea nu furnizează un răspuns pentru orice situaţie. Colectoarele solare montate în pereţi sunt adaptate numai pentru încălzire.

Colectoare solare cu suporţi independenţi montate pe un acoperiş tip terasă

37

Colectoare solare integrate în acoperiş (sursa: AIE)

Trebuie reamintit că colectoarele solarele de energie termică sunt supuse procedurilor din Nota Tehnică ce specifică condiţiile în care acestea pot fi utilizate, precum şi faptul că instalarea echipamentului de captare a energiei solare necesită obţinerea unui permis de construcţie. Clientul trebuie să facă o cerere către oficiul de planificare urbană locală sau autorităţile competente. Regulile generale pentru sistemele ce utilizează nergia termică solară sunt definite de standardele Europeene EN-12975, EN-12976 şi EN-12977.

Exemplu de instalare a colectoarelor solare pe un acoperiş tip terasă

38

Exemplu de instalare a colectoarelor solare pe un acoperiş tip şarpantă

3.1.3.4 Obstacole şi accesibilitate La instalarea colectoarelor solare pe acoperişuri existente, diferitele scheme de principiu prezentate mai jos sunt luate în calcul, în special în ceea ce priveşte poziţia structurii acoperişului, a materialului din care este construit acoperişul, a izolaţiei termice şi a hidroizolaţiei, precum şi în funcţie de drenajul apelor pluviale. În orice caz, stabilitatea seriei de colectoare solare trebuie studiată în raport cu propria greutate şi cu încărcările climatice, cu respectarea reglementărilor în vigoare: Reglementări ce definesc efectele zăpezii şi ale vântului asupra structurii clădirilor Reglementări pentru calculul şi construcţia structurilor metalice Reglementări pentru calculul şi proiectarea structurilor pentru acoperişurile din lemn

39

Diagrame ce arată conexiunea ditre elementele structurale de pe un acoperiş sau ancorarea suporţilor (Sursa: CSTB)

40

Exemple de penetrare a tubulaturii (Sursa: CSTB)

41

3.1.4 Conexiunile colectoare Colectoarele solare sunt incluse în procedurile din Nota tehnică privind echipamentele de încălzire şi de răcire non tradiţionale. Un sistem solar este compus din colectoare de acelaşi tip şi model. Dacă nu este cazul sau dacă colectoarele sunt înlocuite, panourile absorbante trebuie să fie construite din aceleaşi materiale pentru a evita contactele între părţi mecanice, acestea putând fi o sursă de coroziune în colectoare. Colectoarele trebuie fixate pe suporţi: Astfel încât aspectul plat al colectoarelor este respectat; ansamblul ne trebuie să

înfăşoare niciodată colectoarele, Astfel încât orificiul pentru drenarea lichidelor condensate se află în punctul cel mai scăzut

al colectorului, Care pot rezista la sarcini climatice extreme (vânt şi zăpadă).

Toate colectoarele trebuie să aibă caracteristici fizice simalre, mai ales în ceea ce priveşte pierderile de presiune de circulaţie. Acesta este un factor important deoarece reprezintă cauza problemelor de echilibru hidraulic din seria de colectoare. În orice caz, recomandările constructorului incluse în Nota tehnică trebuie mereu respectate, în special privind conexiunea colectoarelor şi problemele cauzate de expansiune. Una dintre cauzele frecvente ale diferenţelor dintre randamentul termic măsurat şi cel estimat al unui sistem solar este lipsa echilibrului din seria de colectoare. Tehnica cea mai cunoscută pentru a asigura faptul că debitele sunt bine echilibrate este de a regla valvele montate pe instalaţie. Această metodă empirică permite obţinerea de rezultate nesigure şi nu poate corecta erorile de concepţie ale conexiunii hidraulice dintre colectoare. Câteva scheme de conexiune hidraulică fac posibilă evitarea majorităţii erorilor de conepţie frecvente. Acestea au fost stabilite cu ajutorul software-ului de calcul şi a testelor de şantier, având drept scop estimarea randamentului real al sistemului solar şi al circuitelor hidraulice. (A. Lebru. „Hydraulic behaviour and real thermal solar system performance estimation” Comportement hydraulique et évaluation des performances thermiques réelles des champs de capteurs. Document CSTB- Ref.MPE/411 – Mai 1985). Aceste recomandări nu sunt exhaustive. Ele sunt utile în cazul anumitor scheme de conexiune, asigurând cea mai bună garanţie a unei bune baze de lucru pentru debitele fluidelor celor mai frecvent folosite (de la 40 la 70 l/h.m2). Ca regulă generală, circuitul Tickelman poate fi folosit pentru legăturile dintre colecotare şi conductele principale de legătură ale circuitului primar. Cu toate acestea, diametrul colectorului poate fi adaptat numărului de colectoare şi pierderilor de presiune. Pentru a asigura o anumită similaritate între debitele din diferite colecotare, raportul următor:

Pierderi de presiune în colectoare / Pierderi de presiune în colectoare trebuie să fie cât mai mic posibil, ceea ce înseamnă că raportul:

Diametru intern colector / Diametru intern al circuitului hidraulic în colectoare va fi pe cât de mic posibil (raportul între 1,6 şi 3,3). Alte tipuri de configuraţie pot fi considerate: Conexiuni în paralel,

42

Conexiuni în paralel-serie. În orice caz trebuie evitată conectarea a mai mult de 5 sau 6 colectoare în aceeaşi serie.

43

3.1.5 Tubulatura Alegerea tubulaturii şi a componentelor în circuitele hidraulice trebuie să fie în conformitate cu codurile şi practicile referitoare la tubulatură (norma NFP 41-201 şi DTU din seria 60) şi cu reglementările sanitare în vigoare. În special: Conductele din oţel galvanizat nu trebuie să fie folosite la temperaturi mai mari de 60 °C.

În plus, acestea nu trebuie instalate într-un circuit după tubulatura din cupru, alamă sau bronz, În practică, şi dacă nu se indică altfel în specificaţiile ataşate în anexa la nota tehnică, următoarele materiale sunt considerate potrivite: Conductele din cupru conforme cu norma NF A 51-120, având o grosime mai mare sau

egală cu 0,8 mm, Conductele din oţel conforme normelor NF A 49-115, NF A 49-11, NF A 49-112, NF A 49-

160, NF A 49-141, NF A 49-142, NF A 49-145, NF A 49-150, NF A 49-120, NF A 49-250, Materialele non metalice conforme cu nota tehnică indicând compatibilitatea materialului şi fluidul pentru transferul de căldură (rezistenţa la căldură, presiune şi compatibilitatea chimică …).

Tipul circuitului absorbant Dimensionarea circuitului primar conduce la calcularea diametrelor cu referire la alţi factori care influenţează debitul fluidului: - Debitul,

44

- Volumul şi viscozitatea. Conductele circuitului primar trebuie să aibă un diametru suficient de mare pentru a putea asigura debitul recomandat al fluidului pentru transferul de căldură, în general între 40 şi 70 l/h pe m² din aria colectorulu, cu o viteză a debitului egală sau mai mică de 1m/s. Mai multe diametre sunt posibile. Cu toate acestea, trebuie notat că: Dacă diametrul conductei este redus, creşterea pierderilor de presiune, care duce la

creşterea necesarului de putere (pentru pompe), Dacă diametrul este mărit, presiunea şi puterea necesare sunt reduse, dar creşterea

pierderilor de căldură şi costurile instalaţiei sunt mai mari. Factorii economici trebuie luaţi în considerare atunci când se alege diametrul: Constul instalaţiei (materiale, timpul de lucru), Costurile izolaţiilor (materialele de izolaţie, timpul de lucru), Costurile de service (consumul de energie electrică, întreţinere, reparaţii …), Pay back time and the influence on the investment and the profitability of the project.

Astfel, orice proiect reprezintă un caz special care trebuie luat în considerare separat. Trebuie notat că: Diametrul economic nu depinde de lungimea circuitului sau de creşterea nivelului fluidului

pnetru tranferul de căldură, Preţul unitar al energiei şi materialelor folosite afectează profitabilitatea calculelor în mod

similar, în ciuda variaţiilor economice, Diferiţii factor care contribuie la selectarea diametrului celui mai economic prezintă o

relaţie de rădăcină pătrată faţă de calcule, astfel încât variaţiile din rezultatul final sunt mai reduse decât variaţiile diferiţilor factori. 3.1.6 Volumul de stocare şi rezerva În etapa preliminară de studiu (studiul de fezabilitate sau pre-diagnostic) posibilitatea trecerii circuitului hidraulic din seria de colectoare în rezervoarele de stocare trebuie luată în considerare (prezenţa spaţiilor tehnice rezervate, structura clădirii presence of technical shafts or reserved spaces, building structure…), cu referire la diametrul conductelor, nevoia de acces pentru scopuri de întreţinere şi posibilele zgomote cauzate de debitul fluidului. O bună configuraţie constă în plasarea rezervorului sau a rezervoarelor în apropierea seriei de colectoare şi a sursei de alimentare auxiliaire, astfel încât lungimea conductelor să fie pe cât de scurtă posibil şi pierderile tehnice reduse. Atunci când această dublă condiţie nu poate fi îndeplinită, rezervorul de stocare a energiei solare trebuie plasat aproape de sursa de alimentare auxiliară. Volumul total de apă stocat la 60 °C în rezervorul de stocare trebuie să fie cel puţin la nivel cerut, la temperatura respectivă, pe timpul unei zile neînsorite. Cu toate acestea, volumul de stocare trebuie mărit în raport cu aceste cerinţe, dacă: Perioadele în care apa caldă este folosită sunt separate de perioadele în care sursa

auxiliairă este în funcţionare (folosire tardivă, absenţa temporizatoarelor…), Distribuţia se face fără circuitul de recirculare acolo unde există o cerere frecventă şi unde

ieşirile sunt numeroase şi situate la distanţă.

45

Volumul unităţii rezervoarelor auxiliare trebuie ales, atunci când este posibil, din gama de echipamente disponibile pe piaţă, cu dimensiuni egale sau mai mici de 5000 litri, ţinând cont de spaţiul disponibil. Astfel, numărul de rezervoare necesar va fi ales pentru a face instalaţia, întreţinerea şi înlocuirea cât mai simple posibil. Dacă nu se specifică contrariul, numărul maxim de rezervoare trebuie să fie 2 sau 3. Dacă volumele sunt diferite, relaţia lor nu trebuie să fie mai mare de 1 sau 2.

Exemplu de instalaţie cu circuit auxiliar şi de recirculaţie DHW separate Folosirea unui circuit de distribuţie creşte pierderile de stocare cu aproximativ 30 - 50% şi reduce fracţia solară cu aproximativ 10%. În anumite cazuri, pierderile din circuitul de circulaţie pot fi compensate de o rezistenţă electrică pentru înălzire imersată sau cu ajutorul unui reîncălzitor montat la capătul circuitului. Acesta este cazul unui sistem de rezervă centralizat, atunci când boilerul auxiliar este alimentat în afara orelor de vârf. În toate cazurile şi pentru a satisface cerinţele reglementărilor sanitare, circuitul de circulaţie a apei calde menajere trebuie conceput astfel încât apa să fie reîncâlzită de echipamentul auxiliar. Rezervoarele de stocare şi schimbătoarele de căldură trebuie izolate termic. Atunci când lucrarea de izolaţie est efectuată la faţa locului, caracteristicile izolaţiei termice trebuie să fie astfel încât pierderile termice ale rezervorului să fie mai mici de 2 W/m3.K. Izolaţia trebuie instalată în aşa fel încât echipamentul să poată fi deplasat şi demontat pentru întreţinere. Dacă se planifică demontarea izolaţiei, reinstalarea sa treuie să fie posibilă fără a trebui să se folosească materiale sau un strat de finisaj suplimentar. Revervoarele de stocare Cu excepţia anumitor cazuri speciale (aria colectorului < 20 la 30 m2), rezervoarele de stocare sunt nişte simple „rezervoare tampon DHW” fără schimbătoare de căldură interne. Schimbătoarele de căldură tip lamelar sunt recomandate pentru transferul energiei din colectoare în rezervoarele de stocare, din motive economice şi de randament. În anumite aplicaţii sau atunci când rezervoarele de stocare sunt folosite pentru temperaturi scăzute, rezervoarele cu schimbătoare de căldură interne sunt folosite pentru a se evita riscul de îngheţ în conducte şi în schimbătorul de căldură. În aceste cazuri, conductele de apă caldă şi rece trebuie bine izolate.

46

Trebuie acordată o atenţie specială rezistenţei de temperatură a rezervoarelor de stocare pentru apă caldă menajeră. Anumite produs sunt garantate doar dacă temperatura este egală sau mică de 60 °C. Rezervoarele de energie solară rezistă la o temperatură minimă de 80 °C. Pe langă consideraţiile privind calitatea materialelor în contact cu sursa de apă menajeră (în special straturile metalizate), nu există specificaţii despre folosirea energiei solare. Pentru a îmbunătăţi stratificarea temperaturii în stocarea energiei solare, rezervorul trebuie conceput pentru optimizarea randamentului energiei în instalaţie.

Rezervorul de apă caldă încălzită cu energie solară: Plasarea diverselor deschideri (Sursa

Clipsol). Nerespectarea acestei geometrii poate duce la scăderea randamentului cu până la 10%. În anumite cazuri, din cauza lipsei de spaţiu în incintele tehnice, instalarea mai multor rezervoare de stocare este obligatorie pentru a se obţine volumul necesar. În acest caz, rezervoarele trebuie montate în serie şi alimentate cu apă rece (sau încălzită) în direcţia dată, opusă debitului din schimbătorul de căldură.

