Încălzire solară ca completare a centralei

Soarele bate pe acoperișul casei gratuit în fiecare zi, însă aproape toate gospodăriile nu îl folosesc deloc pentru încălzirea apei – centrala termică sau pompa de căldură trebuie să pornească și într-o zi fierbinte de iulie doar pentru a încălzi câțiva litri de apă caldă de uz casnic pentru o duș. Încălzirea solară ca completare a centralei este exact despre asta: nu este vorba de înlocuirea sursei principale de căldură, ci de o completare rațională care, în lunile calde, preia o mare parte din încălzirea apei calde de uz casnic și ușurează centrala de ciclurile inutile.

Sistemul solar de încălzire a apei (instalație solară pentru apă caldă) constă din panouri solare termice montate pe acoperiș, care încălzesc lichidul de răcire – o amestec de apă și substanță antigel – apoi dintr-un boiler solar cu schimbător de căldură, o unitate de pompare care asigură circulația lichidului și o unitate de control care evaluează și comandă întregul proces. Toate aceste componente formează un circuit închis, autonom, care se conectează la sistemul de încălzire existent al gospodăriei doar în punctul boilerului solar.

În acest articol vom analiza din ce se compune în realitate instalația solară, ce diferență există între panourile solare plane și cele cu vid, cum funcționează boilerul solar, unitatea de control și unitatea de pompare, cum se rezolvă distribuția țevilor și fixarea panourilor solare pe diferite tipuri de acoperișuri și, în final, de ce circuitul solar are nevoie de o vas de expansiune proprie și de completări periodice. Dacă vă gândiți la o completare solară pentru centrala dvs., acest ghid vă va ajuta să înțelegeți în ce investiți în realitate și ce vă puteți aștepta de la un astfel de sistem.

Instalația solară constă din patru componente interconectate.

Ce conține exact instalația solară și cum colaborează cu centrala

Sistemul solar nu este un singur aparat, ci suma mai multor componente interconectate. Pe acoperiș sunt montate panourile solare termice, ale căror rol este de a prinde radiația solară și de a o transforma în căldură în lichidul de răcire – o amestec de apă și substanță antigel, care trebuie să reziste înghețului iernic și temperaturilor ridicate de vară, când panourile nu sunt solicitate (de exemplu, în timpul concediului). Acest lichid circulă într-un circuit închis spre camera tehnică, unde transferă căldura prin schimbătorul din boilerul solar.

Boilerul solar este punctul central în care se întâlnește circuitul solar cu sistemul de încălzire existent al gospodăriei. Centrala (termică pe gaz, electrică sau altă sursă de căldură) continuă să încălțe apa până la temperatura dorită în orice moment când nu este suficientă căldură solară – în practică, acest lucru înseamnă că sistemul completează sursa principală de căldură, dar nu o înlocuiește. Cele mai multe, instalația solară poate acoperi exact încălzirea apei calde de uz casnic în lunile de vară, când este suficientă radiația solară și consumul de căldură pentru încălzirea încăperilor este minim sau nul.

Unitatea de control este „creierul“ întregii instalații – compară temperatura de pe panou cu cea din boiler și, pe baza acestei diferențe, decide când are sens să pornească circulația. Unitatea de pompare este „inima“ – asigură fizic mișcarea lichidului prin circuit. Fără niciunul dintre aceste elemente, sistemul ar funcționa incomplet sau ineficient (de exemplu, pompa ar merge chiar și atunci când panoul este mai rece decât boilerul, ceea ce ar duce la preluarea inversă a căldurii). Un ghid complet privind alegerea instalației potrivite pentru o anumită casă îl găsiți în articolul Cum alegi sistemul solar pentru încălzirea apei.

Alegerea tipului de panou depinde de faptul dacă este vorba în principal de încălzirea de vară sau de performanță și în afara sezonului.

