Proiect - Transfer de caldura

Proiect

Tema: Proiectarea unei instalatii pentru incalzirea unei locuinte, utilizand unul din tipurile de energii regenerabile.

Descrirea metodei:

A. ENERGII REGENERABILE

Energia regenerabila cumuleaza toate formele de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile.

In categoria metodelor energetice neconventionale intra energia eoliana, energia solara, a apei, hidraulica, a mareelor, energia g 353h74d eotermica si cea derivata din biomasa: biodiesel, bioetanol, biogaz. Toate aceste tipuri de energie au in comun faptul de a nu fi fost utilizate la scara larga pana in prezent, precum si o durata de viata considerata infinita, inepuizabila, la care se adauga, in majoritatea cazurilor, caracterul putin poluant al procesului de obtinere si utilizare a energiei respective.

Aceste resurse de energie pot fi utilizate pentru:

generarea de energie electrica

generarea de energie termica necesara proceselor industriale si incalzirii locuintelor

producerea de combustibili necesari transporturilor

A1. Energia eoliana

• este o sursa de energie regenerabila generata din puterea vantului

Dintre centralele eoliene se disting doua mari familii: eoliene cu ax vertical si eoliene cu ax orizontal. Indiferent de orientarea axului, rolul lor este de a genera un cuplu motor pentru a antrena generatorul.

Functionarea eolienelor cu ax orizontal, cea mai raspandita categorie, se bazeaza pe principiul morilor de vant. Cel mai adesea, rotorul acestor eoliene are trei pale cu un anumit profil aerodinamic, deoarece astfel se obtine un bun compromis intre coeficientul de putere, cost si viteza de rotatie a captorului eolian, ca si o ameliorare a aspectului estetic, fata de rotorul cu doua pale.

Frecventa utilizarii lor se datoreaza randamentului lor aerodinamic, superior celui al eolienelor cu ax vertical, solicitarilor mecanice importante reduse la care sunt supuse si costului mai scazut.

Principalul avantaj al energiei eoliene este emisia zero de substante poluante si gaze cu efect de sera, datorita faptului ca nu se ard combustibili si nu implica producerea nici unui fel de deseuri.

Principalele dezavantaje sunt resursa energetica relativ limitata, inconstanta datorita variatiei vitezei vantului si numarului redus de amplasamente posibile si riscul mare de distrugere in cazul furtunilor, daca viteza vantului depaseste limitele admise la proiectare.

A2. Hidroenergia

• este energia produsa prin forta apei

Tot forme de hidroenergie sunt considerate energia cinetica a valurilor si mareelor.

Exploatarea acestei energii se face curent in hidrocentrale, care transforma energia potentiala a apei in energie cinetica, pe care apoi o capteaza cu ajutorul unor turbine hidraulice care actioneaza generatoare electrice si o transforma in energie electrica.

O hidrocentrala utilizeaza amenajari ale raurilor sub forma de baraje, in scopul producerii energiei electrice. Potentialul unei exploatari hidroelectrice depinde atat de cadere, cat si de debitul de apa disponibil. Cu cat caderea si debitul disponibile sunt mai mari, cu atat se poate obtine mai multa energie electrica.

Aceasta metoda este una dintre cele mai ecologice procedee de obtinere a energiei electrice atat timp cat apa uzata este apoi curatata si revarsata in raul din care provine.

A3. Energia geotermica

este o forma de energie obtinuta din caldura aflata in interiorul Pamantului

Apa fierbinte si aburii, captati in zonele cu activitate vulcanica si tectonica, sunt utilizati pentru incalzirea locuintelor si pentru producerea electricitatii.

Energia geotermala de potential termic ridicat

Acest tip de energie geotermala este caracterizata prin nivelul ridicat al temperaturilor la care este disponibila si poate fi transformata direct in energie electrica sau termica, pt aceasta utilizandu-se centralele geotermale.

Schema de principiu a unei centrale electrice geotermale

Energia geotermala de potential termic scazut

Acest tip de energie geotermala este caracterizata prin nivelul relativ scazut al temperaturilor la care este disponibila si poate fi utilizata numai pentru incalzire, fiind imposibila conversia acesteia in energie electrica. Energia geotermala de acest tip, este disponibila chiar la suprafata scoartei terestre, fiind mult mai usor de exploatat decat energia geotermala de potential termic ridicat, ceea ce reprezinta un avantaj.

