Que tipo de coletores solares e evaporadores de bomba de calor são normalmente usados ​​em aquecedores solares de água com fonte de ar

Escolhendo um coletor solar térmico: uma compensação entre desempenho e cenário

O desempenho de um aquecedor solar de água com fonte de ar (SAW) depende em grande parte do tipo e eficiência do seu componente principal: o coletor solar térmico. Na prática profissional da engenharia, duas tecnologias principais são consideradas: coletores de placas planas e coletores de tubos evacuados.

1. Coletor de Tubo Evacuado (ETC)

A tecnologia de tubo evacuado desempenha um papel fundamental nos sistemas SAW devido ao seu excelente desempenho de isolamento.

Vantagem principal: Os tubos evacuados utilizam uma camada de alto vácuo entre os tubos para reduzir significativamente a perda de calor convectiva e condutiva. Isto significa que mesmo em baixas temperaturas ambientes ou baixa irradiância solar (como em dias nublados ou no inverno), os ETCs podem manter uma elevada eficiência de recolha e aquecer a água a um nível mais elevado.

Cenários aplicáveis: Devido ao seu excelente desempenho de coleta de calor em baixa temperatura, o tipo de tubo evacuado é particularmente adequado para o norte da China, climas frios e aplicações comerciais que exigem temperaturas mais altas da água de saída. Fornece de forma mais eficiente pré-aquecimento de alta temperatura para bombas de calor de fonte de ar, reduzindo significativamente a carga de trabalho da bomba de calor, melhorando assim o fator de desempenho sazonal (SPF) do sistema no inverno.

Considerações técnicas: Os modernos coletores de tubo evacuado geralmente utilizam tecnologia de tubo de calor, permitindo operação sem água e troca indireta de calor. Isto simplifica a proteção contra congelamento e melhora a confiabilidade do sistema.

2. Coletor de Placa Plana (FPC)

Os coletores de placas planas são preferidos em alguns projetos por sua estrutura robusta e estabilidade térmica.

Características estruturais: O FPC consiste em uma placa absorvente de calor, uma tampa transparente e uma camada de isolamento. A sua estrutura compacta facilita a integração com edifícios (BIPV, Building Integrated Photovoltaics/Thermal).

Considerações de desempenho: Coletores de placa plana oferecem excelente eficiência instantânea sob alta irradiância e temperaturas ambientes. No entanto, eles experimentam maior perda de calor em comparação com os tubos de vácuo sob grandes flutuações de temperatura.

Cenários de aplicação: Os coletores de placa plana são mais adequados para o sul da China, áreas com luz solar abundante durante todo o ano ou como uma solução de integração de sistemas em grande escala e de baixo custo.

Integração Profissional: Em aquecedores solares de água com fonte de ar, os coletores planos geralmente servem como fonte de pré-aquecimento para o evaporador da bomba de calor. A água quente de média e baixa temperatura que geram aumenta a temperatura de evaporação e optimiza o COP (Coeficiente de Desempenho) da bomba de calor.

Projeto do evaporador da bomba de calor: troca de calor compatível e eficiente

Em um sistema de aquecimento solar de água com fonte de ar, o núcleo da bomba de calor é o evaporador, que absorve energia térmica de baixo grau do ambiente. Para atender aos requisitos de um sistema complexo, o evaporador deve atender a alta eficiência de troca de calor e adaptabilidade multimodo.

1. Evaporador tubo em tubo / casco e tubo

Este tipo de evaporador é normalmente usado em aplicações que envolvem troca de calor direta ou indireta entre água e refrigerante.

Posicionamento funcional: No modo padrão de bomba de calor de fonte de ar (ASHP), o evaporador absorve calor do ar. Contudo, no modo híbrido solar, o evaporador pode ser concebido como um permutador de calor multifuncional.

Aplicação especializada: Alguns sistemas de fonte de ar solar de última geração usam um meio intermediário (como anticongelante ou água circulante) que é primeiro aquecido por coletores solares e depois transferido para o evaporador para complementar o refrigerante. Este projeto exige que o evaporador tenha excelente resistência ao fluxo e coeficiente de transferência de calor.

2. Evaporador de tubo aletado

Este evaporador é usado em unidades externas de bomba de calor com fonte de ar padrão e absorve calor diretamente do ar ambiente.

Função principal: Durante os períodos de entressafra ou aquecimento auxiliar, o sistema depende principalmente do evaporador de tubo aletado para absorver o calor do ar.

Considerações sobre degelo: Em ambientes de baixa temperatura e alta umidade, os evaporadores de tubo aletado enfrentam o problema de congelamento. Os sistemas profissionais de fonte de ar solar utilizam o excesso de calor dos coletores solares, mesmo como fonte de calor de degelo, melhorando a eficiência do degelo e reduzindo o consumo de energia de degelo e o tempo de inatividade da bomba de calor.

Integração e Otimização Combinadas de Sistemas

A experiência do Aquecedor Solar de Água com Fonte de Ar reside na lógica de controle otimizada e no ciclo termodinâmico entre o coletor e o evaporador.

Sinergia de Energia: O sistema utiliza um algoritmo inteligente de controle de temperatura para determinar com precisão quando usar o pré-aquecimento solar (para aumentar a temperatura do tanque de água ou a temperatura de evaporação da bomba de calor) e quando mudar para o modo de bomba de calor pura. Esta comutação dinâmica garante a prioridade solar e maximiza a utilização de energia renovável.

Melhoria de desempenho: A energia de pré-aquecimento fornecida pelo coletor aumenta significativamente a pressão de sucção do compressor da bomba de calor e reduz a taxa de compressão, tornando assim o COP do sistema no modo combinado muito superior ao de uma bomba de calor de fonte de ar puro, maximizando o benefício marginal de energia.