Unități de control și grupuri pompe pentru sisteme solare

Colectorul solar de pe acoperiș este cea mai vizibilă componentă a unui sistem solar pentru încălzirea apei, dar fără o unitate de control și o grupă pompe ar rămâne doar o placă de metal sub geam, care se poate încălzi și răci singură. Exact unitatea de control și grupa pompe determină dacă căldura din colector ajunge cu adevărat acolo unde este nevoie – în rezervorul solar, unde este stocată ca apă caldă menajeră. În practică, acestea sunt două componente care se livră și montează frecvent împreună, deși au funcții diferite: una „decide", alta „execută".

Sistemul solar pentru încălzirea apei (montaj solară pentru apă caldă) constă în general din colectoare solare de pe acoperiș, care încălzesc lichidul termic (o amestec de apă și antigel), un rezervor solar cu schimbător de căldură, o unitate de pompă și o unitate de control. Este important să aveți așteptări realiste – un astfel de sistem completează, nu înlocuiește complet sursa principală de căldură (centrală termică, pompă de căldură), acoperind în special încălzirea apei calde menajere în lunile de vară, când este suficientă radiația solară și consumul de căldură pentru încălzirea spațiilor este minim sau inexistent.

În acest articol ne vom uita în detaliu chiar la acea parte a sistemului care este cel mai adesea subestimată la alegere, deși are un impact direct asupra cantității reale de căldură utilizate: unitatea de control (solară), grupa pompe, conexiunea cu țevile și rezervorul, precum și la componente conexe precum vasul de expansiune. Dacă rezolvați alegerea completă a unui sistem solar de la zero, vă recomandăm mai întâi articolul Cum alegeți un sistem solar pentru încălzirea apei, unde veți găsi un context mai larg privind alegerea componentelor individuale.

Unitatea de control compară neîncetat temperaturile și activează pompa doar atunci când are sens transferul de căldură către rezervor.

Cum funcționează unitatea de control (solară)

Unitatea de control este „creierul" întregului circuit solar. Rolul ei este să compare neîncetat temperatura de pe colector și temperatura din rezervor folosind senzori (senzori de temperatură) montați în ambele locații. Când colectorul este mai cald decât rezervorul cu o diferență predefinită, unitatea de control activează pompa de circulație a grupului solar și lichidul termic începe să circule – căldura se transferă astfel de la colector la rezervor. Când diferența scade sub limita stabilită (de exemplu, seara, sau când rezervorul s-a încălzit suficient), unitatea oprește pompa, astfel încât căldura să nu revină înapoi în colector și să nu se disipeze din sistem prin colectorul răcit.

Această logică sună simplu, dar în practică rezolvă simultan o mulțime de situații – faza de pornire dimineața, când colectorul este încă rece, trecerea noroasă, când temperatura colectorului se schimbă rapid, precum și protecția împotriva supracălzirii, când rezervorul este deja plin și colectorul continuă să producă căldură fără să aibă unde s-o ducă. O unitate de control de calitate nu este doar un simplu termostat cu două senzori, ci un dispozitiv care poate evalua simultan mai multe stări de funcționare și protejează astfel sistemul și pompa împotriva uzurii inutile.

Un exemplu de astfel de unitate de control este Euroster 813 Solar – o reglare solară destinată direct controlului pompei în funcție de diferența de temperatură dintre colector și rezervor. Este un reprezentant tipic al categoriei: electronică compactă, care se conectează la senzori și la pompa de circulație a grupului pompe, și apoi decide automat când trebuie pornit și opriț sistemul.

La alegerea unei unități de control este util să țineți cont și de faptul că este o componentă care se poate înlocui destul de ușor în caz de defecțiune, fără intervenții în restul circuitului – tocmai de aceea se vinde adesea ca înlocuire separată, nu doar ca parte a unei asamblări complete. Dacă rezolvați o defecțiune a unui sistem existent, mai multe informații pe această temă găsiți în articolul Service, umplere și defecțiuni comune ale sistemelor solare.