Panouri solare plane sau cu vid – cum alegi

La alegerea panourilor solare se ridică aproape întotdeauna întrebarea dacă alegeți tipul plan sau cu vid (tubular). Panourile solare plane au o suprafață de absorbție acoperită cu sticlă temperată montată într-un cadru izolat. Avantajul principal este prețul mai mic și rezistența mecanică mai mare – suportă mai bine ploile cu granit decât panourile cu vid fragile. Pentru încălzirea obișnuită a apei calde de uz casnic în condițiile climatice ale țării noastre, panourile solare plane sunt de obicei suficiente și sunt alegerea cea mai frecventă în cazul unui încălzire solară suplimentară pentru centrală.

Colectoarele cu vid (în formă de țeavă), dimpotrivă, ating un randament mai mare, în special la temperaturi exterioare scăzute și la o intensitate mai mică a radiației solare – adică tipic în iarnă, primăvara sau toamna, când soarele nu strălucește atât de puternic și aerul este rece. Această proprietate are însă un preț, atât în sens propriu, cât și în sens figurat: colectoarele cu vid sunt mai scumpe și mai fragile decât variantele plate. La luarea unei decizii, depinde deci în primul rând de faptul ce rol are sistemul solar în gospodăria respectivă – dacă scopul este în primul rând un încălzire ieftină a apei calde menajere în vara, ca o completare a centralei termice, colectoarele plate sunt alegerea logică și mai economică. Dacă, dimpotrivă, intenția este de a obține cât mai multă energie solară chiar și în afara lunilor de vară, colectoarele cu vid oferă un performanță mai bună la prețul unei investiții mai mari și a nevoii de a fi manevrate cu mai multă atenție atât în timpul montajului, cât și în timpul exploatării (de exemplu, la curățarea zăpezii de pe acoperiș).

O comparație mai detaliată a ambelor tipuri de colectoare, inclusiv a potrivirii lor pentru diferite tipuri de clădiri, o găsiți în articolul separat Colectoare solare plate vs. cu vid. Acolo veți afla și ce trebuie luat în considerare la alegerea unui anumit model.

Accumulator solar – rezervor cu două schimbătoare de căldură

Un boiler obișnuit nu este potrivit pentru încălzirea solară, deoarece nu are o schimbătoare conectată la circuitul solar. Un boiler solar are, în plus față de un boiler standard, cel puțin o schimbătoare de căldură conectată chiar la circuitul solar – adesea are chiar două schimbătoare, iar a doua servește la încălzirea suplimentară cu centrala termică, atunci când energia solară nu este suficientă. Datorită acestei organizări, apa din rezervor este încălzită indirect: lichidul termic solar circulă separat în propriul său circuit închis și niciodată nu ajunge în contact direct cu apa menajeră pe care o deschideți acasă la robinet.

Această separare este importantă din două motive. În primul rând, lichidul termic din circuitul solar conține o componentă antigel și nu este destinat unui contact direct cu apa potabilă. În al doilea rând, datorită celor două schimbătoare independente, rezervorul poate primi căldură simultan din două surse diferite – de la soare prin circuitul solar și de la centrala termică prin circuitul clasic de încălzire – și poate combina inteligent ambele surse în funcție de care este disponibilă în momentul respectiv. În practică, acest lucru înseamnă că într-o zi de vară soareluită, aproape toată căldura provine aproape exclusiv din circuitul solar, în timp ce într-o zi de iarnă înnorată, aproape toată sarcina o preia centrala termică prin a doua schimbătoare – rezervorul nu comută manual între aceste regimuri, ci primește pur și simplu căldura de la sursa care este mai caldă în acel moment.

Alegerea dimensiunii și configurației corecte a rezervorului solar depinde de numărul de persoane din gospodărie, de suprafața colectoarelor, dar și de faptul dacă rezervorul trebuie să servească doar pentru apa caldă menajeră sau dacă trebuie să contribuie parțial și la încălzire. Un ghid detaliat pentru alegerea unui anumit rezervor îl găsiți în articolul Ce tip de rezervor solar aveți nevoie.

