Dimensionare panou solar pentru prepararea apei calde menajere si aport la incalzire

Energia solara reprezinta cea mai impresionanta si sigura sursa de energie. Intr-un interval de 20 de minute, soarele furnizeaza echivalentul consumului energetic anual al omenirii. Puterea de captare a unui colector solar, orientat catre Sud si inclinat la 45 grade, este de 95 - 96% din radiatia solara.
Pe teritoriul Romaniei, radiatia solara are o medie anuala cuprinsa intre 1000 si 1300 kW/m2/an, in functie de zona geografica. Pe o suprafata orizontala – colector solar heat-pipe de 1 m2, putem capta anual o cantitate de energie cuprinsa intre 900 si 1450 kWh, dependenta bineinteles si de anotimp. Radiatia medie zilnica poate sa fie de 5 ori mai intensa vara decat iarna. Dar si pe timp de iarna, in decursul unei zile senine, putem capta 4 - 5 kWh/m2/zi, radiatia solara captata fiind independenta de temperatura mediului ambiant.

Alegerea configuratiei corecte a unui sistem cu panouri solare presupune analiza mai multor factori:
- locatie, modul de folosire al imobilului (frecvent ziua in cazul birourilor, frecvent in weekend in cazul caselor de vacanta, frecvent vara in imobilele situate pe litoral, regim hotelier sau permanent)
- suprafata utila, suprafata piscinei, suprafata si orientarea acoperisului
- nivelul izolatiei termice
- tipul instalatiei de incalzire (calorifere sau incalzire in pardoseala)
- numarul de persoane care locuiesc permanent sau in functie de modul de folosire al imobilului
- distanta intre camera tehnica si acoperis
- tipul si puterea centralei termice daca exista

Dimensionare panou solar apa calda menajera
Dimensionarea panourilor solare pentru apa calda menajera se realizeaza in functie de numarul de persoane care utilizeaza aceasta resursa. Un utilizator casnic consuma zilnic o cantitate de 50-60 litri apa calda la o temperatura de 55 - 60 grade C. In cazul unui hotel sau pensiune, cantitatea de apa calda menajera utilizata zilnic de catre un turist variaza intre 80 si 100 litri. Un tub vidat presurizat produce in medie 8 - 10 litri de apa calda menajera. Astfel pentru a produce necesarul zilnic de apa calda menajera pentru un utilizator casnic avem nevoie de 5 - 6 tuburi vidate, iar pentru un turist de 8 - 10 tuburi vidate presurizate.
In timpul iernii trebuie luat in considerare faptul ca randamentul poate fi mai scazut; situatie in care panoul solar trebuie sa fie dimensionat cu 20% mai mult (inca din faza de proiectare a sistemului solar) pentru a avea un randament foarte bun si in anotimpul rece.

Dimensionare panou solar apa calda menajera si aport la incalzire
Pentru aport la incalzirea locuintei, dimensionarea sistemului solar se face in functie de mai multi factori:
- volumul imobilului care trebuie incalzit;
- temperatura dorita in imobil;
- nivelul izolatiei termice si tipul instalatiei de incalzire (calorifere sau incalzire prin pardoseala);
- cantitatea de radiatie solara din lunile de iarna;
- temperatura medie a aerului din sezonul rece;

Cantitatea medie lunara de radiatie solara:

Luna

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

KWh/m2/zi

1.36

1.94

2.91

3.94

5.03

5.60

6.15

5.53

4.15

2.59

1.37

1.10

Sursa: Surface meteorology and Solar Energy, Bucuresti, 2013

Media insolatiei in lunile de iarna Noiembrie – Martie este de 1.74 KWh/m2/zi, din care utilizand un colector solar heat-pipe pot fi captati 1.653 KWh/m2/zi.

Temperatura medie lunara:

Luna

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

° C

-1.5

0.6

5.7

11.1

16.3

19.6

21.5

20.9

16.8

11.2

5.7

1.2

Sursa: Administratia Nationala de Meteorologie, Bucuresti, 2013

Media de temperatura in lunile de iarna Noiembrie – Martie este de 2.34 grade C, ceea ce determina o cantitate de energie necesara incalzirii spatiului la 22 grade C de 9 Wh/m3 sau 216 Wh/m3/zi.

Cantitatea de energie necesara incalzirii unei cladiri la temperatura de 22 grade C in functie de temperatura exterioara si nivelul izolatiei termice:
*calculele au fost realizate folosind un coeficient de conductivitate termica (λ) de ˜0.5 W/m*K.

Temperatura

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Wh/mc*

-1.5

0.6

5.7

11.1

16.3

19.6

21.5

20.9

16.8

11.2

5.7

1.2

Astfel se determina ca un 1 m2 de colector solar heat-pipe poate incalzi 7.5 m3 de incinta, echivalentul a 3 m2. Coeficientul rezultat este de 0.33 m2 colector solar/m2 incalzit.
Pentru obtinerea unui aport de 30% la incalzirea unui imobil, calculul suprafetei de panouri solare se face astfel: 0.3 x 0.33 x suprafata imobil.

Sisteme panouri solare preparare apa calda menajera:
-preparare apa calda menajera la 45-50 grade C: 1 tub vidat / 10 litri de apa;
-preparare apa calda menajera la 55-60 grade C: 1 tub vidat / 8 litri de apa;

Sisteme panouri solare cu 35% aport la incalzire locuinta*:
-case cu izolatie buna: 1 tub vidat / metru patrat incalzit;
-case cu izolatie medie: 1 tub vidat / metru patrat incalzit;

Sisteme panouri solare incalzire piscine (+3 ~ +10 grade C):
-piscine interioare: 3 tuburi vidate / metru patrat;
-piscine exterioare: 6 tuburi vidate / metru patrat;**

* sistemele solare cu aport la incalzire vor trebui conectatei n sezonul cald la o sursa de racire sau vor fi acoperite cu prelate.
** calculatia este realizata utilizand o adancime a piscinei de 1.6 m.