47

Diagrama de principiu: stocarea apei calde cu două rezervoare (Sursa Tecsol)

48

3.2 Studiu detaliat 3.2.1 Dimensionarea şi instalaţia solară 3.2.1.1 Principiile de dimensionare Nu este rezonabil să se prevadă că soarele va furniza 100% din energia termică pentru încălzirea apei calde menajere în ţările din Europa de Est. Astfel, un sistem care utilizează energia solară trebuie conectat la o altă sursa de energie auxiliară de rezervă: gaz, electricitate… Dimensionarea sursei de rezervă are drept scop asigurarea: Furnizării permanente de apa caldă. Această problemă necesită cunoştinţe privind

cererea, Cea mai bună partiţie posibilă între sursa de alimentare solară şi sursa de alimentare

auxiliară. Aceasta este o problemă complicată care necesită folosirea unui software de calcul specific pentru a furniza o cantita maximă de energie solară la un preţ competitiv. Într-adevăr, costul kWh furnizat depinde în principal de doi parametri: Costul ariei colectorului pe m², Productivitatea sistemului (producţia anuală a ariei colectorului pe m²).

Costul sistemului poate fi estimat prin folosirea unei formule simple. Aceasta se bazează pe aria colectorului, în mod virtual liniar. Totuşi productivitatea colectoarelor nu poate fi definită într-un mod simplu. Aceasta scade atunci când aria colectorului creşte: ultimul metru pătrat al ariei colectorului produce mai puţin decât primul. În consecinţă, toate creşterile ariei suprafeţei depăşind o dimensiune optimă a sistemului duc la o creştere a costului kWh produs. Dacă unul sau altul dintre componentele sistemului au dimensiunea nepotrivită (stocare, schimbător de căldură, tubulatură, dispozitive de comendă) productivitatea va fi afectată. Metoda de dimensionare explicată mai jos se bazează pe o metodă de calcul a sistemului simplă şi fiabilă pentru producţia apei calde; aceasta ia în considerare diferitele fenomene descrise mai sus. Metoda de dimensionare a sistemului - colectarea datelor necesare - definiţia principiilor de funcţioare - pre-dimensionarea componentelor principale - optimizarea dimensiunii echipamentului care foloseşte energia solară, prin utilizarea rezultatelor estimate a diferitelor variante - finalizarea dimensiunlor tuturor componentelor 3.2.1.2 Exemple Acest exemplu se vrea ilustrarea influenţei dimensionării ariei colectorului şi a celorlalte componente prin studiul rezultatelor obţinute de la sistemele cu energie solară de diferite dimensiuni, situate în Perpignan şi al căror rol este alimentarea următoarei cantităţi constante de apă caldă: 2000 litri/zi la 45 °C. Toate calculele au fost efectuate cu ajutorul metodei SOLO.

49

Mai întâi, un sistem de referinţă este definit. Acesta va furniza 80% din necesar, 20% fiind furnizat de boilerul de rezervă auxiliar. Acest sistem este compus din 40 m2

de colectoare şi un rezervor de stocare de 2000 litri. El produce 20,2 MWh/an pentru un necesar total de 25 MWh/an. Productivitatea medie a colectoarelor este relativ redusă: 504 kWh/m2

datorită porţiunii de energie solară ridicată. Astfel, aceste figuri de referinţă privind aria colectorului şi volumul de stocare sunt modificate. Aceasta face posibilă întocmirea celor două grafice de mai jos.

Variaţiile productivităţii în funcţie de dimensiunea componentelor principale

50

Proctivitatea colectorului scade atunci când aria creşte şi productivitatea marginală (aceea a ultimului colector) devine curând foarte redusă: Primii m2

furnizează aproximativ 850 kWh/an; următorii 20 m2 furnizează 500 kWh/an,

Următorii 40 m2 furnizează aproximativ 150 kWh/an; următorii 80 m2

furnizează mai puţin de 50 kWh/an, Peste 100 m2, productivitatea colectoarelor este practic zero.

Variaţiile de dimensiuni ale rezervorului de stocare influenţează în mică măsură un volum de peste 2.000 litri. Totuşi, dacă volumu de stocare este prea mic, productivitatea scade: Un volum de 2.000 litri permite o productivitate de aproximativ 500 kWh/an, Un volum de 1.000 litri permite o productivitate de aproximativ 475 kWh/an (-5%), Un volum de 500 litri permite o productivitate de aproximativ 400 kWh/an (-25%),

Cifrele vor fi în mod evident diferite în alte situaţii, dar tendinţele vor fi aceleaşi. 3.2.2 Estimarea randamentului sistemului cu energie solară 3.2.2.1 Estimarea energiei furnizate instantaneu de colectorul de energie solară Ecuaţia fundamentală Energia furnizată instantaneu de un colector de energie solară poate fi definită ca o simplă ecuaţie în care colectorul este caracterizat de aria propriei sale suprafeţe şi de doi coeficienţi. Această ecuaţie poate fi definită sub diferite forme conform temperaturii de referinţă a fluidului. În Franţa, este folosită temperatura medie a fluidului din colectoare. Pentru standardele internaţionale, se preferă temperatura de admisie a fluidului în colector. Astfel, ecuaţia poate fi scrisă în două feluri diferite:

Pu = S (B I - K (Tfm-Te)) sau: Pu = S (Fτα I - FrUl(Tfe-Te)) Unde:

Pu : puterea utilă (W/m²) I : radiaţia disponibilă pe suprafaţa colectorului (W/m²) Te : temperatura ambiantă (°C) Tfe : temperatura de admisie a fluidului în colector (°C) Tfm : temperatura medie a fluidului în colectoare (°C) S : aria suprafeţei colectorului (m²) B, Fτα : coeficientul termic de adaos al colectorului (-) K, FrUl : coeficientul de pierderi ale colectorului (W/m²/°C)

Definiţie şi coeficienţi Pentru respectarea preciziei, coeficienţii dependenţi de condiţiile date sunt disponibili. În practică, un anumit colector poate fi caracterizat printr-un cuplu unic (B, K) ou (Fτα, FrUl) stabilit prin măsurători ale condiţiilor standard. Randamentul unui sistem cu energie solară care foloseşte acest tip de colector poate fi estimat plecând de la cifrele standard menţionate, de exemplu, în notele tehnice pentru colectoarele vândute în Franţa.

51

Valoarea coeficientului B pentru colectoarele tip lamelar se situează în general între 0,7 şi 0,8 şi între 0,5 şi 0,8 pentru colectoarele tubulare cu vacuum (incidenţa normală). Valoarea coeficientului K pentru colectoarele tip lamelar este în general între 4 şi 10 W/m2/°C şi între 1,5 şi 3 W/m2/°C pentru colectoarele tubulare cu vacuum. Valoarea coeficienţilor Fτα şi FrUl sunt cu puţin mai mici decât acelea pentru B şi K. Se poate calcula cu uşurinţă valoarea unuia sau a altuia. Aici s-au folosit B şi K, deoarece aceştia sunt singurii coeficienţi recunoscuţi în Franţa. În acelaşi timp se aşteaptă aplicarea normelor Europene. Aria suprafeţei colectorului Există mai multe modalităţi de a defini aria suprafeţei unui colector. Termenii cei mai întrebuinţaţi sunt „aria suprafeţei totale” şi „aria suprafeţei utile”: Aria totală (Sht) reprezintă aria carcasei colectorului, Aria utilă este mai mică, este aria de admisie a radiaţiei solare (a panourilor de sticlă) Se.

Aria suprafeţei totale face posibilă estimarea cerinţelor spaţiale, în timp ce aria suprafeţei utile este mai importantă din punctul de vedere al randamentului termic. Diferenţa dintre aceste două cifre este relativ mică pentru colectorii tip lamelar (de la 5% la 10%) şi mai mare pentru colectorii tubulari cu vacuum (de la 10% la 20%). The specifications given by the manufacturers refer to either one or the other or both. Nota tehnică de la CSTB furnizează atât date pentru aria de admisie cât şi pentru cea totală. În practică, se poate folosi oricare dintre ele dacă toate specificaţiile se referă la o arie a suprafeţei definită în acelaşi fel. În caz contrar, există riscul ca erori semnificative să apară la calculul randamentului tehnic şi financiar. În particular: În calculul randamentului, specificaţiile colectorului (coeficienţii B şi K) folosiţi au fost

stabiliţi pentru o arie a suprafeţei de referinţă dată În calculele economice costurile unitare (pe m2) sunt definite în raport cu aceeaşi arie a

suprafeţei de referinţă dată. De exemplu: dacă luăm în considerare un colector X supus unei radiaţii solare de 800 W la o temperatură exterioară de 20 °C. Se estimează că temperatura medie a fluidului în colector este 60 °C. Ieşirea de energie utilă poate fi calculată prin 4 metode, conform ariei de referinţă folosite (totale sau utile) pentru S într-unul dintre cazuri; B şi K în celălalt caz:

Influenţa caracteristicilor insuficient definite ale colectorului

Primele două metode de calcul sunt corecte, ele producând aproape acelaşi rezultat: 880 W ±1%, ceea ce este normal ţinând cont de precizia cifrelor pentru B, K şi S. Ultimele două metode sunt incorecte, deoarece rezultate care sunt cu 4% mai mici sau mai mari de 880 W. Astfel, se sub sau supraestimează producţia cu 4%, după caz şi aceasta nu mai este neglijabilă. (Indiferent de aria suprafaţei de referinţă aleasă (Sht sau Se) valorile Sht.B şi Sh.K sunt constante pentru valorile colectorului. Aceasta duce la asocierea valorilor B şi K cu aria

52

suprafeţei totale şi a valorilor B’ şi K’ ariei suprafeţei utile, cu relaţia Sht.B = Se.B’ şi Sht.K = Se.K’) 3.2.2.2 Interacţiunea între consum, producţie şi stocare Graficul următor ilustrează nişte fenomene fundamentale: producerea energiei solare este limitată de cerere.

Aceşti doi parametri variază în timp independent unul de altul. Datorită inerţiei termice, această discordanţă are mică importanţă pe o perioadă de câteva minute, dar contrariul este adevărat pentru perioade mai lungi de ore, zile sau luni. Folosirea unui rezervor de stocare de dimensiuni adecvate face posibilă creşterea plajei prin aducerea variaţiilor la un interval zilnic. Discordanţa dintre radiaţia solară zilnică şi profilul consumului de apă caldă menajeră are un impact nesemnificativ. totuşi producţia zilnică este limitată la cererea zilnică. De fapt este imposibilă compensarea discodanţelor pe perioade îndelungate, în special atunci când acestea sunt legate de variaţiile sezoniere în radiaţia solară. 3.2.2.3 Interacţiunea dintre definiţia sistemului şi starea producţiei. Folosirea unui rezervor de stocare duce la evitarea producţiei suplimentare temporare dar nu elimină efectul semnificativ al variaţiilor adaosului de energie solară în raport cu consumul. Se poate vedea din ecuaţia fundamentală arătată mai sus că termenii S.K.(Tfm-Te) sau FrUl (Tfe-Te) caracterizează pierderile de căldură din colector. Acestea sunt proporţionale cu diferenţa de temperatură dintre fluidul din interiorul colectorului şi temperatura aerului ambiant. Astfel, randamentul colectorului depinde într-o mare măsură de temperatura fluidului colectorului.

53

De exemplu, dacă se iau în considerare un colector cu o arie a suprafeţei de 1 m2 şi

următoarele specificaţii (B = 0,8; K = 5 W/m2/°C) supuse unei radiaţii solare „I” de 1 000W/m2 cât şi o temperatură exterioară de 25 °C. Ieşirea de putere instantanee furnizată de colector, în raport cu o valoare dată a Tfm, este: Tfm = 25 °C (Tfe = 17 °C) Pu1 = 0,8 × 1000 - 5 × (25 - 25) = 800 W Tfm = 45 °C (Tfe = 38 °C) Pu2 = 0,8 × 1000 - 5 × (45 - 25) = 700 W Tfm = 65 °C (Tfe = 49 °C) Pu3 = 0,8 × 1000 - 5 × (65 - 25) = 600 W (= Pu1 - 25%)

Cu toate aceste, temperatura de admisie Tfe nu este cunoscută atunci când este folosit un rezervor de storcare a apei calde. Dacă temperatura de stocare „TS” este uniformă fără schimbătorul de căldură, atunci: Tfe = TS - ε. (ε reprezintă răcirea fluidului dintre rezervorul de stocare şi colector). Chiar şi într-un caz simplu, Tfe variază constant, o dată cu variaţia TS în raport cu adaosul de energie solară şi cu consumul de apă caldă menajeră. Stratificarea finală a temperaturii în rezervorul de stocare, folosirea unui schimbător de căldură şi a dispozitivelor de comandă pentru pompe cât şi influenţa valorii Tfe şi astfel, ieşirea de putere Pu la un moment dat t depinde de: Specificaţiile colectorului, Alţi parametri ai sistemului: schema de principiu, schimbătorul de căldură, stocarea,

dispozitivele de comandă, Profilul de adaos de energie solară, Profilul de consum de apă caldă menajeră.

3.2.2.4 Influenţa asupra definiţiei şi estimării sistemului. Producţia utilă a sistemului de alimentare cu apă caldă obţinută cu ajutorul energiei solare depinde de diferiţi parametri într-un mod complicat: datele meteorologice, cererea, schema şi dimensiunile sistemului. Astfel, producţia zilnică, lunară şi anuală nu poate fi definită printr-o formulă simplă. Dimensionarea are ca scop în general obţinerea unui compromis acceptabil între două obiective contradictorii: Un factor al energiei solare ridicat „Cs”, Un randament ridicat,

Prin creşterea valorii „Cs” se încurajează principalele surse de pierdere de căldură: Producţia suplimentară temporară, Vârfurile de temperatură din colectoare.

54

Dimensionarea corectă depinde de trei aspecte: - Utilizarea unui instrument de calcul cu performanţe corespunzătoare, - Definirea clară a necesarului, a criteriilor şi a restricţiilor de dimensionare, - Abordarea metodică şi ordonată a dimensionării componentelor.