Unitatea de pompă – inima circuitului solar

În timp ce unitatea de control decide, unitatea de pompă (grupul pompe) asigură efectiv circulația lichidului termic. Nu este vorba doar de pompa în sine – unitatea de pompă conține pompa, robinete de închidere, termometre și manometre (pentru verificarea temperaturii și a presiunii în circuit direct pe loc) și un supap de siguranță. Toate aceste elemente sunt integrate într-un singur bloc compact, ceea ce ușurează semnificativ montajul și întreținerea ulterioară – în loc de mai multe componente separate amplasate în încăperea tehnică, instalatorul are un singur bloc compact care se conectează ușor la țevile de la colector și la rezervor.

Această soluție are un sens practic și din punct de vedere al întreținerii viitoare. Dacă trebuie înlocuită pompa sau verificată presiunea în circuit, robinetele de închidere de pe unitatea de pompă permit izolarea acestui segment de circuit fără a fi nevoie să se golească întregul sistem. Manometrul direct pe unitate servește, de asemenea, ca o verificare vizuală rapidă – dacă presiunea din circuitul închis scade sub valoarea obișnuită de funcționare, este un semnal că poate există o scurgere sau că circuitul trebuie completat.

Unitatea de control și unitatea de pompă se cumpră și montează aproape întotdeauna ca pereche – una fără alta nu are sens, deoarece unitatea de control are nevoie de o pompă pe care să o comande, iar grupul de pompă are nevoie de o unitate de control care să-i spună când să funcționeze. La planificarea bugetului pentru un sistem solar, țineți cont deci de ambele componente ca de un singur ansamblu funcțional.

Conectarea la țevi și la conducta dintre colector și încăperea tehnică

Unitatea de pompă este de obicei montată în încăperea tehnică, chiar lângă rezervor, în timp ce colectoarele se află pe acoperiș – între ele trebuie să treacă o conductă prin care lichidul termic curge în ambele sensuri. Această conductă are două realizări obișnuite. Prima este țeava clasică din cupru sau inox, care se izolează suplimentar pe acoperiș și în șaibă cu izolație termică rezistentă la factorii externi. A doua, tot mai populară, este țeava flexibilă izolată 2v1 – un plăști flexibil care conține atât conducta de alimentare, cât și cea de retur (returul) într-un singur ansamblu, deja izolată la fabricație.

Avantajul țevii flexibile 2v1 este în primul rând în timpul montajului – deoarece este deja izolată, instalatorul nu trebuie să o acopere suplimentar cu izolație pe acoperiș sau într-o șaibă îngustă, unde lucru cu țevi rigide și materiale de izolație este mult mai dificil. Flexibilitatea țevii ușurează de asemenea trecerea prin trecători și colțuri, unde țeava rigidă ar necesita mai multe racorduri și țevi curbe.

Direct la conectarea colectorului, unde țeava este expusă temperaturilor ridicate și trebuie să reziste și la mișcările cauzate de dilatarea termică a structurii acoperișului, se folosește adesea un scurt segment de țeavă flexibilă inox – așa-numitul vâlvă. Este o țeavă flexibilă inox, rezistentă la temperaturile ridicate ale lichidului solar și care poate compensa mici mișcări în zona de conectare, unde țeava rigidă ar putea fisura sau se poate deconecta în timp.

O comparație mai detaliată a ambelor tipuri de conducte, inclusiv când merită să alegeți țeava flexibilă și când este mai bine să alegeți țeava clasică cu vâlvă, o găsiți în articolul separat Țevi solare și vâlve inox – cum funcționează.

Prețuri orientative ale principalelor componente ale circuitului solar menționate în articol.