Exploatarea energiei geotermale de potential termic scazut necesita echipamente specialconcepute pentru ridicarea temperaturii pana la un nivel care sa permita incalzirea si/sau prepararea apei calde, ceea ce reprezinta un dezavantaj fata de energia geotermala de potential termic ridicat. Echipamentele mentionate, poarta denumirea de pompe de caldura si au acelasi principiu de functionare ca al masinilor frigorifice, functionand cu energie electrica.

A4. Biomasa

• este partea biodegradabila a produselor, deseurilor si reziduurilor din agricultura, inclusiv substantele vegetale si animale, silvicultura si industriile conexe, precum si partea biodegradabila a deseurilor industriale si urbane

Astazi combustibilul din biomasa poate fi utilizat in diferite scopuri - de la incalzirea incaperilor pana producerea energiei electrice si combustibililor pentru automobile., reprezentand resursa regenerabila cea mai abundenta de pe planeta.

A5. Energia solara

• este energia radianta produsa in Soare ca rezultat al reactiilor de fuziune nucleara, care este transmisa pe Pamant sub forma radiatiilor.

Romania este situata intr-o zona foarte buna a insolatiei. Zona Iasului beneficiaza de o intensitate a radiatiei de 1000-1150KWh/m²/an cu o durata anuala a insolatiei de 1500-1650 ore. Iarna se pot capta 4-5KWh/m²/zi pe timp frumos.

Energia solara este captata prin diverse tehnologii, dintre care amintim:

Ø      Panourile fotovoltaice transforma energia radiatiei solare in energie electrica. Acestea sunt construite din celule fotovoltaice legate in serie. Instalatia de producere a energiei electrice prin aceasta metoda cuprinde: panourile fotovoltaice, acumulatori si un inverter.

Ø      Panouri cu tuburi vidate primavara-toamna sunt panouri compacte ce au rezervorul atasat de cadrul panoului. Acestea, dupa cum le spune si numele pot fi folosite numai in perioada primavara-toamna , cand temperatura de afara este peste 0 grade C, intrucat prin tuburi circula apa iar la temperaturi negative apa ar ingheta si ar distruge tuburile.

Ø      Panouri all-seasons contin si acestea tuburi vidate insa in cazul lor nu va mai circula apa prin interior ci glicol, o substanta ce ramane fluida pana la temperaturi foarte scazute. In acest caz, boilerul se afla undeva in interiorul cladirii, bine izolat, apa din interiorul lui incalzindu-se prin schimbul de caldura realizat prin serpentinele cu agent termic incalzit (glicol) . Acest tip de sistem de panouri solare se poate folosi in paralel cu central termica substituind-o cu pana la 30% iarna si ajungand la 100% vara.

Ø      Ne vom axa insa pe panourile solare cu tuburi vidate CAT:

Panourile solare cu tuburi vidate CAT ( cu circulatia agentului termic printr-o teava de cupru de forma de U, din tubul interior) sunt optimizate astfel incat chiar si in zilele cu nori capteaza radiatia infrarosie solara ce patrunde prin acestia si o transforma in energie termica cu care incalzeste apa. Functioneaza tot timpul anului, iarna randamentul realizat fiind mult superior altor modele de panouri solare. Un sistem de captare a energiei solare de acest tip necesita:

unul sau mai multe panouri solare

un rezervor de stocare a apei

un controler electronic

pompa de recirculare a apei.

Alcatuire panouri solare

Fiecare element din instalatie este format din doua tuburi concentrice sudate intre ele, construite din sticla speciala (foarte rezistenta si transparenta), intre ele gasindu-se vid iar suprafata interioara a tubului din interior fiind acoperita cu o substanta cu proprietati absorbante foarte bune. Apa/antigelul nu intra in tuburi iar transferul de energie termica se face prin intermediul unor schimbatoare de caldura: bare din cupru cu aripioare aflate in mijlocul tubului interior.

Stratul vidat dintre tuburi impiedica pierderile de energie solara captata de tubul interior. Astfel, utilizarea acestui sistem este viabila si in caz de temperaturi foarte scazute, spre deosebirile de colectoarele solare. In conditii de temperaturi ridicate, diferentele dintre ele doua tipuri de panouri solare se diminueaza, insa panourile cu tuburi vidate raman superioare, agentul termic produs cu ajutorul acestora ridicandu-se la temperaturi mai mari.

Tuburile vidate au si alte avantaje. Datorita profilului circular al tubului, razele solare cad perpendicular pe suprafata de absorbtie in orice moment al zilei, astfel randamentul panoului nu scade in functie de unghiul sub care raza solara. In plus, in conditiile in care unele dintre tuburi sufera daune sau se sparg, panoul poate functiona in continuare, dar cu un randament mai scazut.