Care sunt necesităţile? ● Nivelul de temperatură ● Cantităţi zilnice ● Profilul anual. Profilul obişnuit

Care este clima? Care sunt restricţiile? Care sunt planurile de dispunere? ● Care sunt principiile? ● Cu sau fără schimbătoare de căldură ● Tip de comenzi ● Tip de rezervă/suport

Care este mărimea? ● Tip de rezervă/suport ● Factor solar dorit ● Buget ● Metoda de calcul (SOLO, TRNSYS...) ● date meteorologice şi climaterice ● Variante de dimensionare ● Cost estimativ

Care sunt materialele? ● Tip de climă (însorită, umedă, cu vânt, îngheţ...) ● Calitatea apei

Specificaţii Monitorizare şi comenzi Rezultate garantate prin folosirea energiei solare

3.2.3 Instrumente de calcul pentru performanţa sistemului solar de apă caldă menajeră 3.2.3.1 Familii de instrumente Toate instrumentele de calcul a performanţei sistemului solar utilizează aceeaşi ecuaţie fundamentală care defineşte producţia momentană a unui captator. Celelalte componente ale sistemului (modelul spaţial) şi evoluţia în timp a sistemului (modelul temporal) se iau în consideraţie în vederea deducerii performaţei sistemului. Sunt două familii diferite de instrumente: Instrumentele detaliate care calculează Tfm, şi adesea statutul sistemului oră de oră şi zi

de zi şi apoi deducerea rezultatelor pe o perioadă de timp dată. (exemplu: TRNSYS). Instrumentele detaliate asigură o înţelegere precisă a funcţionării sistemului. Ele au la bază modele fizice de precizie: se poate vedea temperatura la ieşirea captatorului din data de 13 iulie la ora 13:30. Timpul de calcul poate varia de la 1 minut la 1 oră. Simularea pentru un an întreg implică mii de calcule.

55

Instrumentele simple utilizează ecuaţii semi-empirice care ţin cont de datele folosite la definirea producţiei zilnice de energie (exemplu: SOLO). Instrumentele simple asigură doar cifrele zilnice ale energiei pe baza unei medii lunare. Ele au la bază modele fizice simple, ajustate şi validate din modelele detaliate şi din experineţă. Simularea pentru un an întreg implică doar 12 calcule pentru ziua medie a fiecărei luni. În trecut, instrumentele detaliate erau penalizate de durata lungă de calcul. În prezent nu mai este cazul, deoarece simularea pentru un an întreg necesită doar câteva secunde cu ajutorul unui computer pesonal de construcţie recentă. S-ar putea crede ca instrumentele detaliate elimină instrumentele simple care, teoretic, sunt mai puţin precise. Dar nu este cazul, doarece creşterea preciziei nu este cu adevărat semnificativă pentru dimensionare iar utilizarea este mai dificilă din cauza cantităţii şi preciziei datelor necesare. De exemplu, instrumentele de calcul detaliat necesită date meteorologice detaliate, cel puţin în cazul unui anumit an, oră de oră, ceea ce înseamnă 8760 valori pentru fiecare parametru. În cazul unui instrument de calcul simplu, se folosesc mediile lunare ale datelor zilnice, ceea ce înseamnă 12 valori pentru fiecare parametru. Datele detaliate sunt rare şi e greu de apreciat pertinenţa acestora. Deci, cum se poate măsura creşterea preciziei sau pertinenţa datelor? Utilizarea rezultatelor detaliate (regimurile successive ale sistemului) este foarte utilă pentru controlul planurilor specifice de dispunere sau pentru analiza comportamentului unui system de control, dar este o sarcină de durată şi exagerată, în cazul măsurării unui system convenţional cu energie solară. Instrumentele simple sunt deci mai adaptate lpentru dimensionare. Deşi instrumentele de calcul detaliat sunt mai complexe şi mai scumpe, ele nu oferă vreun avantaj decât în cazuri speciale. Acestea nu sunt studiate în acest manual. 3.2.3.2 Instrument de calcul simplu: SOLO Instrumentele simple bine-cunoscute în Franţa sunt f-Chart (Diagrama-f) şi SOLO. Acestea sunt disponibile în soft-uri de computer destul de accesibile. Aceste instrumente calculează balanţa de energie zilnică a unui sistem de energie solară în termini de medie lunară. Originile americane ale f-Chart complică utilizarea sa în Franţa deoarece softul de computer asociat nu cuprinde datele meteorologice franţuzeşti şi foloseşte (Frτα, Fr Ul) în loc de (B,K). În plus, rezultatele par în mod systematic pesimiste în regiunile franceze din afara zonelor celor mai însorite. SOLO este o metodă de calcul dezvoltată de CSTB. Diversele forme de software au la bază metoda (micro-computer software sau serviciile internet). Toate aceste instrumente utilizează practic aceeaşi metodologie. Ele includ toate datele meteorologice importante (peste 60 de staţii în Franţa) şi o listă de componente (cu datele caracteristice ale captatoarelor solare folosite uzual în Franţa). Captura datelor pentru diferitele instrumente SOLO necesită doar câteva minute. Calculele sunt practic instantanee şi în decurs de o jumătate de oră se pot testa mai multe variante. Acest software se poate descărca de la următoarea adresă (în limba franceză): http://software.cstb.fr/soft/present.asp?langue=us&m=lpr&context=Solo2000&imprimer=&cd=n sau se poate folosi direct online (franceză sau engleză):

56

http://www.tecsol.fr/st_uk/default-uk.htm apoi selecţia: „Hot water calculations” (Calcule pentru apă caldă) şi „sizing SOLO” (Măsurătoare SOLO) SOLO calculează producţia de energie solară folosind ecuaţii semi-empirice stabilite prin testarea studiilor de caz cu o metodă detaliată. Abordarea este următoarea. Datele necesare sunt specificate mai jos. a) Necesarul de energie zilnică se calculează ca medie lunară: Media lunară a consumului zilnic şi temperature apei reci, Temperatura de furnizare a apei calde, constantă anuală.

b) Radiaţiile globale zilnice asupra planului captatorului se calculează prin metoda convenţională folosind datele astronomice şi geometrice precum şi datele statistice de iradiere: Radiaţiile globale zilnice medii lunare în plan orizontal, Înclinaţia şi orientarea captatorului.

c) Fracţia solară medie lunară se calculează în mod empiric prin folosirea rezultatelor de la punctele a) şi b) : Tipul planului de dispunere (în general se allege din 5 scheme standard de dispunere), Captatoare: suprafaţa totală S, parametrii B şi K, Stocare: volum V, coeficient răcire CR, interior sau exterior, Circuit primar (coeficient pierdere de căldură Kt) şi schimbător căldură (coeficient

schimbător coeffcient Kéch), Notă: mai multe instrumente predefinesc valoarea Kt şi Kéch.

d) Se deduc apoi balanţele energetice zilnică, lunară şi anuală. SOLO permite analiza rapidă a design-ului sistemului, a dimensionării sau evoluţiei cererii. Se ţine cont de variaţiile de sezon. În sfârşit, rezultatele au fost validate de experienţă, în special datorită utilizării metodei în ultimii 10 ani pentru contracte GSR (Guaranteed Solar Results/ Rezultate Garantate prin Folosirea Energiei Solare).

57

Calcule provizorii de performanţă: metoda SOLO (Sursa CSTB)

3.2.4 Metode de definire şi de dimensionare Metodele de definire şi de dimensionare prezentate în acest document au la bază estimări de performanţă cu metoda SOLO în 5 etape:

Etapa 1 – Obţinerea datelor necesare Etapa 2 – Definirea sistemului Etapa 3 – Pre –dimensionarea componentelor principale Etapa 4 – Optimizarea dimensionării prin calculul rezultatelor variantelor iniţiale de sistem Etapa 5 – Finalizarea definiţiei şi dimensionarea tuturor componentelor

3.2.4.1 Obţinerea datelor necesare Incertitudinea relativ la necesar este principala sursă a unei erori serioase de dimensionare, influenţa celorlalte date fiind mai puţin importantă. Date necesare privind necesarul de apă caldă menajeră (SOLO) Acestea includ: Temperatura la ieşire a apei calde, presupusă a fi constantă de-a lungul anului, Consumul zilnic, ca medie lunară.

58

Cunoaşterea necesarului de apă caldă menajeră este un factor indispensabil. În particular, o estimare mai mare decât necesităţile reale, va duce la supra-dimensionarea sistemului, ceea ce va reduce productivitatea şi profitabilitatea datorită faptului deja menţionat, acela că productivitatea captatoarelor scade când fracţia energiei solare creşte. În practică: Când se adaugă un system cu energie solară la o instalaţie existentă, consumul real se

măsoară pe o durată de timp semnificativă, În cazul unei clădiri noi, consumul se bazează pe rezultatele cunoscute pentru o utilizare

similară, cu preferinţă pentru o ipoteză redusă. Criterii şi limitări Criteriile de decizie trebuie stabilite cu clientul. Acesta preferă în general rezultate economice maxime pentru investiţie, dar ar putea completa acest criteriu cu diferite limite care trebuie luate în consideraţie: Asigurarea că fracţia solară este minimă pe durata întregului an, Asigurarea că fracţia solară este minimă pe durata anumitor perioade de timp, Asigurarea că investiţia nu depăşeşte o anumită limită,

Alte limitări ar putea fi rezultatul aspectelor practice de pe teren: Suprafaţa maximă disponibilă pentru captatoare, Alegere limitată pentru orientarea şi înclinaţia captatoarelor, umbra Spaţiul disponibil pentru rezervorul (rezervoarele) de stocare.

În sfârşit, problema dimensionării trebuie rezolvată în funcţie de energie şi de rezultatele financiare. Date meteorologice necesare (SOLO) Datele meteorologice necesare pentru SOLO sunt: Temperatura medie lunară, Radiaţiile globale zilnice medii lunare în plan orizontal, Temperatura medie lunară de furnizare a apei reci.

Datele se iau de pe teren, dacă se cunosc (acest lucru este rar, mai ales în cazul radiaţiilor solare) sau de la o staţie meteorologică învecinată inclusă în instrumental de calcul SOLO. În anumite cazuri (munţi), se poate stabili o staţie virtuală prin utilizarea datelor de radiaţii solare de la o staţie apropiată şi a datelor de temperatură de pe teren. Se poate calcula o valoare aproximativă pentru temperatura apei reci Tef pentru luna I pornind de la temperaturile exterioare, folosind următoarea formulă:

Tef(i) = (Te(i) + Tem)/2

Unde Te(i) şi Tem sunt temperaturile exterioare lunară (luna i) şi anuală. O valoare aproximativă pentru radiaţiile globale orizontale zilnice se poate calcula pornind de la numărul zilnic de ore cu soare. Pentru luna i, avem: RGJ(i) = RJE(i) × (0,19+0.62.HI(i)/DJ(i)), RJE(i) : radiaţiile solare zilnice exterioare atmosferei pentru amplasament în luna i, HI(i) : numărul mediu de ore cu soare în fiecare zi pentru luna i, DJ(i) : durata medie a zilei de pe teren pentru luna i.

59

Doar RJE şi DJ depind de latitudine şi de luna calendaristică. Acestea se pot calcula pornind de la ecuaţiile simple astronomice sau se pot găsi în tabele. Date necesare pentru specificaţiile componentelor (SOLO) Cerinţe: Suprafaţa specifică şi coeficienţii B & K pentru captatoare, Volumul şi constanta de răcire pentru rezervoarele de stocare.

Instrumentul de calcul folosit poate include o bază de date cu specificaţiile captatorului şi ale rezervorului de stocare. Dacă nu, trebuie consultate avizele tehnice pentru captatoare şi dosarele fabricantului pentru informaţii referitoare la rezervoarele de stocare. Altfel se poate folosi următoarea formulă:

Unde:

Vb : volumul rezervorului de stocare (m3) ; Sb : suprafaţa exterioară a rezervorului de stocare (m2) eiso : grosimea izolaţiei (m) ; kiso : conductivitatea izolaţiei (W/m/K)

Date economice Datele economice cuprind: Costurile de investiţii I în relaţie cu suprafaţa Sc şi volumul Vs, Costul furnizării de energie de rezervă (în cifre lunare şi anuale).

După fixarea dimensiunii aproximative a Sc şi Vs (pre-dimensionare), valoarea I poate fi atinsă printr-o ecuaţie liniară corectă pentru o serie limitată de valori pentru Sc şi Vs: I = I0 + a. Sc + b.Vs (a şi b sunt doi coeficienţi ce trebuie determinaţi).

Criterii şi restricţii în luarea deciziilor Criterii şi restricţii definite împreună cu clientul: - Profitabilitatea investiţiei, - Fracţia solară minimă anuală, - Fracţia solară minimă pe anumite perioade, - Limitele investiţiei, Alte restricţii datorate aspectelor practice: - Suprafaţa maximă disponibilă pentru instalarea captatoarelor, - Alegerea limitată referitor la orientarea şi înclinarea captatoarelor, umbra - Spaţiu disponibil pentru rezervorul (rezervoarele) de stocare.

În fine, trebuie găsită o soluţie la problema maximalizării (sau minimalizării) funcţiei pe care se bazează furnizarea de energie şi performanţa economică.

60

Datele economice includ: - Costul de investiţie I în raport cu suprafaţa Sc şi cu volumul de stocare Vs,

După stabilirea valorilor aproximative (pre-dimensionare) pentru Sc şi Vs, I se poate estima cu ajutorul ecuaţiei liniare care este corectă pentru o serie limitată de valori pentru Sc şi Vs: - I = I0 + a. Sc + b. Vs (trebuie determinaţi coeficienţii a şi b). - Costuri pentru furnizarea energiei de rezervă (cifră lunară sau anuală).