Unitatea de reglare și grupul de pompare – creierul și circulația sistemului

Unitatea de reglare (sau reglarea solară) compară neîntrerupt temperatura de pe colector și temperatura din rezervor, folosind senzori montați în ambele locații. În momentul în care colectorul este mai cald decât rezervorul cu o diferență de temperatură predefinită, unitatea de reglare activează pompa de circulație a grupului solar și căldura începe să se transfere către rezervor. Când diferența scade sub limita stabilită (de exemplu, seara, când soarele apune, sau când rezervorul este deja suficient de încălzit), pompa se deconectează din nou – astfel, sistemul funcționează automat, fără a necesita intervenții manuale.

Unitatea de pompare asigură fizic circulația lichidului termic și, într-un singur bloc compact, conține adesea chiar pompa de circulație, vane de închidere, termometre și manometre pentru monitorizarea temperaturii și a presiunii în circuit, precum și o supapă de siguranță în caz de suprapresiune. Această soluție compactă ușurează semnificativ montajul și întreținerea ulterioară – toate elementele importante sunt vizibile și accesibile pe un singur loc, în loc să fie răspândite prin toată încăperea tehnică.

Exact din acest motiv, că unitatea de reglare și grupul de pompare trebuie să fie compatibile între ele și corect reglate, merită acordată aceleiași atenții la alegerea lor ca și colectoarelor. Mai multe informații despre modul în care aceste două componente funcționează împreună și ce trebuie avut în vedere la combinarea lor, le găsiți în articolul Unități de reglare și grupuri de pompare ale sistemelor solare.

Distribuția între colector și încăperea tehnică

Lichidul termic trebuie să parcurgă distanța de la colectoarele de pe acoperiș până la rezervorul solar din încăperea tehnică, adesea traversând subsolul, șanțul sau fațada casei. Pentru această distribuție se folosește tradițional țeava de cupru sau inox, care este izolată direct pe loc în timpul montajului – adică instalatorul trebuie să monteze mai întâi țeava și apoi să o izoleze pas cu pas împotriva pierderilor de căldură și a influențelor meteorologice.

O alternativă este țeava flexibilă izolată 2 în 1, care conduce simultan țeava de alimentare și țeava de retur (de recirculare) într-un singur plasaj flexibil, fiind deja izolată din fabrică. Această construcție reduce semnificativ timpul de montaj, deoarece nu trebuie izolată suplimentar nici pe acoperiș, nici în șanț – este suficient să se tragă țeava de la punctul A la punctul B și să se conecteze. Pentru firmele de instalare, dar și pentru gospodării care reface acoperișul sau au un timp limitat pentru montaj, aceasta este o alegere practică care reduce riscul de erori la izolarea pe acoperiș în înălțime.

Secțiunile mai scurte ale distribuției, de exemplu direct în încăperea tehnică la conectarea la grupul de pompare sau la rezervor, se rezolvă adesea cu ajutorul țevii flexibile din inox (ondulată), care este rezistentă la temperaturile ridicate care apar frecvent în circuitul solar, în special atunci când colectorul nu este evacuat și lichidul din el poate atinge temperaturi ridicate.

Alegerea între țevi clasice și țeavă flexibilă 2v1 depinde în principal de lungimea traseului, de accesibilitatea acoperișului și de cât timp are firma de montaj la dispoziție pentru instalare. O analiză detaliată a ambelor soluții o găsiți în articolul Țevi solare și vlnite din oțel inoxidabil – cum funcționează.

Fixarea colectorilor în funcție de tipul acoperișului

Colectorii nu pot fi pur și simplu puse pe acoperiș – au nevoie de o construcție specializată de montaj, care să corespundă exact tipului de acoperiș și dimensiunilor colectorului respectiv. Pe acoperișul înclinat, construcția diferă în funcție de tipul de acoperiș – plăci de șindrin, tablă sau cutii de șopârlă necesită metode diferite de fixare, astfel încât acoperișul să nu fie deteriorat în timpul montajului și fixarea să rămână stabilă pe termen lung, chiar și în condiții de vânt puternic și încărcare cu zăpadă.