B. INCALZIREA LOCUINTEI

Incalzire clasica si cea prin pardoseala

Incalzirea in calorifere este o situatie nefavorabila, temperatura de la nivelul capului fiind mult mai mare decat temperatura la care sunt situate picioarele. Datorita faptului ca incalzirea se face punctual, se creeaza curenti de aer in incapere, care antreneza in miscare praful, iar caldura nu este uniform repartizata niciodata pe intreaga suprafata a camerei.

Incalzirea in pardoseala se apropie cel mai bine de situatia ideala, temperatura la care este capul este aproximativ egala cu temperatura la care sunt situate picioarele.
Nu se creeaza curenti de aer care sa anteneze praful in incapere. Caldura este uniform repartizata pe intreaga suprafata a camerei,iar cel mai mare avantaj este directia ascensionala a caldurii.

De aceea sistemele de incalzire  prin pardoseala asigura cel mai confortabil mod de incalzire, in comparatie cu solutia clasica de incalzire cu radiatoare, care aduce caldura la nivelul capului. Caldura emanata de sistemele de incalzire cu radiatoare va migra catre tavan, de unde va cobori sub forma de aer rece la nivelul picioarelor, creand o stare de disconfort.

Este dovedit faptul ca temperatura ambianta in cazul incalzirii clasice este cu cateva grade mai scazuta decat in cazul incalzirii prin pardoseala. Datorita suprafetei radiante mari, incalzirea prin pardoseala ofera un randament mai bun.
Instalatiile de incalzire in pardoseala reprezinta solutia ideala pentru incaperi cu 'tavan inalt', biserici, hale, etc.

Acest tip de incalzire utilizeaza conducte incalzitoare, care sunt incastrate in pardoseala, astfel se castigandu-se spatiul ocupat de clasicele radiatoare. Temperatura se poate regla in fiecare incapere prin intermediul termostatului aferent incaperii.

Ca urmare a avantajelor prezentate anterior , vom opta pt incalzirea locuintei prin metoda incalzire prin pardoseala, utilizand conducte prin care circula apa.

Incalzire prin pardoseala

Un sistem de incalzire prin pardoseala , utilizand energie solara cuprinde:

a. Unul sau mai multe panouri solare montate pe acoperis

b. Un rezervor de stocare cu sau fara schimbator de caldura in interior

c. O electropompa pt circularea fluidului de transfer al caldurii (numai la sistemele cu circulatie fortata-sistemele cu circulatie fortata folosesc electricitate pt actionarea pompelor care imping fluidul in sistem; sistemele termosifon se bazeaza pe gravitatie pt acest lucru)

d. Un cazan mural(centrala termica)

e. Distribuitorul sistemului de incalzire in pardoseala

Principiu de functionare

Panourile colecteaza energia termica a soarelui care incalzeste apa sau solutia antigel care curge prin barele din cupru. Odata incalzit, fluidul curge prin tuburi catre rezervorul de stocare. Fluidul incalzeste apa din rezervor in mod direct sau cu ajutorul unui schimbator de caldura, dupa care ea este trimisa catre utilizatori(in acest caz reteaua de tuburi din pardoseala). Deficitul de energie este completat cu o sursa electrica sau de gaz(cazan mural).

Distribuitorul sistemului de incalzire in pardoseala este partea principala a sistemului de incalzire in pardoseala. Este plasat astfel incat sa alimenteze convenabil circuitele sistemului de incalzire in pardoseala. Distribuitorul sistemului de incalzire in pardoseala este disponibil in variante de la 2- 12 iesiri.Circuitul principal al sistemului porneste de la centrala si este conectat la distribuitor, unde se poate regla debitul pe fiecare circuit al sistemului de incalzire. Astfel, se poate obtine temperatura dorita in fiecare zona sau incapere.  

Reglarea temperaturii se face cu termostatul de camera ,obtinand in fiecare camera temperature dorita. Termostatele sunt plasate in fiecare incapere si comanda necesarul de caldura dorit in camera catre valvele automate de pe distribuitor. Aceste valve regleaza debitul in circuitele sistemului de incalzire in pardoseala din fiecare camera.Termostatul de camera va ajuta sa economisiti energia; termostatul reactioneaza la orice exces de caldura, de exemplu, un foc de semineu, lumina solara puternica semnaland valvelor distribuitorului sa se inchida, reducand astfel consumul.

https://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/index.html

https://em.ucv.ro/  (dimensionarea unei instalatii) https://ro.wikipedia.org

https://www.termo.utcluj.ro/regenerabile/2_2.pdf

https://panourisolare.org/colectoare-cu-tuburi-vidate-30/