61

3.2.4.2 Definirea principiilor de sistem Alegerea principiilor de sistem Alegerea trebuie făcută din cele 5 planuri simple de dispunere recunoscute de SOLO. Alegerea este suficientă deoarece planurile de dispunere mai complexe sunt rareori eficiente în practică din cauza problemelor de comandă şi fiabilitate. Toate planurile includ un sistem de rezervă în serie după sistemul cu energie solară. Diferenţa se află în două criterii: Existenţa şi tipul unui schimbător de căldură între captatoare şi rezervorul de stocare, Motorul de circulaţie pentru circuitul primar: termosifon sau pompă.

Planuri de dispunere recunoscute de SOLO

Plan dispunere 1 – Circuitul captator-rezervor stocare: direct; circulaţie: forţată Plan dispunere 2 - Circuitul captator-rezervor stocare: schimbător căldură exterior;

circulaţie: forţată, 1 pompă Plan dispunere 3 - Circuitul captator-rezervor stocare: schimbător căldură exterior;

circulaţie: forţată, 2 pompe Plan dispunere 4 - Circuitul captator-rezervor stocare: direct; circulaţie: termosifon Plan dispunere 5 - Circuitul captator-rezervor stocare: schimbător căldură interior;

circulaţie: termosifon Pentru instalaţiile collective se folosesc doar planurile de dispunere 2 şi 3. Circuitele directe nu sunt compatibile cu riscul de îngheţ şi cu regulamentele sanitare; şi în plus, restricţiile instalaţiei datorate unei circulaţii cu termosifon (poziţia captatoarelor şi a rezervorului de stocare) limitează utilizarea la sistemele mici. Aceste 2 planuri de dispunere cuprind următoarele componente care trebuie definite şi dimensionate:

62

Alegerea se face în funcţie de dimensiunea sistemului. Pentru o suprafaţă a captatoarelor mai mică de 20 m2, este preferabil planul de dispunere 2, iar planul de dispunere 3 este de preferat pentru sistemele mai mari. 3.2.4.3 Definirea tipurilor de componente După alegerea planului de dispunere, selectarea componentelor se poate limita prin definirea tipului acestora. În metodologia indicată în acest document, nu se interzice efectuarea de modificări într-o etapă ulterioară. Totuşi modificările cauzează în general timpul pierdut. Captatoarele În Franţa, captatoarele plate se folosesc la producerea de apă caldă menajeră. Utilizarea captatoarelor cu tuburi cu vid se poate justifica în prezent doar în două situaţii, din cauza preţului lor ridicat: Spaţiul disponibil limitat şi necesitatea unei fracţii solare mari, Necesar de apă cu temperatură ridicată şi necesitatea unei fracţii solare mari.

Particularităţile de teren pot determina alegerea unui tip de captator. De exemplu, se va apela la captatoarele plate de înaltă performanţă (B mare şi K mic) în cazurile descries mai sus. Dacă se au în vedere mai multe modele, trebuie dimensionat cel mai bun system pentru fiecare model în parte şi apoi se va face alegerea prin comparaţia furnizării de energie cu performanţa economică a diferitelor soluţii. Schimbătorul de căldură Schimbătoarele de căldură exterioare sunt plate. Schimbătoarele de căldură interioare sunt cu serpentină. Rezervoare de stocare Apa caldă va fi stocată într-unul sau mai multe rezervoare isolate termic.

63

3.2.5 Pre-dimensionarea sistemului Am ales o metodă de dimensionare în două etape: Pre-dimensionarea simplă ţinând cont de restricţii, Ajustarea soluţiei de pre-dimensionare în funcţie de rezultatele date de SOLO

Ajustările se vor face după mai multe simulări diferite folosind SOLO. Scopul este acela de a reduce progresiv plaja de alegere pentru diferiţii parametric de dimensionare. 3.2.5.1 Probleme de pre-dimensionare Pe baza principiilor (planuri de dispunere şi componente) stabilite în etapa precedentă, se pot acum defini toţi parametrii principali care trebuie validaţi prin utilizarea SOLO la calculele de performanţă. O bună pre-dimensionare va reduce considerabil număruld e calcule necesare. Parametrii vizaţi sunt în principal suprafaţa captatorului (Sc) şi volumul de stocare (Vs). Astfel, se defineşte întâi cuplul central (SC0, VS0). Exceptând cazurile speciale, puteţi fi siguri că cifrele optime pentru SC şi VS vor fi întodeauna în intervalul [SC0-50%, SC0+50%], [VS0-50%,VS0+50%]. Intervalul poate fi redus considerabil în funcţie de diferitele criterii şi limitări. Având în vedere obiectivele limitate ale pre-dimensionării, se poate dimensiona în general suprafaţa captatorului şi volumul de stocare separate. Acest lucru nu este valabil în studiul final de dimensionare. 3.2.5.2 Pre-dimensionarea suprafeţei captatorului Zona mediană Suprafaţa captatorului Sc este variabila esenţială deoarece ea condiţioneazăcostul şi producţia utilă a sistemului. În abordarea noastră, pre-dimensionarea Sc are la bază cantitatea de apă caldă folosită zilnic Vj. Exemplu: Sc0 este definit astfel încât raportul Vj/Sc0 să fie egal cu 75 litri/m2. Acest lucru înseamnă 2000 litri/zi => Sc0 = Vj/75 = 2000/75 = 26,66 m2 ajustat la 27 m2 Problema este şi mai simplă dacă se limitează doar la consumul de apă caldă. Exemplul anterior putea viza fie necesarul de apă caldă la 60 °C în Nancy, fie un necesar la 45 °C în Perpignan. În primul caz, necesităţile vor fi cu 70% mai mari decât în al doilea caz, iar energia solară disponibilă va fi cu 30% mai puţină. Interval admis Scopul pre-dimensionării este acela de a stabili un interval de variaţii care să cuprindă cifrele corecte. Dacă se defineşte precis suprafaţa optimă în vederea reducerii plajei de variabile, calculele vor fi mai complicate fără asigurarea că diverşii parametric sunt luaţi în considerare în mod exhaustiv. De aceea, este mai uşor să se ia în considerare o valoare aproximativă pentru cifra centrală cu o plajă mai mare de variabile. Trebuie de asemenea reţinut faptul că în această etapă, diferenţa între suprafaţa utilă şi cea totală nu este importantă.

64

Intervalul admis va fi delimitat de [ScMin, ScMax] = [SC0-50%, SC0+50%] Din datele exemplului precedent, obţinem [13 m2, 40 m2]. Acest interval este foarte mare (de la 1 la 3) dar acoperă practic toate cerinţele referitoare la apa caldă menajeră din Franţa. Singurele probeleme privind dimensionarea se datorează cererii de temperaturi foarte mari sau foarte mici. Aplicarea restricţiilor Restricţia 1: Costuri maxime autorizate cu investiţia IMax. Se admite că, costul investiţiei este dat de următoarea formulă:

I = I0 + a. Sc + b.Vs

Unde Sc şi Vs sunt suprafaţa captatorului şi respective volumul de stocare. Pentru pre-dimensionare, costul stocării se poate ignora, cu rezultatul că restricţia se reduce.

ScMaxInv = (IMax - I0)/ a ScMax = min(ScMax,ScMaxInv) Restricţia 2: Zona disponibilă pentru captatoare Sdispo. Suprafaţa maximă a unei reţele de captatoare cu N rânduri de captatoare la o înclinaţie de ß faţă de orizontală în funcţie de Sdispo este:

ScMaxSite = Sdispo/(Rs - tg(ß)/N)

Unde Rs = 2 cos(|ß-60°|) Distanţa minimă C între rânduri este dată de: ΔC= 2√3 . sin (ß)

În această configuraţie şi orientare spre ecuator, umbra este foarte mică. De exemplu, captatoarele nu fac umbră când soarele se află la Sud la o înălţime de 30° deasupra orizontului. Când spaţiul dintre rânduri este redus, trebuie luată în considerare umbra.

ScMax = min(ScMax,ScMaxSite) Alegerea înclinării Alegerea înclinării depinde în principal de doi parametri: - Latitudinea, - Necesităţile de sezon. În practică se folosesc doar câteva unghiuri de înclinare standard (30°, 45°, 60°). Acest lucru simplifică designul suporţilor, şi o variaţie de câteva grade de la unghiul optim de înclinare are un effect foarte mica supra rezultatelor.

65

Ca urmare, se pot aplica următoarele reguli de pre-dimensionare: Dacă necesarul de apă caldă este constant sau practic constant pe durata unui an,

unghiul de înclinare deasupra orizontului va fi similar latitudinii: în Franţa acesta este aproape de 45° astfel că la echinocţiu radiaţia solară incidentă este perpendiculară pe captator la amiază. Dacă necesarul este mare iarna, înclinaţia poate fi mărită cu 15° (adică la 60° în Franţa)

astfel că radiaţia solară incidentă este aproape perpendiculară iarna. Dacă necesarul este mare vara, înclinaţia poate fi redusă cu 15° (adică la 30° în Franţa)

astfel că radiaţia solară incidentă este aproape perpendiculară vara. Alegerea unei pante de 45° are efecte negative mici (1% la 3%), chiar şi în cazul necesităţilor de sezon. Totuşi distribuţia necesarului de apă caldă (de exemplu: 30% iarna sau 60% vara) duce la pierderi de circa 10%. Dacă necesarul este constant, efectul unei înclinări între 30° şi 60° este foarte mic.

Consum constant: Panta influenţează randamentul şi fracţia solară medie şi maximă

66

Consum de iarnă: Panta influenţează randamentul şi fracţia solară medie şi maximă

Consum de vară: Panta influenţează randamentul şi fracţia solară medie şi maximă

Suprafaţa captatoarelor A este un parametru esenţial deoarece determină costul şi producţia utilă a unui sistem. - Căutarea unui sector median ● Pre-dimensionarea pentru A se face pe baza cantităţii de apă caldă folosită zilnic Vj. A0 se defineşte astfel încât raportul Vj/A0 este egal cu 50 litri/m2. ● Exemplu: la un consum de 2000 litri/zi => A0 = Vj/50 = 2000/50 ceea ce înseamnă 40 m2.

- Definirea gamei admise de variaţii {A0 – 50 %, A0 + 50 %} - Aplicarea restricţiilor ● Restricţia 1: Costul maxim de investiţii admis IMax. ● Restricţia 2: Spaţiu disponibil pentru captatoare pe teren.

67

- Alegerea unghiului de înclinare

• Depinde de doi parametri principali: latitudinea şi necesarul sezonier. În practică se folosesc în general pantele de 30°, 45° sau 60°.

68

3.2.5.3 Pre-dimensionarea rezervorului de stocare Volum optim Volumul de stocare a apei calde se stabileşte în funcţie de consumul zilnic:

Vs0 = max (Vja,Vjvară)

Unde: - Vja: consum mediu zilnic în perioada de funcţionare. - Vjvară: consum mediu zilnic în perioada Mai-August. Consumul de vară trebuie considerat o prioritate deoarece una din funcţiile volumului de stocare este limitarea supra-producţiei temporare care apare în general vara. Interval admis Intervalul admis se stabileşte în acelaşi fel ca în cazul dimensionării suprafeţei de captare:

[VSMin, VSMax] = [VS0-50%, VS0+50%] Adică, în cazul exemplului nostru : [1000 l, 3000 l]. Aplicarea restricţiilor Dimensiunea incintelor tehnice care trebuie să adăpostească rezervoarele de stocare poate fi o cauză a reducerii volumului maxim de stocare, VSMax. Acest lucru trebuie tratat de la caz la caz. Restricţii legate de metodă Metoda SOLO este validă numai pentru anumite tipuri de utilizare (suprafaţă şi volum). Instrumentele care au la bază SOLO reglează în general automat acest lucru. Se va da atenţie verificării următoarei condiţii pentru asigurarea că metoda de calcul se menţine în câmpul de valabilitate:

20 < Vs/Sc < 300 În practică, acest raport este întotdeauna respectat de metoda de pre-dimensionare propusă. Totuşi, trebuie avut grijă în cazul în care trebuie aplicate limitări restrictive de instalare asupra volumului rezervorului de stocare sau asupra suprafeţei captatoarelor.

Volumul rezervorului de stocare se stabileşte în felul următor:

- Căutarea unui volum median: Volumul rezervorului de stocare se stabileşte

în raport de consumul zilnic: V0 = max (Vja, Vjvara) Vj: consum mediu zilnic în perioada de exploatare Vjvara: consum mediu zilnic în perioada mai-august.

- Definirea gamei admise de variaţii {V0 – 50%, V0 + 50%} - Aplicarea restricţiilor

● Restricţia 1: Costul maxim de investiţii admis IMax. ● Restricţia 2: Spaţiu disponibil pentru rezervoarele de stocare ● Restricţia 3: Restricţii legate de metoda SOLO (20 < V/A <300)

69

3.2.5.4 Pre-dimensionarea circuitului primar şi a schimbătorului de căldură Aspecte termice Din punct de vedere termic, sunt doi parametri caracteristici privind circuitul primar şi schimbătorul de căldură în relaţie cu suprafaţa captatorului: Coeficientul de pierdere de căldură în circuitul primar pe metru pătrat de suprafaţă

captator (kt1 în W/°C/ m2). Se referă la m2 de captator şi nu la suprafaţa ţevilor,

Coeficientul de schimb al schimbătorului de căldură pe metru pătrat de suprafaţă captator (Kéch1 în W/°C/m2). Se referă la m2

de captator şi nu la suprafaţa schimbătorului de căldură. Obiectivele care trebuie atinse se stabilesc pentru cei 2 parametri, prin modificarea grosimii izolaţiei termice din circuit în funcţie de lungimea ţevilor, tipul de schimbător de căldură şi de suprafaţa de schimb. Pre-dimensionarea fixează plaja de valori care trebuie folosite în cazul SOLO pentru calculele de dimensionare, utilizând următoarele cifre de referinţă: - Ţevi circuitul primar: Kt1 = 1 W/°C/m2

- Schimbător de căldură: Kéch1 = 50 W/°C/m2. Trebuie reţinut că acest lucru se referă la caracteristicile teoretice minime. În practică, trebuie să fie vorba de un schimbător de căldură unde Kéch1 ≥ 100 W/°C/ m2. Aspecte hidraulice Detaliile circuitului hydraulic nu trebuie specificate în procesul de pre-dimensionare deoarece ele nu privesc simulările, cu excepţia debitelor din circuitele primar şi secundar predefinite în versiunea simplă a SOLO. Acest punct se va lua în considerare după dimensionarea suprafeţei captatoarelor şi a volumului pentru rezervorul de stocare.