Pe acoperișul plat, dimpotrivă, se folosește o construcție de montaj cu un unghi de înclinare reglabil, cel puțin 15 grade. Acest unghi minim nu este întâmplător – asigură faptul că colectorul se poate curăța singur prin apă ploiosă, care alunecă pe suprafața înclinată a colectorului și îndepărtează praful și impuritățile. Fără o înclinare suficientă, praful ar putea rămâne pe suprafața colectorului pe termen lung, ceea ce ar duce la scăderea randamentului acestuia. În afară de acoperișul înclinat și plat, este posibil să se monteze colectoare și pe fațada clădirii sau direct pe sol, dacă configurația terenului și orientarea spre soare permit acest lucru.

Este esențial ca construcția de montaj să corespundă exact dimensiunilor tipului de colector – nu este vorba despre un component universal, care se potrivește oricărui model, ci despre un element proiectat special pentru un model definit și un tip de acoperiș anume.

Dacă aveți de rezolvat montarea pe un acoperiș neobișnuit sau nu știți ce construcție este potrivită pentru colectorul dvs., o prezentare detaliată a soluțiilor în funcție de tipul acoperișului o găsiți în articolul Fixarea colectorilor – acoperiș înclinat, acoperiș plat, fațadă.

Prețurile componentelor instalației solare diferă semnificativ în funcție de tip și funcție.

Vas de expansiune, umplerea și presiunea în circuitul solar

Circuitul solar este un sistem închis și sub presiune, ceea ce înseamnă că lichidul termic din acesta circulă în mod constant fără contact cu aerul exterior. La temperaturile ridicate pe care le atinge lichidul pe colector în timpul verii, volumul acestuia crește – și tocmai pentru a compensa această expansiune volumetrică, circuitul solar are la dispoziție propria sa vasă de expansiune. Fără aceasta, creșterea presiunii în sistem ar putea duce la deteriorarea țevilor, racordurilor sau chiar a colectorului.

Sistemul este umplut și aerisit cu ajutorul unei pompe de umplere manuale sau electrice prin robinete de umplere, la fel ca în cazul unui circuit de încălzire obișnuit al unei case. Această umplere nu este o operațiune unică, efectuată doar la instalare – în timpul funcționării sistemului, poate fi necesară din nou completarea sau aerisirea circuitului, de exemplu după intervenții de service sau dacă în sistem se formează o bule de aer, care împiedică circulația normală a lichidului.

Verificarea presiunii în circuitul solar face parte din sarcinile de bază pe care utilizatorul instalației solare ar trebui să le monitorizeze – tocmai de aceea, unitatea pompei este echipată cu un manometru, astfel încât presiunea actuală să fie mereu vizibilă. Informații mai detaliate despre service, umplere și cele mai frecvente defecțiuni ale sistemelor solare le găsiți în articolul Service, umplere și defecțiuni comune ale sistemelor solare.

Încălzirea solară pe parcursul anului – vara, perioadele intermediare, iarna

Contribuția instalației solare variază semnificativ în funcție de anotimp. În vara, când este cel mai multă radiație solară și casa nu este încălzită, instalația solară poate prelua o mare parte din încălzirea apei calde menajere – centrala termică funcționează foarte rar, dacă nu chiar deloc, deoarece acumulatorul este suficient de încălzit direct de la soare. Acest lucru reprezintă principalul și cel mai real beneficiu al adăugării unui sistem solar la centrală, pe care fiecare interesat ar trebui să îl țină în prim plan atunci când ia decizia de investiție.

În perioadele intermediare, adică primăvara și toamna, radiația solară este mai redusă și intensitatea ei variază în funcție de vreme – în aceste luni, sistemul solar contribuie parțial la încălzirea apei, dar centrala termică trebuie să completeze periodic încălzirea prin cel de-al doilea schimbător de căldură din acumulatorul solar. În iarnă, când este cel mai puțin soare și cererea de căldură pentru încălzire este maximă, sarcina de încălzire a apei și a încălzirii casei o preia aproape în totalitate sursa principală de căldură – centrala termică sau pompa de căldură. Sistemul solar nu este și nu trebuie să fie proiectat ca o alternativă la centrală, ci ca un complement, care economisește cel mai mult tocmai în lunile în care centrala ar funcționa ineficient doar pentru încălzirea apei calde.