Fixarea colectorilor și influența asupra montajului grupului de pompă

Deși la prima vedere nu pare direct legată, modul de fixare a colectorilor pe acoperiș are influență și asupra modului în care se va duce țeava către unitatea de pompă și asupra cerințelor de montaj privind lungimea și traseul conductei. Colectoarele se fixează cu o structură specializată de montaj în funcție de tipul acoperișului – acoperiș înclinat (cu diferite acoperiri ca șindrină, tablă sau cutie), acoperiș plat (unde se folosește o structură cu înclinare reglabilă, de obicei 15° sau mai mult, pentru curățare prin ploaie) sau eventual fixare pe fațadă sau pe sol. Structura trebuie să corespundă exact dimensiunilor tipului specific de colector montat.

Pentru acoperișul plat este tipică, de exemplu, o setă de fixare cu înclinare reglabilă, care asigură faptul că colectorul va avea pe acoperișul altfel orizontal înclinația necesară de cel puțin 15° – nu doar pentru unghiul optim de incidență a radiației solare, ci și pentru ca apa de ploaie să se poată scurge singură de pe suprafața colectorului și să îndepărteze impuritățile și praful care ar altfel reduce randamentul.

Alegerea tipului de fixare se face întotdeauna la începutul proiectului, deoarece determină poziția exactă a colectorului pe acoperiș și, implicit, lungimea traseului țevii (fie clasică, fie flexibilă 2v1) spre încăperea tehnică cu unitatea de pompă. O prezentare completă a opțiunilor de fixare în funcție de tipul acoperișului o găsiți în articolul Fixarea colectorilor – acoperiș înclinat, acoperiș plat, fațadă, unde este și un exemplu concret de setă de fixare pentru acoperiș plat cu colector KS 2100F.

Accumulator solar și conectarea sa la unitatea de reglare

Unitatea de reglare și grupa de pompare ar fi inutile fără un accumulator corespunzător pe partea opusă a circuitului. În comparație cu un boiler obișnuit, un boiler solar are, în plus, cel puțin un schimbător de căldură conectat la circuitul solar – adesea un al doilea schimbător menit să finalizeze încălzirea cu ajutorul centralei termice. Astfel, apa din boiler se încălzește indirect: lichidul solar circulă separat într-un circuit închis propriu (pompat de unitatea de pompare și controlat de reglarea solară) și nu intră niciodată în contact direct cu apa menajeră pe care o veți folosi ulterior, de exemplu, la duș sau la spălare.

Unul dintre senzorii unității de reglare este adesea montat chiar în partea de jos a acestui schimbător – măsoară temperatura apei din boiler și o compară cu temperatura de pe colector. Dacă boilerul nu este dimensionat corespunzător sau dacă schimbătorul solar nu se află în locul potrivit, unitatea de reglare nu are la dispoziție date exacte și sistemul nu funcționează eficient, chiar dacă reglarea și pompa sunt în ordine. Alegerea unui boiler adecvat este, deci, la fel de importantă ca și alegerea unității de reglare – detaliat abordăm această temă în articolul Ce tip de boiler solar aveți nevoie.

Vas de expansiune, umplerea și degazarea circuitului solar

Circuitul solar este un sistem închis sub presiune care, în timpul funcționării, suferă variații semnificative de temperatură – de la noaptea frigă până la temperaturile ridicate ale lichidului de răcire într-o zi de vară soarelor. Acest lichid se dilată în volum atunci când este încălzit, iar deoarece circuitul este închis, are nevoie de un loc unde să compenseze acest volum suplimentar. Exact acest lucru îl face vasul de expansiune (expanzomat) circuitului solar, separat de vasul de expansiune al sistemului de încălzire.

Sistemul este umplut și degazat manual sau electric cu o pompă de umplere prin robinete de umplere, în mod asemănător cu modul în care se umple și degazează un circuit de încălzire obișnuit. Aria de aer rămasă în circuit după umplere ar împiedica circulația fluidului și ar putea provoca zgomote ale pompei sau o încălzire inegală a colectorului. Din acest motiv, pe unitatea de pompare sunt montate direct robinete de umplere și degazare în bloc compact, împreună cu manometrul – datorită acestora, tehnicienii pot urmări în timpul umplerii cum evoluează presiunea în circuit și pot recunoaște momentul în care sistemul este corect umplut și degazat.