70

3.2.5.5 Dimensionarea suprafeţei captatoarelor şi a volumului rezervorului de stocare După strângerea datelor necesare şi realizarea pre-dimensionării, se foloseşte metoda SOLO pentru executarea unui studiu de dimensionare cu precizie şi pentru calculul performanţei sistemului ales. Suprafaţa captatorului, Sc şi volumul de stocare, Vs sunt cei mai importanţi parametric de dimensionare. Ei nu pot fi trataţi separat. Astfel, diferitele cupluri (Sc, Vs) trebuie testate şi trebuie comparate rezultatele care au la bază criteriile şi restricţiile de proiectare. Studiul de pre-dimensionare a stabilit un cuplu median (Sc0, Vs0) şi valorile extreme (Scmin, Scmax) şi (Vsmin, Vsmax). Se pot încerca următoarele cupluri: (Sc0, Vs0), (Sc0,Vsmin), (Sc0,Vsmax), (Scmin,Vs0), (Scmax,Vs0) pentru stabilirea diverselor posibilităţi de dimensionare. O bună înţelegere a interacţiunii dintre parametrii şi performanţa sistemului va ajuta la limitarea numărului de calcule. Vom arăta aici o analiză a influenţei suprafeţei de captare şi apoi a volumului de stocare asupra performanţei. Principii utile pentru captatoare Interpretare şi exemplu În cazul în care consumul zilnic de apă caldă este constant, influenţa suprafeţei de captare se poate analiza ţinând cont de 4 caracteristici:

Vj : consum zilnic (informaţii necesar : l/j) Sc : Suprafaţă captator (parametru dimensionare : m2) R : Randament mediu sistem (rezultate calcul) CS : Fracţia solară (rezultate calcul)

Se pot deduce două rapoarte simple care caracterizează dimensiunea sistemului din aceste 4 caracteristici: Vj/Sc şi R/CS. Studiul de pre-dimensionare a fixat valoarea primului raport Vj/Sc (75l/m2) şi se poate arăta că acesta fixează şi al doilea raport (R/CS) pentru problema ridicată. De exemplu: Dacă admitem că s-au fixat datele (meteo şi cele privind necesarul) pentru caz: I1 : Radiaţia solară anuală pe m2

pe suprafaţa captatorului (kWh/m2/an) Ij1 : Radiaţia solară medie zilnică pe m2

(kWh/m2/z). Atunci:

I1 = 365.Ij1 Vj : consum zilnic de apă caldă (litri/z) ΔT : creştere medie a temperaturii apei : Tec - Tef = Tec - Te (°C) Tec : Temperatura de furnizare a apei calde (°C) Tef : Temperatura medie a apei reci, egală cu Te (°C) Te : Temperatura medie exterioară (°C)

Necesarul mediu zilnic de energie Bj (kWh/zi) şi necesităţile anuale B (kWh/an) se stabilesc în funcţie de Vj şi _T, dat fiind că masa termică a apei este 1,16 Wh/litru/°C:

Bj = Cp.Vj.ΔT = 1,16.Vj.ΔT/1000 B = 365 Bj = 0,423.Vj.ΔT

71

Producţia solară anuală E (kWh/an) şi productivitatea anuală E1 (kWh/m2/an) se notează astfel:

E = CS.B = Sc.R.I1 E1 = R.I1 = B.CS/Sc Producţia solară medie zilnică Ej (kWh/zi) şi productivitatea medie zilnică E1j (kWh/ m2/zi) se notează astfel :

Ej = CS.Bj = Sc.R.I1j E1j = R.I1j = Bj.CS/Sc Se pot face următoarele deducţii:

R / CS = (Bj / I1j) / Sc sau : R / CS = (1,16.Vj._T/I1j )/ Sc/ 1000 Se poate vedea că R / CS şi Vj / Sc sunt proporţionale cu raportul k:

k = (R / CS) / (Vj / Sc) = (1,16.ΔT) / I1j /1000 La fel, rapoartele E1j / CS şi Vj / Sc sunt proporţionale cu raportul k’:

k’ = (E1j / CS)/(Vj / Sc) = 1,16.ΔT/1000 Iar rapoartele E1 / CS şi Vj / Sc sunt propoţionale cu raportul k’’:

K’’ = (E1/ CS)/(Vj / Sc) = 0,423.ΔT când E1 = 365 E1j Coeficienţii care definesc proporţiile pentru k’ şi k’’ depind numai de creşterea temperaturii medii a apei deoarece influenţa radiaţiei solare este inclusă în valoarea lui E1 şi E1j. Coeficientul k depinde doar de ΔT şi de radiaţia solară. În orice caz, condiţiile meteorologice de pe teren şi temperature cerută pentru apa caldă sunt suficiente pentru stabilirea acestor coeficienţi. Având în vedere studiul de caz de care am ţinut cont pentru Perpignan, se pot afla următoarele cifre:

I1 = 4,7 kWh/zi; Te = T = 15,5 °C Tec = 45 °C ΔT = 29,5 °C k = 0,00728 = 1/137 k’ = 0,0342 = 1/29 k’’ = 12,48

Raportul Vj/Sc de 75 l/m2

corespunde aici raportului R/CS = 75/137, adică 0,55. Calculul făcut cu SOLO pentru 26,7 m2

dă o fracţie solară de 68% şi un randament de 37,7%, adică un raport R / CS de 0,55. Dacă vom gândi în termini de productivitate anuală, vom afla acelaşi fel de rezultat. Raportul Vj/Sc de 75 l/m2

corespunde aici raportului E1/CS = 75 × 12,48 = 936. Calculul făcut cu SOLO pentru 26,7 m2

dă o fracţie solară de 68% şi o productivitate anuală de 636 kWh/an, adică un raport R/CS de 936. Proporţionalitatea între rapoartele R/CS , E1j/CS şi Vj/Sc arată că alegerea unui raport specific de dimensionare Vj/Sc, are acelaşi effect ca impunerea unor valori specifice pentru rapoartele de performanţă R/CS şi E1j/CS. În particular: Dacă se reduce raportul Vj/Sc, creşte fracţia solară şi, în acelaşi timp, randamentul

scade; ca urmare se reduce raportul R/CS (mai repede decât fracţia solară). Dacă se măreşte raportul Vj/Sc, fracţia solară se reduce, şi în acelaşi timp, creşte

randamentul, ca urmare, se măreşte raportul R/CS (mai repede decât fracţia solară).

72

Se poate observa că randamentul (sau productivitatea) şi fracţia solară sunt două obiective antagoniste de dimensionare. În fine, trebuie reţinut faptul că deoarece Cs şi R nu sunt independente, doar un singur cuplu (Cs,R) poate atinge un raport R/CS dat. În exemplul nostrum de la Perpignan, raportul R/CS = 0,55 este atins de cuplul (R = 37,7%; CS = 68%). Cuplul (44%; 80%) care asigură acelaşi raport nu se poate atinge fiindcă atunci când fracţia solară creşte de la 68% la 80%, randamentul scade. Exemple complementare Rapoartele k, k’, k’’ depend foarte mult de condiţiile de pe teren; acest lucru traduce diferenţa de performanţă a sistemelor cu energie solară în raport de localitatea şi de necesarul specifice. Alegerea unui raport fix Vj/Cs = 75 l/m2

pentru pre-dimensionare, în absenţa oricăror altor criterii, înseamnă că se încurajează o creştere a fracţiei solare în relaţie cu randamentul, la trecerea de la condiţii mai puţin favorabile la condiţii mai favorabile. Iată câteva exemple de rezultate obţinute pentru diferite configuraţii:

Cazurile 1 & 5 corespund necesităţilor standard: 2000 l/zi de apă la 45 °C în Perpignan (1) sau în Paris (5). Se poate observa că fracţia solară este mult mai mică la Trappes în timp ce randamentul este puţin mai ridicat. Fracţia solară este mult inferioară la Trappes deoarece necesităţile sunt mai mari (apă

rece) iar radiaţia solară este mai puţin importantă. Randamentul este puţin mai ridicat la Trappes deoarece captatoarele funcţionează la

temperatură joasă şi vara există mai puţină energie în surplus. Cazurile 2, 3 şi 4 sunt stabilite pentru o temperatură de furnizare a apei calde de 60 °C. Vj rămâne la 2000 l în cazul 2, aceasta echivalând cu creşterea necesarului. În cazurile 3 & 4, s-a redus Vj pentru a se asigura acelaşi necesar de energie. În cazul 3, se menţine suprafaţa captatorului Sc, în cazul 4, Sc se recalculează pentru a se asigura că raportul Vj/Sc = 75. Efecte de sezon Efectele de sezon întăresc fenomenele observate. Pentru clarificarea acestui aspect, luaţi în considerare exemplul de la 3.2.1.2. Se poate vedea că pentru studiul nostru de caz, nu se obţine nimic mai mult de 100 m2. Un studiu detaliat arată că cel de-al 120-lea m2

a produs mai puţin de 10 kWh de energie utilă pe durata anului. Aceasta înseamnă câte 3 kWh pe lună din noiembrie până în ianuarie, şi un total de 1 kWh pentru cele 9 luni din februarie până în octombrie. Explicaţie: exceptând iarna, fracţia solară este mai mare de 100% aproape în fiecare zi (ultimul m2

nu este util). Totuşi, pe vreme nefavorabilă, producţia este mică sau inexistentă.

73

Cel de-al 120-lea m2 se foloseşte doar pe vreme rea şi produce foarte puţin iar totalul produs în 9 luni este neglijabil. Acest effect se poate accentua sau reduce când consumul şi necesarul variază pe parcursul anului. Dacă luăm în considerare acelaşi exemplu cu acelaşi consum zilnic mediu, dar cu variaţii în timpul anului ; se pot trasa trei diagrame diferite, în funcţie de distribuţia din perioada de consum:

Un consum mai mare vara ameliorează puţin performanţa. Un consum mai mare iarna are un effect drastic deoarece supra-producţia din vară este foarte mare. În funcţie de necesarul sezonier, acelaşi sistem (40 m2) furnizează 64%, 80% sau 86% din acelaşi necesar anual de energie. Productivitatea captatorului este de 400, 500 sau 540 kWh/m2/an. Pentru 30 m2, cantităţile sunt de 475, 600 sau respectiv 635 kWh/m2/an la o fracţie solară de 57%, 72% sau 76%. De aceea raportul (suprafaţă captator/consum) trebuie redus pentru a menţine o productivitate bună când consumul este esenţial iarna. Se poate observa că aceste caracteristici trebuie luate în considerare pentru ameliorarea pre-dimensionării. Efectele de sezon sunt evident legate de problema supra-producţiei din vară, aşa cum se vede în diagrama de mai jos care subliniază evoluţia producţiei lună de lună, în raport cu energia solară disponibilă şi cu necesarul de apă caldă (studiu de caz: 2000 l/zi la un consum constant, Perpignan, 30 m2).

74

Efecte sezoniere asupra producţiei solare

75

Influenţa înclinării Diagrama de mai jos prezintă influenţa relativă a înclinării şi a consumului sezonier asupra productivităţii captatorului (kWh/m2/an) în cazul unui sistem cu energie solară din Perpignan şi pre-dimensionat la 75 l/m2.

Productivitatea în raport cu înclinarea şi consumul sezonier

Principii utile pentru volumul de stocare Rolul rezervei zilnice Dimensionarea volumului de stocare este mai puţin importantă decât suprafaţa captatorului dar nu trebuie neglijată. Impactul asupra performanţei se observă numai când volumul de stocare este mult sub-dimensionat. Definiţia pentru pre-dimensionare conform căreia volumul de stocare egalează consumul pentru o zi, continuă să rămână un compromis acceptabil. În ultimă instanţă volumul poate fi uşor micşorat pentru reducerea costurilor. Analiza rolului stocului justifică această estimare de bază şi arată condiţiile în care ar putea fi necesară o adaptare. Volumul de stocare limitează efectul de stabilizare a producţiei pentru satisfacerea necesităţilor, prin defazarea parţială între producţie profilurile de consum, care urmează în principal un ciclu cotidian: Radiaţia solară, inexistentă noaptea, urmează un grafic în formă de clopot, Consumul este concentrat în general în 2 sau 3 ore de vârf. Cele mai frecvente vârfuri de

consum sunt în jurul orelor 7-8 dimineaţa, în jurul orelor 18-20 seara, şi uneori în jurul amiezii. Vârfurile sunt uneori foarte clar marcate : consumul poate creşte de la 1 la 10 între perioadele de consum mic şi mare.

76

Luăm în considerare un system dintr-un hotel dimensionat astfel încât producţia zilnică acoperă doar necesităţile care sunt de 300 kWh, într-o zi însorită din martie. Profilele orare sunt indicate în graficul de mai jos (cantităţi în kWh).