Procedura exactă de montare a unei astfel de instalații pas cu pas – de la fixarea colectorilor, prin distribuția țevilor până la conectarea acumulatorului, unității pompe și a unității de comandă – o găsiți în articolul Montarea instalației solare – procedură pas cu pas.

Exemple reale din practică

Casa de familie cu acoperiș înclinat orientat spre sud. O familie de patru persoane folosea exclusiv centrala termică în condensare cu încălzitor cu acumulare pentru încălzirea apei calde menajere. În vara, chiar dacă nu era nevoie de încălzire, centrala funcționa totuși periodic doar pentru a încălzi apa pentru duș și spălare. În timpul reparației acoperișului, familia a decis să extindă sistemul cu colectori solari plini, care, datorită acoperișului înclinat acoperit cu șindrin, au fost fixați cu o construcție de montaj special proiectată pentru acest tip de acoperiș. Încălzitorul cu acumulare existent a fost înlocuit cu un acumulator solar cu două schimbătoare de căldură – una pentru circuitul solar, alta pentru completarea încălzirii de la centrală. Comanda pompei a fost preluată de o reglare solară, care compară temperatura colectorului și a acumulatorului și activează pompa de circulație doar atunci când transferul de căldură are sens. Deoarece reparația acoperișului a fost făcută simultan cu înlocuirea acoperișului, pentru distribuția între colectori și încăperea tehnică s-a folosit țeavă flexibilă 2v1 izolată, care a permis o montare mai rapidă fără nevoia unei izolări suplimentare pe acoperiș la înălțime. Rezultatul este că, în lunile de vară, centrala termică din această casă a încetat practic să mai funcționeze pentru încălzirea apei – aproape toată căldura o furnizează circuitul solar, iar centrala servește doar ca o rezervă pentru zilele înnorâte.

Bungalow cu acoperiș plat. Deținătorul unui bungalow cu acoperiș plat a dorit să extindă centrala termică electrică existentă cu un încălzitor solar pentru apă caldă menajeră. Deoarece acoperișul era plat, a fost necesară alegerea unei structuri de montaj cu un unghi ajustabil de cel puțin 15°, astfel încât panoul solar să se poată curăța singur prin ploaie și să nu se acumuleze praf de pe acoperiș. Un scurt tronson de distribuție în însăși încăperea tehnică, unde țevile erau racordate la unitatea de pompă și la boiler, a fost rezolvat cu ajutorul unui țeavă flexibilă din oțel inoxidabil (ondulată), care rezistă bine la temperaturile ridicate pe care le atinge lichidul termic în timpul verii, atunci când consumul este scăzut. Comanda a fost preluată de reglarea solară conectată la senzorii panoului și ai boilerului. La pornirea inițială a sistemului, a fost necesară completarea și deaerarea circuitului cu ajutorul unei pompe de completare prin robinete de completare – o operațiune obișnuită, pe care firma de montaj a efectuat-o direct la predarea sistemului. Astfel, deținătorul a obținut o sursă suplimentară de încălzire a apei fără a interveni asupra centralei termice electrice, care continuă să fie sursa principală de căldură în afara lunilor de vară.

Întrebări frecvente despre încălzirea solară ca supliment pentru centrală

Va înlocui complet sistemul solar centrala mea?
Nu. Sistemul solar completează sursa principală de căldură – centrala termică sau pompa de căldură – dar nu o înlocuiește complet. În special poate acoperi încălzirea apei calde menajere în lunile de vară, când este suficientă radiația solară. În iarnă și în timpul sezonului de încălzire, sarcina principală o preia în continuare centrala termică.

Care tip de panou este mai potrivit – plan sau cu vid?
Panourile plane sunt mai ieftine și mai rezistente mecanic, de exemplu față de ploaia de pietriș, și în condițiile climatice obișnuite din țara noastră, de obicei, sunt suficiente pentru încălzirea apei calde menajere. Panourile cu vid (tubulare) au un randament mai mare la temperaturi scăzute și la o radiație solară slabă, dar sunt mai scumpe și mai fragile. Alegerea depinde de faptul dacă doriți un încălzire ieftină în vara sau performanță și în afara verii.