Verificarea presiunii în circuitul solar (similar cu cea din circuitul de încălzire) face parte din sarcinile de bază ale întreținerii periodice – o scădere semnificativă a presiunii între verificări indică de obicei o fereastră de etanșitate, care este mai bine remediată înainte ca aceasta să se manifeste ca o întrerupere a circulației sau o defecțiune a pompei. Mai multe despre defecțiunile tipice și despre cât de des este util să verificați sistemul, le găsiți în articolul Service, umplere și defecțiuni comune ale sistemelor solare.

Influența tipului de colector asupra reglării unității de control

Unitatea de reglare funcționează în mod esențial la fel, indiferent de tipul de colector instalat pe acoperiș – compară întotdeauna temperatura de pe colector cu temperatura din boiler și porneste sau oprește pompa în funcție de aceasta. Tipul de colector, totuși, influențează cât de rapid și semnificativ se modifică temperatura acestuia în timpul zilei, ceea ce se reflectă indirect și asupra frecvenței cu care unitatea de reglare comută pompa.

Colectoarele plane au o suprafață de absorbție acoperită cu sticlă temperată într-un cadru izolat – sunt mai ieftine, mai rezistente mecanic (de exemplu, față de ploaie de pietriș) și în condițiile climatice din țara noastră sunt de obicei suficiente pentru încălzirea apei menajere. Colectoarele cu vid (tubulare) au un randament mai mare, în special la temperaturi exterioare scăzute și intensitate redusă a radiației solare, dar sunt mai scumpe și mai fragile. Indiferent de tipul de colector pe care îl alegeți, unitatea de reglare și grupa de pompare rămân practic aceleași – diferența constă în faptul că colectoarele cu vid pot genera căldură și în condiții mai puțin favorabile, astfel încât unitatea de reglare va porni pompa mai des decât în cazul colectorului plan. Compararea detaliată a ambelor tipuri o găsiți în articolul Colectoare solare plane vs. cu vid.

Sistemul solar ca completare a centralei termice – rolul unității de reglare în comutarea surselor

Așa cum s-a menționat în introducere, sistemul solar completează, dar nu înlocuiește pe deplin sursa principală de căldură, reprezentată de centrala termică sau de pompa de căldură. În practică, acest lucru înseamnă că boilerul are adesea un al doilea schimbător conectat la centrala termică – acesta finalizează încălzirea apei în momentele în care nu este suficientă radiația solară (de exemplu, în zilele înnorate, dimineața devreme sau în timpul iernii). Unitatea de reglare a circuitului solar se ocupă exclusiv de partea solară – ia decizia de pornire sau oprire a pompei între colector și boiler – în timp ce încălzirea finală cu ajutorul centralei termice este gestionată de o reglare separată a centralei, care măsoară de obicei temperatura din partea superioară a boilerului și, dacă este nevoie, finalizează încălzirea, în cazul în care câștigul solar nu este suficient.

Acești doi circuituri de reglare (solar și termic) funcționează astfel independent, dar coordonat, datorită faptului că fiecare are propriul senzor în boiler, la locuri diferite – senzorul solar este situat lângă schimbătorul solar de la partea de jos, iar senzorul termic este mai aproape de partea superioară a boilerului. Datorită acestei aranjări, centrala termică se activează în încălzire doar atunci când câștigul solar este cu adevărat insuficient, ceea ce economisește cel mai mult energie în lunile de vară. Contextul mai larg al modului în care sistemul solar colaborează cu centrala termică existentă, îl găsiți în articolul Încălzirea solară ca completare a centralei termice.

Montaj – când intră în joc unitatea de reglare și grupa de pompare

În timpul montajului unui sistem solar complet, unitatea de reglare și grupa de pompare se integrează abia într-o fază mai târzie, după ce colectoarele sunt fixate pe acoperiș cu o structură de montaj adecvată și este pregătită rețeaua de țevi (clasică sau flexibilă 2v1) spre încăperea tehnică. În continuare, se conectează grupa de pompare la țevi și la boiler, se montează senzorii pe colector și în boiler, se conectează unitatea de reglare la aceștia și, în final, se umple și se degazează întregul circuit prin robinetele de umplere ale grupa de pompare.