Producţia teoretică de energie solară este de circa 300 kWh dar producţia utilă, fără stocare, este de doar 132 kWh, ceea ce este mai puţin de 50% din alimentarea potenţială. La un volum de stocare egal consumului unei zile, se evită efectul supra-producţiei din timpul unei zile şi se limitează creşterea temperaturii din captatoare, care ar putea afecta randamentul acestora. Influenţa variaţiilor asupra volumului de stocare cotidian Defazarea nu se poate compensa în perioadele de timp lungi (mai mari de o zi) în cazul aplicaţiilor cu apă caldă menajeră. Volumul de stocare ar trebui mărit considerabil pentru ca acest lucru să fie posibil iar aceasta ar determina: o creştere semnificativă a costului de investiţie s, la un beneficiu relativ modest; o scădere a temperaturii medii de stocare şi deci a calităţii energiei solare furnizate : dacă

apa rece are 10 °C, volumul de stocare la 40 °C şi temperatura necesară a apei este de 50 °C, rezerva trebuie să asigure 25% din necesităţi (încălzirea de la 40 °C la 50 °C) indiferent de cantitatea de energie stocată. Se pot observa două aspecte importante de dimensionare în graficul următor: Variaţiile sezoniere au effect. Utilitatea volumului de stocare depinde mai mult de

consumul de vară decât de cel de iarnă. Dimensionarea volumului de stocare depinde de dimensionarea suprafeţei de captare :

din aceleaşi motive, volumul de stocare poate fi mărit dacă se măreşte şi suprafaţa captatorului, iar micşorarea stocării cere reducerea suprafeţei de captare.

77

3.2.6 Ajustarea datelor referitoare la suprafaţa captatorului şi la volumul de stocare Se pot testa difeite metode, în funcţie de experienţa proiectanţilor şi de complexitatea problemei. Totuşi, abordarea descrisă dă în general rezultate satisfăcătoare: a) Definirea suprafeţei optime din punct de vedere teoretic Se folosesc cifrele de pre-dimensionare pentru unghiul de înclinare a captatorului „Incl0” şi pentru volumul de stocare V0. Se foloseşte apoi metoda SOLO pentru calculul performanţelor pentru trei suprafeţe pre-dimensionate diferite : Smin, S0, Smax. Seobţin performaţele detaliate ale acestor sisteme (necesităţi energetice, fracţie solară, productivitate…). Se calculează apoi ceilalţi parametri implicaţi de criteriile şi restricţiile de proiectare, în

special costurile (investiţie şi energie). Se deduce fie plaja inferioară (Smin, S0) fie plaja superioară (Smax - Smin)/2 centrată

pe S0. (La o anumită experienţă de proiectare, diferenţa între extreme se poate împărţi la 2). Această operaţie se repetă până la găsirea unui rezultat theoretic optim S’0. Precizia se

va limita la dimensiunea unui captator. b) Ajustarea înclinării şi a volumului de stocare Se fac apoi simulări pentru cei trei parametri (S’0,Incl0,Vmin), (S’0,Incl0,Vmax),

(S’0,InclMin,V0), (S’0,IncMax,V0). Se calculează apoi ceilalţi parametri implicaţi de criteriile şi restricţiile de proiectare, în

special costurile (investiţie şi energie). Cel mai bun unghi de înclinare se allege în general în mod direct. Pentru volumul de

stocare, gama de dimensiuni se reduce prin calcule repetate, ca în cazul suprafeţei de captare. c) Optimizarea suprafeţei captatorului Dacă există o diferenţă notabilă între cifrele de pre-dimensionare pentru panta captatorului şi volumul de stocare, se poate face o ajustare de precizie a suprafeţei captatorului prin folosirea cifrelor finale pentru panta captatorului şi volumul de stocare. Se obţine o gamă

78

mult redusă, centrată pe S’0 optim teoretic: se testează apoi fie [S’0 - 10%, S’0 + 10%], sau mai adesea [S’0 - 5%, S’0 + 5%], referitor la diferenţa care se poate observa în rezultatele obţinute. Exemple: baza: 7500 l/zi apă la 50 °C (S0 = 100, V0 = 7500)

Exemplu 1: Perpignan, criterii TR restricţie CS>50% Exemplu 1’: Perpignan, criterii TR restricţie CS>50%, consum de vară Exemplu 1: Perpignan, criterii TR restricţie CS>50%, consum de iarnă Exemplu 2: Trappes, criterii TR restricţie CS>50% Exemplu 2’: Trappes, criterii TR restricţie CS>50%, suprafaţă limitată

3.2.7 Dimensionarea schimbătorului de căldură Sistemele cele mai uzuale folosesc un schimbător de căldură între circuitul primar (circuitul captatorului) şi circuitul secundar (circuitul de stocare energie solară), în special pentru un lichid antigel în captatoare; acest lucru este indispensabil în Europa dacă utilizarea sistemului nu se limitează la vară. Schimbătorul de căldură reduce randamentul global al sistemului fiindcă el este cauza creşterii temperaturii apei din captatoare şi deci a creşterii pierderilor de căldură. Randamentul util al sistemului Pu se poate estima în două cazuri (cu sau fără schimbător de căldură) într-o zi însorită:

Captator: specificaţii B = 0,8; K = 5 W/m2/°C, Pierderi neglijabile în circuitul primar şi secundar, Izolaţie : I = 1000 W/m2

şi temperatura exterioară = 20 °C, Temperatura medie a apei din captator: Tm = 60 °C, Schimbător de căldură: coeficient schimb unitar Kéch1 = 100 W/°C pe m2

de captator.

a) Fără schimbător de căldură: Temperatură intrare stocare TUa = TSCa (ieşire captator) Pua = B I - K (Tma - Text) = 0,8 × 1000 - 5 (60 - 20) = 600 W/m2

b) Cu schimbător de căldură: Temperatură intrare stocare TUb = TSE2a (ieşire secundară) Transferul randamentului util prin schimbătorul de căldură necesită o diferenţă de temperatură ΔTéch = TEE1 - TSE2 între intrarea de pe latura primară şi ieşirea de pe latura secundară.

79

Deoarece pierderile din circuitul primar sunt neglijabile, aflăm: TSCb - TUb = TSCb - TSE2 = TEE1-TSE2 = ΔTéch = Pu/Kéch1 = 700/100 = 7 °C

Pentru a avea aceeaşi temperatură la intrarea de stocare: TUb = TUa, trebuie să avem:

TSCb -TSCa = TSCb - TUa = TSCb - TUb = 7 °C Ca estimare preliminară, Tmb - Tma = TSCb - TSCa. Creşterea temperaturii din captator reduce randamentul util proporţional cu coeficientul K pentru captator:

Pub = B.I - K (Tmb - Text) = 0,8 × 1000 - 5 (60+7-20) = 565 W/m2 Se pierd 35 W şi 5% randament. Se poate nota cifra: 5 W/m2 pierdere la fiecare grad de diferenţă de temperatură din schimbătorul de căldură. Pierderea de randament Δr într-o zi însorită se poate estima în jurul valorii de:

Δr = K/Kéch1 (în exemplul nostru, _r = 5/100 = 5%) Δr este de circa 3% dacă Kéch1 = 150 W/m2/°C şi 10% dacă Kéch1 = 50 W/m2/°C. Este cifra aleasă pentru calculele cu SOLO. În practică, nu se merge sub 100 W/m2/°C, ceea ce limitează pierderile de randament la 5% dacă Kcaptator = 5. În cazul unui schimbător de căldură interior, specificat în mod normal de către fabricantul rezervoarelor de stocare, trebuie să se verifice dacă, coeficientul de schimb este similar cu 100 W/m2/°C. 3.2.8 Dimensionarea circuitului primar: ţevi şi pompe Rolul circuitului primar este acela de a asigura curgerea apei între captatoare şi schimbătoul de căldură . Acest circuit conţine: Ţevi de circulaţie izolate, O pompă, Un lichid de transfer de căldură antigel, Accesorii de siguranţă (vane de închidere, clapete de reţinere, supape de reglare debit,

robineţi de evacuare, rezervor de echilibrare)

80

Dimensionare hidraulică Parametrii de dimensionare sunt: viteza de curgere, diametrele de ţeavă, debitele de pompă. Viteza de curgere este proporţională cu suprafaţa captatorului. Se foloseşte în general un debit apropiat de 50 de litri pe metru pătrat de suprafaţă captator. Dimensionarea ţevilor este legată de cea a pompelor. Trebuie să se asigure debitul planificat prin captatoare. În particular, trebuie să se asigure că pierderile totale de presiune din circuit (inclusive captatoarele) sunt inferioare pierderilor de presiune admise pentru pompă la debitul planificat. Ţevile vor fi dimensionate pentru respectarea acestei restricţii de pierdere de presiune. Deoarece dispunerea şi lungimea ţevilor sunt în general impuse, se pot face diferenţe la diametrele ţevilor şi debitul pompei. În general trebuie să se asigure că debitul ţevilor nu depăşeşte 1 m/s. Daca se considera debitul de 50 l/m2/h, sectiunea interna a tevilor exprimata in mm2 ar trebui sa fie aproximativ de 14 ori mai mare decat aria suprafetei colectorului (exprimata in m2). De exemplu, pentru aria unui colector de 100 m2, diametrul intern al colectorului principal ar trebui sa fie 42 mm (sectiune 1400 mm2).

Pierderile de presiune în circuitele care conţin o soluţie antigel (soluţie de propilen glicol pe bază de apă), vor fi mai mari decât cele dintr-un circuit care conţine apă şi acestea vor creşte proporţional cu concentraţia de soluţie antigel. Când concentraţia este mai mică de 45% pe greutate, căderea de presiune din circuit trebuie crescută cu următorii coeficienţi medii: Ţevi din cupru: 1,2 Ţevi din oţel: 1,1

Pompele sunt dimensionate pentru a învinge pierderile de presiune din circuit când debitul este egal cu maximum admis pentru circuitul hidraulic. Pierderea globală de presiune depinde de configuraţia sistemului. Pierderea de presiune liniară medie este în general de circa 10 mm coloană de apă pe metru de ţeavă de colector. Randamentul motorului de pompă (în Watt) se determină de următoarea ecuaţie:

P = (K. Q.H.ρ.g) / R În care: Q este debitul exprimat în m3/s, H este citirea în metri pe manometru a apei, calculată în raport de pierderea de presiune

din circuit şi de tipul de lichid de transfer căldură, ρ este masa lichidului de transfer căldură exprimat în kg/m3, g este acceleraţia datorată gravităţii exprimată în m/s2, R este randamentul grupului motopompă, care trebuie să fie mai mare de 0,8. K este coeficientul de debit în exces, de la 1,15 la 1,25, necesar pentru a învinge

pierderea de presiune datorată demultiplicării din circuite (circuitul secundar) sau variaţiilor vâscozităţii lichidului de transfer căldură din cauza modificării de temperatură (circuitul primar).

81

Izolaţia termică Izolaţia necorespunzătoare a ţevilor poate avea un effect notabil asupra performanţei sistemului cu energie solară. Pentru a reduce pierderile de căldură, ţevile trebuie să fie cât mai scurte cu putinţă. Ca regulă generală, nu se vor folosi mai mult de 3 până la 5 metri liniari pe m2

de suprafaţă captator solar. Grosimea izolaţiei termice a ţevilor depinde de caracteristicile termice. Rezistenţa termică a materialului de izolare trebuie să fie echivalentă cu cea a materialului la o conductivitate termică de λ = 0,04 W /m2. °C, pentru care grosimea, fără acoperire, este indicată în tabelul de mai jos. Diametrul conductei

Materialele de izolare protejate corespunzător contra uzurii exterioare trebuie să asigure izolaţia termică a circuitului primar: Pentru utilizarea la interior, acoperirea de protecţie trebuie consolidată cu o căptuşeală

din metal sau plastic, Pentru utilizarea la exterior, izolaţia trebuie protejată împotriva intemperiilor şi etanşată

la apă cu o acoperire corespunzătoare (benzi de bitum şi materiale de izolare rezistente la apă, de exemplu).

Dacă se foloseşte izolaţie de ţeavă semi-tubulară turnată, aceasta trebuie instalată cu îmbinările puse alternative şi ţinută pe poziţie cu accesorii circulare, din frângie sau metal rezistent la rugină, la intervale de cel mult 0,50 m., cel puţin 3 pentru fiecare lungime de izolaţie turnată.

82

3.2.9 Dimensionarea accesoriilor de siguranţă Rezervor de echilibrare Măsurile de siguranţă care se aplică sistemelor cu energie solară sunt specificate în DTU 65.11. Ele se ocupă în principal de rezervoarele de echilibrare închise. Ţevile de expansiune trebuie să asigure curgerea lichidului de transfer căldură cu o viteză mai mică de 0,1 m/s, când dilatarea are valoarea cea mai mare. Diametrul nominal d (mm) al ţevilor de expansiune se poate calcula cu ajutorul următoarei formule:

d = 120 (α. P/ρ. Cp) Unde: P : randament maxim al reţelei de captatoare (kW), Cp : capacitatea termică a lichidului de transfer căldură (J/kg), α : coeficient de expansiune medie volum a lichidului de transfer căldură de la 0 °C la 110

°C, ρ : masa lichidului de transfer căldură la 110 °C şi presiunea corespunzătoare.