Ce este boilerul solar și de ce nu este suficient un boiler obișnuit?
Boilerul solar are, în plus față de un boiler obișnuit, cel puțin un schimbător de căldură conectat la circuitul solar, adesea și un al doilea schimbător pentru încălzirea suplimentară cu centrala. Apele sunt încălzite indirect – lichidul solar circulă separat într-un circuit închis și nu intră în contact cu apa menajeră. Un boiler obișnuit nu are acest schimbător, așa că nu se poate conecta simplu circuitul solar la el.

Unitatea de comandă porneste și oprește pompa în funcție de diferența de temperatură dintre panou și boiler.

Cum știe unitatea de comandă când să pornească pompa?
Unitatea de comandă compară temperatura de pe panou și în boiler cu ajutorul senzorilor. Când panoul este mai cald decât boilerul cu diferența stabilită, pornește pompa de circulație a grupului solar. Când diferența scade, pompa se oprește, astfel încât căldura să nu se transfere invers.

Care este diferența dintre țeava clasică și țeava flexibilă 2v1?
Țeava clasică de cupru sau oțel inoxidabil trebuie izolată suplimentar direct pe locul de montaj după montare. Țeava flexibilă 2v1 preizolată duce atât conducta de alimentare, cât și cea de retur într-un singur țeavă izolată și flexibilă, așa că nu trebuie izolată suplimentar nici pe acoperiș, nici în șacht – montarea este astfel mai rapidă.

Cum se fixează panourile solare pe diferite tipuri de acoperișuri?
Panourile solare se fixează cu ajutorul unei structuri de montaj specializate, în funcție de tipul acoperișului: pe acoperișul înclinat în funcție de tipul acoperișului (țiglă, tablă, cutie de șopârlă), pe acoperișul plat cu o structură cu unghi ajustabil, de obicei cel puțin 15° pentru curățarea naturală prin ploaie, eventual pe fațadă sau pe sol. Structura trebuie să corespundă exact dimensiunilor tipului specific de panou solar.

De ce are circuitul solar nevoie de vas de expansiune?
Circuitul solar este închis și sub presiune. La temperaturi ridicate, volumul lichidului termic se mărește și vasul de expansiune compensează această dilatație – fără el, ar putea apărea o presiune excesivă în circuit, care ar putea deteriora țevile, racordurile sau panoul.

Cum se umple și deaerizează sistemul solar?
Circuitul solar se umple și deaerizează cu o pompă de completare manuală sau electrică prin robinete de completare, la fel ca și circuitul de încălzire al casei. Este o operațiune necesară nu doar la prima montare, ci și periodic mai târziu, de exemplu după intervenții de service.

Trebuie să mă ocup separat de service-ul sistemului solar față de centrală?
Circuitul solar este un sistem închis și autonom cu propria unitate de pompă, care conține și manometre pentru verificarea presiunii – acestea permit monitorizarea simplă a stării sistemului. Detalii despre service, completare și cele mai frecvente defecțiuni le găsiți într-un articol separat dedicat acestei teme, linkul fiind afișat mai jos în temele legate.

Temă legate

• Cum alegi sistemul solar pentru încălzirea apei
• Panouri solare plane vs. cu vid
• Ce boiler solar ai nevoie
• Țevi solare și țevi ondulate din oțel inoxidabil – cum funcționează
• Unități de comandă și grupuri de pompe pentru sisteme solare
• Fixarea panourilor solare – acoperiș înclinat, acoperiș plat, fațadă
• Montarea sistemului solar – pașii pas cu pas
• Service, completare și defecțiuni frecvente ale sistemelor solare
• Întrebări frecvente despre sisteme solare și panouri

Aveți întrebări despre sistemele solare sau panourile solare termice?

Nu reușiți să luați o decizie sau aveți o situație concretă în gospodăria dumneavoastră? Trimiteți-ne un mesaj – vă oferim cu plăcere consultanță.

Numele și prenumele Nu completați acest câmp:

Email

Mesaj