Doar după umplere și reglarea unității de control (de exemplu, setarea diferenței de temperatură dorite, la care pompa trebuie să pornească) este posibil să puneți sistemul în funcționare de probă și să verificați dacă pompa reacționează la modificările de temperatură așa cum trebuie. Procedura completă de montaj pas cu pas, inclusiv ordinea detaliilor de la colector până la boiler, o găsiți în articolul Instalarea unui sistem solar – pas cu pas.

Exemple reale din practică

Două cazuri reale – completarea cu panouri solare a unei centrale termice și înlocuirea unei unități de reglare defecte.

O casă cu acoperiș înclinat și centrală termică pe gaz existentă

O casă cu o familie de patru persoane și o centrală termică pe gaz în condensare își rezolvă consumul ridicat de gaz pentru încălzirea apei calde menajere, în special vara, când centrala termică nu este practic utilizată pentru încălzire, ci doar pentru încălzirea apei. La inspecția acoperișului (acoperiș clasic cu șindrină, înclinare potrivită pentru fixare directă) se propune ca soluție completarea boilerului existent cu un rezervor solar cu două schimbători – unul pentru circuitul solar, iar celălalt rămâne conectat la centrala termică originală ca sursă de încălzire de rezervă.

Panourile solare se fixează pe acoperișul înclinat cu o structură de montaj corespunzătoare tipului de acoperiș, iar distribuția între panouri și încăperea tehnică se rezolvă cu o țeavă flexibilă izolată termic 2in1, deoarece traseul trece printr-o structură de acoperiș destul de îngustă, unde ar fi fost mult mai dificil de lucrat cu țevi clasice și izolație suplimentară. În încăperea tehnică, la rezervorul nou se montează o unitate de pompare împreună cu o unitate de reglare, care preia controlul pompei solare independent de reglarea originală a centralei termice. Rezultatul este că vara, încălzirea apei calde se face în principal din soare, iar centrala termică intervine doar în cazul unor perioade îndelungate de noroi.

O casă de vacanță cu acoperiș plat și reglare originală defectă

La o casă de vacanță cu acoperiș plat, sistemul solar pentru încălzirea apei a fost instalat de mult timp, dar unitatea de reglare originală a început să dea semne de avarie – pompa reacționa uneori neadevărat la schimbările de temperatură, sistemul nu se pornia nici măcar în zilele soarelor, sau dimpotrivă, funcționa fără sens chiar și atunci când nu era nevoie. Deoarece panourile solare, fixarea acestora pe acoperișul plat și distribuția de țevi erau funcționale și într-o stare bună, ca soluție s-a ales înlocuirea unității de reglare cu una nouă, fără a interveni în restul sistemului.

Ocazia a fost folosită și pentru a verifica unitatea de pompare – vanele de închidere au permis izolarea circuitului respectiv, s-a verificat manometrul și s-a confirmat că presiunea din circuit este în ordine și că pompa este funcțională. După înlocuirea unității de reglare și o scurtă recalibrare a diferenței de temperatură la care pompa trebuie să pornească, sistemul reacționează din nou în mod fiabil la radiația solară. Acest caz arată că unitatea de reglare este o componentă tipică care poate fi înlocuită separat, fără a fi nevoie să se intervină asupra panourilor, țevilor sau rezervorului, dacă aceste componente sunt în stare bună.

Întrebări frecvente – întrebări comune despre unitățile de reglare și unitățile de pompare

Cum știu că unitatea de reglare solară funcționează corect?
Indiciul principal al unei funcționări corecte este faptul că pompa pornește atunci când panourile solare sunt semnificativ mai calde decât rezervorul (de obicei în zilele soarelor) și se oprește atunci când diferența de temperatură scade sau atunci când rezervorul este deja suficient de încălzit. Dacă pompa nu reacționează deloc la schimbările de vreme sau dimpotrivă funcționează neîntrerupt fără legătură cu prezența soarelui, este un semn că trebuie verificată setarea sau funcționarea unității de reglare și a senzorilor.