Capacitatea utilă a rezervorului de echilibrare trebuie să fie cel puţin la fel de mare ca şi creşterea volumului datorată dilatării lichidului de transfer căldură din circuitul primar între 0 °C şi 110 °C (adică circa 10 % din volumul circuitului primar). În cazul rezervoarelor închise, această condiţie trebuie respectată referitor la presiunea maximă admisă în toate părţile circuitului. Când rezervorul de echilibrare utilizează o membrană, aceasta trebuie să fie compatibilă cu lichidul de transfer căldură. Pe ţevile dintre rezervorul de echilibrare şi circuitul primar nu trebuie să existe robineţi. Rezervorul de echilibrare trebuie să compenseze dilatarea lichidului de transfer căldură din sistem. Volumul rezervorului V trebuie să fie puţin mai mare decât dilatarea lichidului. El se stabileşte pornind de la volumul total al circuitului cu ajutorul ecuaţiei:

V = Vc.Kd / η În care: Vc este volumul lichidului de transfer căldură (l), Kd este coeficientul de expansiune a temperature maximă de funcţionare (temperature

de echilibru a captatorului) (%), η este efectul util al rezervorului de echilibrare [η = (P2-P1) /P1 la P2 : presiunea absolută

la care se deschid vanele de siguranţă şi P1 : presiunea absolută de umflare a rezervorului de echilibrare]. Robinet de golire Toate punctele superioare din circuitul primar trebuie prevăzute cu robineţi de golire (robineţi de golire automată sau butelii de evacuare). Se va acorda o atenţie specială punctelor superioare de pe cazane. În cazul în care se folosesc robineţi de golire automată, pompele trebuie instalate astfel încât să menţină întregul circuit sub presiune ridicată.

83

Supape de siguranţă Supapele de siguranţă trebuie să se conformeze normei NFP 52-001 şi trebuie reglate pentru o presiune inferioară temperaturii maxime de funcţionare a sistemului. Ele trebuie puse direct pe colectorul de ieşire a captatorului, fără obstacole între captatoare şi supapa de siguranţă. Dacă nu există niciun alt dispozitiv de siguranţă împotriva supra-încălzirii, şi pentru a evita orice risc de supra-presiune într-un circuit închis, supapa de siguranţă trebuie selectată astfel încât să poată evacua un flux de vapori în raport cu presiunea maximă atinsă de captatoare, fără o supra-presiune efectivă mai mare de 0,5 bar, în ceea ce priveşte presiunea nominală de funcţionare din captatoare. Diametrul interior minim al tubului de siguranţă se poate calcula în raport de randamentul maxim al reţelei de captatoare P, cu ajutorul următoarei ecuaţii:

d (mm) = 15 + 1,4P

Unde: d > 26 mm iar P în kW 3.3 Estimarea proiectului 3.3.1 Estimare tehnico-economică În faza de studio preliminar, evaluarea tehnico-economică trebuie făcută ţinând cont de GSR (Guaranteed Solar Results/ Rezultate Garantate prin Folosirea Energiei Solare). Studiul trebuie să cuprindă: O estimare a costurilor de construcţie pentru instalarea sistemului cu un obiectiv de

costuri global, O estimare a costurilor de exploatare anuală, costurile de întreţinere a echipamentelor şi

costurile de monitorizare (tele-monitorizare, tele-supraveghere…), Ipoteze pentru costurile de referinţă referitoare la energii convenţionale (alimentare cu

energie de înlocuire sau alimentare cu energie de rezervă), Furnizareade energie anuală prevăzută, Impactul cu mediul ambiant (C02 evitat) Durata globală de amortizare Costurile globale de system pe durata de funcţionare, transformate în valoare curentă.

Investiţia Investiţia cuprinde toate costurile ce implică proiectarea de system, furnizarea componentelor şi instalarea acestora şi costul aferent şcolarizării personalului pentru administrarea şi întreţinerea sistemului. Costuri de exploatare Costurile de exploatare sunt deseori greu de estimate deoarece ele depend în principal de performanţa sistemului şi de felul în care se foloseşte efectiv apa caldă (necesităţi, tipul şi durata de utilizare…). Costurile de exploatare se calculează pornind de la costul energiei folosite de sistemul de rezervă şi de echipamentele auxiliare (pompe, preîncălzitoare…). Ele includ şi costurile de

84

întreţinere şi tele-monitorizare precum şi costul cu personalul de administrare a sistemului. În anumite cazuri, costurile de administrare a sistemului pot include costul anual al împrumutului bancar necesar finanţării investiţiei.

la formule ne sort pas nettement à l’impression

În care: Opco : costuri de administrare sistem exprimate în Euro M : indică lunile luate în considerare Enco : costuri lunare cu energia exprimate în Euro Adopco : costrui adiţionale exprimate în Euro

Costuri de întreţinere Costurile de întreţinere include toate costurile legate de întreţinere, reparaţii sau înlocuire a tuturor sau a unei părţi de echipamente dintr-un system de furnizare a apei calde care funcţionează cu energie solară. Durata globală de amortizare Durata globală de amortizare este perioada de timp la sfârşitul căreia totalul economiilor financiare datorate înlocuirii energiei convenţionale cu energia solară este egală cu investiţia. Perioada este în general numărul de ani necesari pentru satisfacerea următoarei ecuaţii:

idem

În care: Savi : economii în administrarea şi întreţinerea sistemului pentru anul i, în Euro i : indicaţia anului luat în considerare Invco : valoarea investiţiei exprimată în Euro

Durata globală de amortizare este un criteriu deseori folosit de finanţatori în prima analiză, pentru aprecierea unui sistem cu energie solară. Costul global transformat în valoare curentă Analiza diverselor soluţii în termeni de cost global asigură o estimare a tuturor costurilor iniţiale cu investiţia şi cu administrarea sistemului: funcţionare, întreţinere, rambursări ale împrumutului şi costuri bancare, la un orizont economic dat pentru o perioadă de timp dată. Se foloseşte în general pentru afectarea unui buget unei operaţii sau pentru aprecierea interesului economic al diverselor soluţii. Costul global transformat în valoare curentă (Coût Global Actualisé CGA) se poate formula în mai multe feluri diferite; noi am ales formula următoare:

85

unde: CI : Costuri de investiţie CE : Costuri de administrare sistem τa : Rata anuală de conversie în valoare curentă nH : Perioada pentru care s-a stabilit actualizarea costului global

3.3.2 Rezultate Garantate prin Folosirea Energiei Solare (GSR) Contractul pentru Rezultate Garantate prin Folosirea Energiei Solare (GSR) este un angajament făcut de fabricantul captatoarelor solare, de contractorul şi de administratorul sistemului asistaţi de consultantul tehnic, referitor la producţia anuală de energie a sistemului pe bază de energie solară planificat. Sistemul pe bază de energie solară este prevăzut cu un aparat de tele-monitorizare care înregistrează furnizarea energiei solare lună de lună. După funcţionarea timp de un an de zile, se face o apreciere a performanţei: a) Dacă energia furnizată de sistemul pe bază de energie solară ajunge la cel puţin 90% din estimarea calculată, monitorizarea va continua timp de încă patru ani b) Dacă energia furnizată este în cantitate mai mică, companiile implicate au o dublă alegere: Ameliorarea instalaţiei pe propria lor cheltuială pentru ca sistemul să-şi atingă obiectivele, Compensarea clientului pentru energia solară lipsă.

În toate situaţiile şi în următorii cinci ani, producţia măsurată a sistemului cu energie solară trebuie să fie de cel puţin 90% din producţia calculată. Performanţa sistemului cu energie solară se va calcula folosind „Metoda de estimare lunară a performanţei sistemului cu energie solară termică” (Metoda Solo). Producţia de energie necesară duce la necesitatea supravegherii constante a bunei funcţionări a sistemului şi la măsurătorile performanţei pe durata contractului. De aceea, sistemul cu energie solară trebuie prevăzut cu un tele-monitor conectat la reţeaua telefonică (linie simplă de telefon pe cheltuiala clientului). Echipamentul de tele-monitorizare care poate fi interogat de la distanţă are o dublă funcţie: Asigurarea controlului permanent al sistemului cu energie solară şi a stării de funcţionare

a tuturor componentelor sale, Informarea imediată a administratorului sistemului în cazul unei defecţiuni sau în starea

de funcţionare normală a uneia din componentele sistemului. De aceea acesta este un instrument esenţial pentru obţinerea de rezultate „garantate”.

86

Plan tipic de studiu de fezabilitate În cadrul procedurii GRSThermique, toate studiile de fezabilitate pentru sistemele cu energie solară de furnizare a apei calde menajere trebuie să fie alcătuite din următoarele elemente detaliate: 1. Introducere - Prezentare - Prezentarea clientului şi a motivaţiilor proiectului - Tip de amenajare, situaţie şi mărime - Tip de proiect: neou sau renovare 2. Descrierea instalaţiei prevăzute (nouă sau existentă) - Tipuri de necesităţi, frecvenţă, caracterul sezonier - Consumul zilnic şi profile anuale, lunare şi săptămânale - Sistemul energetic: Existent sau planificat, de înlocuit sau de utilizat ca rezervă auxiliară. - Mărimea rezervoarelor de stocare, existente sau planificate. 3. Principii de operare, fără sistemul cu energie solară - Funcţii asigurate de cazan. Comenzi - Descrierea echipamentelor de pe amplasament (sau planificate) 4. Lucrări propuse - Descrierea noilor principii de funcţionare - Descrierea tehnică a lucrărilo propuse: - Captatoare solare, circuitul primar, inclusiv construcţiile civile - Construcţia incintelor tehnice: construcţie hidraulică, clădiri - Electricitate şi comenzi - Testare şi punere în funcţiune - Tele-monitorizare 5. Costul lucrărilor - Estimarea costului, articol cu articol - Obiectiv costuri totale - Costuri exploatare anuală: întreţinere şi tele-monitorizare pe an. - Ipoteze economice: - Cost de referinţă pentru energia convenţională (energie de înlocuire sau de rezervă) - Energie anuală prevăzută, impact asupra mediului ambiant (CO2). - Durata globală de amortizare, Costuri globale transformate în valoare curentă 6. Anexe - Rezultate de performanţă pentru energia anuală planificată în cifre lunare (metoda SOLO) - Schema de dispunere a tuturor instalaţiilor existente sau planificate - Schema de dispunere a sistemului de energie solară planificat - Schema de dispunere a construcţiei (captatoare, rezervoare de stocare, sistem de rezervă).

87

3.3.3 Impactul asupra mediului ambiant Temperatura medie a pământului este rezultatul echilibru între radiaţiile solare de intrare şi fluxul de radiaţii infraroşii emise în spaţiu. Temperaturile de la nivelul solului depind de cantitatea gazelor cu efect de seră (GES) prezente în atmosferă. Fără ele, temperatura medie ar fi de -18 °C iar pământul ar fi nelocuibil. Prezenţa acestor gaze menţine temperature la 15 °C. Gazele responsabile pentru efectul de seră sunt dioxidul de carbon (CO2), metanul (CH4), oxidul de azot (N2O), ozonuldin troposferă (O3), gazele sintetice CFC şi HCFC care atacă stratul de ozon precum şi înlocuitorii CFC: HFC, PFC şi SF6. Gazele cu effect de seră nu abundă în mod natural. Totuşi concentraţia acestor gaze în atmosferă s-a schimbat semnificativ din cauza activităţii omului: concentraţia de CO2, principalul GES (Gaz cu efect de seră), a ajuns la 30% faţă de era preindustrială. Înprezent, efectul combinat al tuturor GES echivalează cu o creştere a CO2 de faţă de era pre-industrială. Conversia sistemelor existente la utilizarea energiei solare face posibilă reducerea emisiilor de dioxid de carbon (CO2) în atmosferă. Cantitatea de CO2 evitat pentru fiecare kWh economisit, de la producţie la utilizarea finală (după transformarea de către echipamentul de furnizare a apei calde menajere) în Franţa este indicată mai jos:

Sursă energie CO2 evitat (kg/kWh)

Păcură 0,35

Gaz natural 0,28

Cărbune 0,36

Electricitate 0,55

Pentru a vizualiza impactul pozitiv a unui încălzitor de apă cu energie solară, cantitatea de CO2 economisită poate fi comparată cu emisiile unei maşini de capacitate mică. Un captator solar cu o suprafaţă de 1 m2

care înlocuieşte un cazan cu păcură evită emisia a 350 kg de CO2 pe an, ceea ce echivalează cu CO2 emis de o maşină de capacitate mică pe o distanţă de 2500 km.

88

4. Administrarea şi întreţinerea sistemului 4.1 Umplerea Înainte de umplerea unei instalaţii şi cu excepţia cazului unor reguli speciale de instalare, circuitul primar trebuie limpezit de mai multe ori. Când se instalează captatoarele, trebuie evitat contactul acestora cu lichidele care ar putea deteriora protecţia rezistentă la apă sau materialele de acoperire. Procedura de umplere trebuie protejată de grupul de siguranţă printr-o setare de limitare a presiunii care este mai mică decât presiuneamaximă de operare, marcată pe placa de identificare a captatorului. Sistemul trebuie să conţină un dispozitiv de deconectare prevăzut pentru umplerea cu lichid de transfer căldură. Acest dispozitiv de umplere trebuie să asigure că lichidul de transfer căldură sau apa de limpezire din circuitul primar nu revine în alimentarea cu apă potabilă. Un contor de apă amplasat în amonte faţă de punctual de umplere măsoară atât frecvenţa cât şi importanţa adaosurilor la circuitul primar. Fiecare operaţie de umplere a circuitului primar trebuie notată în registrul din camera cazanului (Articolul 16.7 de la Reglementări sanitare) 4.2 Punerea în funcţiune Etanşeitatea la apă a sistemului trebuie verificată în timpul procesului de punere în funcţiune. Testul de etanşeitate la apă trebuie realizat la presiunea normală de funcţionare. În timpul primei creşteri de temperatură, creşterea presiunii şi starea de funcţionare a protecţiei şi dispozitivelor de siguranţă trebuie supravegheate. Toate componentele trebuie verificate dacă nu au fost cumva deteriorate, dacă nu se mişcă în suporţii lor şi dacă dilatarea are loc fără emiterea de sunete sau fără deformări anormale. Comenzile dispozitivului de reglare trebuie setate în conformitate cu indicaţiile fabricanţilor. Dacă există un mijloc de control al debitului, acesta trebuie setat între 40 şi 80 kg/h pe m2 de suprafaţă de captator, dacă nu există indicaţii specifice în raportul studiului.

89

4.3 Darea în exploatare Exemplu de transcriere a unei proceduri de dare în exploatare a sistemului cu energie solară

RAPORT DE DARE ÎN EXPLOATARE Tip instalaţie: Client / beneficiar: Adresa: Tehnologie: Data 1: Instalator: Data 2: REPER / FUNCŢIA OBSERVAŢII Valori Decizie Măsuri Vizita 1 Vizita 2 CAPTATOARE tip număr marcă aspect acces racorduri instalaţie orientare unghi înclinare umbre suporţi coroziune

rezistenţa mecanică

demontaj armături fundaţii altele ŢEVI PRINCIPALE lungime diametru izolaţie între captatoare captatoare >> baterii

90

baterii >> ţevi principale ţevi >> schimbător COMANDĂ situaţie tip, marcă acces poziţia senzorilor acces pentru întreţinere lumini setări limită electro-valve teste PROTECŢII împământare manta princ. REZERVOR ENERG SOLARĂ tip, marcă volum/unitate număr situaţie izolaţie racorduri SCHIMBĂTOR

91

tip/marcă intern/extern mărime/putere ţevi izolaţie situaţie TELEMONITORIZARE situaţie senzori temperatură senzor iradiere debitmetru tip marcă diametru raport impulsuri intrări logice putere linie telefonică protecţii electrice DOCUMENTAŢIE dispunere ţevi scheme electrice listă piese de schimb rezultate teste instrucţiuni de siguranţă instrucţiuni de întreţinere

92

DIVERSE asigurări OBSERVAŢII GENERALE, RECOMANDĂRI, CONCLUZII SEMNĂTURI Client / Beneficiar Firmă Proiectare Instalator

93

4.4 Întreţinerea periodică Fiecare system trebuie acoperit de un contract de întreţinere tip P2 pentru instalaţia de apă caldă cu energie solară care este exclusiv solară, şi legat de o clauză din contractul pentru rezultate Garantate prin Folosirea Energiei Solare. El trebuie să intre în vigoare la data dării în exploatare. 4.4.1 Periodicitatea şi conţinutul intervenţiilor de întreţinere Persoana care răspunde de întreţinere poate interveni oricând consideră necesar. Totuşi trebuie realizată o inspecţie generală a instalaţiei trimestrial care să fie înregistrată în registrul de întreţinere care trebuie păstrat în cutia de comenzi electrice din incinta tehnică. Se vor face următoarele verificări în timpul fiecăreia din aceste inspecţii: a) în incintele tehnice: Verificarea presiunii din circuitul primar pe manometrul instalat în apropierea rezervorului

de echilibrare, (presiunea normală >2 bars când este rece), Funcţionarea supapei cu robinet de siguranţă din circuitul primar (mişcare rapidă pentru

deblocarea supapei, pentru a evita opierdere de presiune din circuit), Inversarea pompelor duble din circuitul primar (P1/P2) şi din circuitul secundar (P3/P4)

cu golirea finală a pompei. Măsurarea diferenţei de presiune din circuitul primar, Măsurarea debitului din circuitul primar folosind debitmetrul şi un ceas, Citiri temperatură schimbător de căldură (intrarea şi ieşirea pentrucircuitele primar şi

secundar), şi temperature rezervor de stocare, Controlul purjelor automate de aer, Funcţionarea tuturor vanelor fără excepţii cu revenirea la starea iniţială, Operarea vanelor de 7 bar de la intrarea pentru fiecare stocare, Verificarea stării de funcţionare a contoarelor de apă (rotaţia la curgere), Absenţa generală a pierderilor, buna stare de funcţionare a tuturor componentelor şi mai

ales, absenţa sunetelor anormale (zgomot de pompă). b) Referitor la captatoare: Controlul general al captatoarelor şi mai ales starea de curăţenie a lustrului şi a filtrelor. Controlul purjelor automate de aer, Controlul temperaturii de ieşire pentru fiecare reţea de captatoare în timpul unei perioade

însorite, folosind un termometru de contact sau prin simpla atingere, Verificarea poziţiei corecte a supapelor de comandă şi mişcarea acestora cu un sfert ¼ de

tură. NOTA: Purjele de aer automate sunt prevăzute cu o vană care face posibilă demontarea lor şi curăţirea fără golirea sistemului (în cazul unei pierderi permanente). 4.4.2 Justificarea inspecţiilor şi a intervenţiilor de întreţinere Următoarele puncte trebuie notate în registru, după fiecare vizită trimestrială: Numele membrului din personalul de întreţinere, Data, ora, timpul, vremea (însorit, noros, întunecat), Presiune circuit primar, Starea pompelor din circuitele primar şi secundar, Locul pompelor în funcţiune (primar şi secundar),

94

Rezultate măsurătoare pentru diferenţa de presiune din circuitul primar, Debitul din circuitul primar, Temperaturile de intrare şi ieşire pentru schimbătoare de căldură din circuitul primar şi

secundar. Temperatura pentru fiecare rezervor de stocare, Indexul celor 2 contoare de apă, Şi orice anomalie observată şi toate intervenţiile executate (curăţare captatoare, scoatere şi curăţare robinet de golire.....) Clientul sau reprezentantul acestuia trebuie informat imediat în cazul apariţiei unei anomalii. 4.4.3 Limite la serviciile de întreţinere Serviciul de întreţinere trebuie să acopere: - Înlocuirea (furnizare şi instalare) tuturor consumabilelor (îmbinări etanşe, siguranţe, lumini de avertizare), - Posibile reparaţii ale pierderilor din circuitul hidraulic, - Posibila completare a lichidului din circuitul primar, - Presiune de umplere: 2,5 bars la rece, - Presiune minimă: 1,5 bar la rece, - Posibila înlocuire a componentelor din stoc (lustruirea captatoarelor), - Alte verificări decât cele deja descries, cerute de instalator sau de client. Înlocuirea componentelor importante se poate face numai după ce toţi cei implicaţi au aprobat o estimare. 4.5 Tele-monitorizarea Tele-monitorizarea unui system cu energie solară are două obiective principale: Permiterea întocmirii unei evaluări de execuţie pentru energie Facilitarea detectării şi diagnosticării unei eventuale funcţionări necorespunzătoare,

pentru ameliorarea randamentului sistemului şi securizarea mai bună a acestuia. În particular, tele-monitorizarea este indispensabilă pentru sistemele cu contracte pentru Rezultate Garantate Garantate prin Folosirea Energiei Solare deoarece trebuie îndeplinite două funcţii: - Stabilirea performanţelor energiei pentru verificarea respectului garanţiei, - Detectarea penelor de funcţionare care ar putea duce la nerespectarea garanţiei. Costurile de tele-monitorizare includ: Investiţia iniţială (dispozitiv de tele-monitorizare şi senzori de măsurare), Costuri de exploatare (transmisie şi procesare date).

Aceste costuri sunt mai mult sau mai puţin independente de mărimea sistemului pe bază de energie solară. De aceea ele sunt acceptabile pentru instalaţiile colective dar sunt prea mari pentru încălzitoatele individuale de apă cu energie solară. În prezent, tele-monitorizarea se justifică pentru sistemele cu o suprafaţă a captatoarelor mai mare de 40 m2. Procesarea automată a datelor şi dezvoltarea echipamentelor necesare trebuie să facă posibilă coborârea pragului de rentabilitate. Descrierea tele-monitorizării Procesul de tele-monitorizare se compune în general din trei componente:

95

Măsurarea parametrilor esenţiali de operare, Achiziţia, procesarea şi transmiterea datelor, Analiza rezultatelor.

O staţie locală conectată la senzorii de măsurare şi prevăzută cu un processor, o memorie şi un system de transmisie (modem sau altceva), gestionează măsurătorile, stocarea de scurtă durată a datelor, o parte a calculelor şi transmisia. O staţie centrală şi un expert asigură stocarea de lungă durată a datelor, calcule adiţionale şi analiza rezultatelor. Alegerea măsurătorilor şi procesarea acestora trebuie adaptate la obiectivele de telemonitorizare. În general aceasta implică starea bună de funcţionare a sistemului şi determinarea performanţelor energetice. În acest caz, sistemul de telemonitorizare trebuie să respecte următoarele condiţii minime: a) Parametri măsuraţi (perioadă maximă de timp: 1 minut) Consum de apă caldă menajeră, Temperatură intrare schimbător de căldură (circuit primar), Temperatură intrare rezervor de stocare (circuit secundar), Temperatură ieşire rezervor de stocare (circuit distribuţie), Temperatură ieşire rezervor de stocare auxiliar (circuit distribuţie), Stare pompă P1, Stare pompă P2.

b) Parametri calculaţi dar ne-stocaţi (Perioada de timp: 1 minut). Necesar energie, Energie solară produsă, Energie de rezervă, Durată funcţionare pompa P1, Durată funcţionare pompa P2.

Perioada de timp dintre măsurători şi calculele energetice trebuie să fie scurtă deoarece variaţiile de temperatură ale apei şi cele de consum de apă caldă necesită un calcul integral care nu are la bază mediile. Ţinând cont de inerţia termică, o perioadă de timp de 1 minut este un compromis rezonabil. c) Parametri stocaţi, date detaliate (perioada de timp recomandată Δt = 10 minute) Consum de apă caldă menajeră (adaos peste Δt), Durată funcţionare pompa P1 (adaos peste Δt), Durată funcţionare pompa P2 (adaos peste Δt), Temperatură intrare schimbător de căldură (circuit primar) (medie peste Δt), Temperatură intrare rezervor de stocare (circuit secundar) (medie peste Δt), Temperatură ieşire rezervor de stocare (circuit distribuţie) (medie peste Δt), Temperatură ieşire rezervor auxiliar (circuit distribuţie) (medie peste Δt).

d) Parametri stocaţi, date zilnice (perioada de timp Δt = 1 zi) Consum de apă caldă menajeră (adaos zilnic), Durată funcţionare pompa P1 (adaos zilnic), Durată funcţionare pompa P2 (adaos zilnic), Necesar energie (adaos zilnic), Producţie energie solară (adaos zilnic), Consum energie auxiliar (adaos zilnic).

96

e) Parametri stocaţi, date statistice şi adaosuri de lungă durată (lună, an) Consum zilnic de apă caldă menajeră (medie lunară), Necesar zilnic energie (medie lunară), Producţie zilnică de energie solară (medie lunară), Fracţie solară (medie lunară şi anuală), Producţie energie solară (adaos anual), Productivitate anuală a sistemului pe m2

de suprafaţă captator. Datele de lungă durată asigură rezultatele de performanţă energetică ale sistemului. Aceste date se calculează şi se stochează în staţia centrală apoi se diseminează regulat, în principal către utilizatori (frecvenţă lunară, anuală). Datele zilnice asigură un mijloc de detectare a unei eventuale funcţionări necorespunzătoare. Datele sunt transferate şi analizate la intervale regulate (o dată pe săptămână, de exemplu). Datele detaliate asigură o viziune a comportamentului sistemului: profile de consum şi producţie, starea de funcţionare şi reglarea… şi ajută la diagnosticare în caz de funcţionare necorespunzătoare. Aceste date se transmit regulat în faza de punere în funcţiune a sistemului, apoi ocazional, şi atunci când analiza detectează o disfuncţionalitate.

97

5. Pentru informaţii suplimentare http://www.ademe.fr http://www.cstb.fr http://www.tecsol.fr http://www.costic.asso.fr http://www.sigma-consultants.fr http://www.outilssolaires.com http://europa.eu.int/en/comm/dg17/programs.htm http://www.agores.org/ http://www.greentie.org/iea_coll.htm http://www.unesco.org/science/wsp/ http://www.worldbank.org/html/extdr/thematic.htm http://www.satel-light.com) http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/ http://wrdcmgo.nrel.gov/html/get_data-ap.html

Slovenia http://www.ee.uni-lj.si/ http://www.soncnikolektorji.si/ Bulgaria http://www.sec.bg http://www.meteo.bg/meteorology http://www.bas.bg http://www.erato.bg http://www.apexexperts.com http://www.kovex.biz http://www.ecothermal-bg.com http://www.nes-bg.com

Romania http://www.ovm-iccpet.ro/

6. Exemple de sisteme colective cu energie solară Bulgaria Căminul vârstnicilor „St. Vassilij Veliki” din Plovdiv-BG Clădire de locuinţe – Bl. 25 în cartierul „Levski” din Sofia-BG Clădire de locuinţe în cartierul Simeonovo – Sofia-BG NEK Holiday Home „Energi 1” – „St.St. Konstantin and Helena”, Varna-BG Hotel Arabella Beach, staţiunea Albena - BG Hotel Elit, Balchik - BG Hotel Iberostar, staţiunea Sunny Beach - BG Căminul vârstnicilor din oraşul Silistra - BG Hotel Albatros, staţiunea Primorsko - BG NEK Holiday home din Primorsko - BG Franţa Instituţia medicală Héliomarin de Vallauris - FR Instituţia medicală Castelluccio - FR

98

Instituţia medicală Rhône-Azûr - FR Locuinţa socială Les Tilleuls, Carcassonne - FR Căminul universitar Foucques (Crous 1), La Réunion - FR Spital la Castres - FR

Slovenia Centrul tehnologic Špan, Brezovica pri Ljubljani - SLO Dom Tisje, Šmartno pri Litiji - SLO Župnijska cerkev Sv. Petra in Sv. Pavla, Zagorje ob Savi - SLO Therme Snovik, Kamnik - SLO Dom paraplegikov, Pacug - SLO Dom starejših obcanov Preddvor, Preddvor – SLO

Romania Hotel Belvedere, Brasov Hotel Siret , Mamaia District heating, Mangalia District heating, Giurgiu

Spania Instituţia medicală d'Alt Rendiment (locuinţă) - SP Complex balnear la Mataro - SP Spitalul Sant Miquel, Barcelona - SP Hotel Hipocampo Playa, Balears Islands - SP

Tunisia Hotel Kheops, TU