Unitatea de reglare decide, unitatea de pompare asigură în mod fizic circulația lichidului.

Care este diferența dintre unitatea de reglare și unitatea de pompare?
Unitatea de reglare este o componentă electronică care evaluează temperaturile din senzorii de pe panouri și în rezervor și decide când trebuie să funcționeze pompa. Unitatea de pompare este un bloc mecanic care asigură în mod fizic circulația lichidului – conține pompa, vanele de închidere, termometrele, manometrele și supapa de siguranță. Așadar, unitatea de reglare „decide", iar unitatea de pompare „execută".

Trebuie să aibă unitatea de pompare o supapă de siguranță?
Da, supapa de siguranță este o componentă standard a unității de pompare, deoarece sistemul este închis și supus la variații mari de temperatură. Supapa de siguranță protejează circuitul împotriva suprapresiunii, care ar putea apărea, de exemplu, în cazul unei avarii a vasului de expansiune sau a unui încălzire excesivă a panourilor solare.

Se poate monta separat o unitate de pompare la un sistem solar mai vechi?
Dacă panourile solare, distribuția de țevi și rezervorul sunt funcționale și într-o stare tehnică bună, înlocuirea separată a unității de pompare sau a unității de reglare este o soluție obișnuită, așa cum am văzut și în al doilea exemplu practic de mai sus. Nu este nevoie să înlocuiți întregul sistem doar din cauza unei avarii a unei singure componente.

Cât de des trebuie verificată presiunea din circuitul solar?
Manometrul de pe unitatea de pompare permite o verificare vizuală rapidă a presiunii oricând, dar este recomandat să se facă periodic, ca parte a unei întrețineri regulate a încăperii tehnice. O scădere semnificativă a presiunii între verificări este de obicei primul semn al unei scurgeri în circuit.

De ce nu funcționează pompa, deși soarele strălucește?
Cauza cea mai frecventă este faptul că rezervorul este deja suficient de cald și diferența față de temperatura panourilor solare a scăzut sub limita stabilită, așa că unitatea de reglare nu pornește intenționat pompa – nu are sens să pompeze căldura într-un rezervor deja încălzit. O altă posibilitate este o avarie a senzorului, a unității de reglare sau a pompei în sine, sau o presiune insuficientă în circuit.

Se poate programa unitatea de reglare și pentru alte funcții, de exemplu pentru încălzire suplimentară?
Unitatea de reglare a circuitului solar se ocupă exclusiv de partea solară a sistemului – adică de funcționarea pompei între panouri și rezervor. Încălzirea suplimentară cu centrala termică este gestionată de o reglare separată a centralei termice, conectată la un senzor propriu în partea superioară a rezervorului, independent de unitatea de reglare solară.

Este nevoie de un specialist pentru montarea unității de pompare și a unității de reglare?
Montarea implică lucrări cu un circuit sub presiune, cu lichid termic și cu conexiuni electrice ale senzorilor și pompei, așa că este recomandat să o execute un specialist cu experiență în sisteme solare – la fel ca și în cazul fixării panourilor solare pe acoperiș sau al conectării la un rezervor sau centrală termică existentă.

Subiecte conexe

• Cum aleg un sistem solar pentru încălzirea apei
• Panouri solare plane vs. cu vid
• Ce tip de rezervor solar am nevoie
• Țevi solare și țevi ondulate din oțel inoxidabil – cum funcționează
• Fixarea panourilor solare – acoperiș înclinat, acoperiș plat, fațadă
• Încălzire solară ca completare a centralei termice
• Montarea unui sistem solar – pașii pas cu pas
• Service, umplere și avarii comune ale sistemelor solare
• Întrebări frecvente despre echipamente solare și panouri

Aveți întrebări despre sistemele solare sau panourile solare termice?

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

Numele și prenumele Nu completați acest câmp:

Email

Mesaj