Prima verifica cosa è collegato all'interno del collettore

Una fila di collettori collegati fianco a fianco non è necessariamente una vera stringa termica in serie. Alcuni collettori hanno collettori di distribuzione con più montanti paralleli. Unire le loro porte di collegamento può estendere un manifold lungo una fila, mentre i passaggi dell'assorbitore rimangono collegati in parallelo.

Prima di descrivere la disposizione del tetto come serie o parallelo, traccia il percorso effettivo del fluido dall'ingresso all'uscita. L'intero flusso del ramo passa attraverso il primo assorbitore e poi il secondo, oppure si divide tra i passaggi dell'assorbitore alimentati da collettori condivisi?

Richiedi il disegno idraulico del modello esatto, le posizioni di ingresso e uscita approvate, il trattamento delle porte non utilizzate e le configurazioni di array consentite. L'aspetto esterno e il numero di porte non stabiliscono il circuito interno.

Disposizioni in serie, parallelo e combinate

I diagrammi seguenti mostrano solo la topologia semplificata. Valvole, sensori, protezione contro l'espansione e altri componenti di installazione sono omessi.

Serie vera:
Mandata --> [Collettore 1] --> [Collettore 2] --> [Collettore 3] --> Ritorno

Parallelo:
Mandata --+--> [Collettore 1] --+--> Ritorno
         +--> [Collettore 2] --+
         +--> [Collettore 3] --+

Rami paralleli contenenti brevi stringhe in serie:
Mandata --+--> [C1] --> [C2] --+--> Ritorno
         +--> [C3] --> [C4] --+
         +--> [C5] --> [C6] --+

Per i principi idronici generali dietro i percorsi paralleli e il ritorno inverso, vedere la guida sui sistemi di distribuzione di Caleffi. I suoi esempi sugli emettitori di calore stabiliscono i principi di tubazione; le temperature dei collettori solari e i limiti del modello richiedono verifiche separate.

Calcolare la portata dal punto operativo previsto

Il bilancio energetico attraverso un circuito liquido è:

P = portata_massica x calore_specifico x aumento_di_temperatura

Con la potenza in kW, la portata massica in kg/s e il calore specifico in kJ/(kg·K), le unità di misura sono coerenti. Per l'acqua, utilizzando densità e capacità termica approssimative si ottiene la pratica relazione di screening:

P (kW) = 1,163 x portata_volumetrica (m3/h) x aumento_di_temperatura (K)

Si consideri un punto di progetto inventato di 20 kW di potenza utile e un aumento di temperatura di 10 K:

Portata volumetrica = 20 / (1,163 x 10)
  = circa 1,72 m3/h

Se quattro rami uguali erogano 5 kW ciascuno con lo stesso aumento di temperatura, ogni ramo trasporta circa 0,43 m3/h. Il collettore comune trasporta 1,72 m3/h.

Queste cifre dimostrano la conservazione dell'energia. Non rappresentano un'impostazione di portata consigliata per un modello SOLETKS. In pratica, il progettista deve anche rispettare l'intervallo di portata consentito dal produttore e confermare che la potenza utile ipotizzata sia raggiungibile nelle condizioni proposte.

Per le miscele di glicole, sostituire le proprietà dell'acqua con densità e calore specifico del fornitore del fluido alla concentrazione e temperatura pertinenti. Controllare la viscosità nel calcolo della perdita di carico, in particolare all'avviamento a freddo.

Una temperatura di uscita più alta non dimostra una resa maggiore

L'equazione del flusso aiuta a spiegare un malinteso comune. Con una potenza presunta di 20 kW, riducendo il flusso d'acqua da 1,72 a 0,86 m³/h, l'aumento di temperatura calcolato passa da circa 10 K a 20 K. Non raddoppia il calore fornito.

La resa reale del collettore non è fissata indipendentemente dalla temperatura di esercizio e dal flusso. Poiché una vera serie in serie riscalda il fluido, i collettori a valle operano con temperature di ingresso più calde. La loro resa termica deve essere valutata in quelle condizioni, non assunta uguale a quella del primo collettore.

La questione di approvvigionamento è quindi: la disposizione fornisce il calore utile richiesto rimanendo entro l'inviluppo operativo consentito? Selezionare un circuito solo perché l'uscita finale è più calda può dare la risposta sbagliata.

Utilizzare dati di prestazione termica specifici del modello per l'intervallo di temperatura del progetto. Non trasformare un esempio di aumento di temperatura in una previsione energetica annuale.

Caduta di pressione: lavoro lungo un percorso di flusso completo

Per una serie di collettori in serie, le perdite di carico dei componenti in sequenza si sommano allo stesso flusso della serie. Per rami in parallelo, sommare tutte le perdite dei rami sovrastimerebbe la pressione richiesta dalla pompa. Valutare i percorsi completi tra la mandata e l'ingresso della pompa, inclusa la tubazione comune.

Come calcolo illustrativo, si supponga che un ramo contenga tre collettori realmente in serie. Al flusso del ramo selezionato:

Ora si assumano quattro rami idraulicamente uguali, ciascuno a 0,43 m³/h, e un'ulteriore perdita di 13 kPa nelle tubazioni e apparecchiature condivise alla portata totale di 1,72 m³/h. Il conseguente carico preliminare è:

Portata totale = 4 x 0,43 = 1,72 m³/h
Prevalenza differenziale richiesta = 17 + 13 = 30 kPa
Altezza d'acqua equivalente = 30.000 / (1.000 x 9,81) = circa 3,06 m

Questo non è 4 x 17 + 13 kPa. I rami sono percorsi in parallelo, non componenti in serie.

Ogni numero di perdita di pressione in questo esempio è inventato. Sostituiscilo con le curve di perdita di carico per i collettori, le valvole, lo scambiatore di calore e le tubazioni effettivi. Identifica il percorso limite reale, tieni conto dei requisiti di bilanciamento e seleziona una pompa utilizzando la sua curva di funzionamento.

La pressione massima di esercizio di un collettore è un limite di contenimento. Non indica la perdita di carico di circolazione e non può sostituire una curva di perdita di carico.

Il ritorno inverso aiuta, ma il flusso necessita comunque di verifica

Nel ritorno diretto, il ramo raggiunto per primo dall'alimentazione ha anche il percorso di ritorno più breve. Nel ritorno inverso, il primo ramo di alimentazione ha il percorso di ritorno più lungo. Questo può ridurre le differenze tra le resistenze totali dei percorsi.

Lunghezze di tubo apparentemente uguali non garantiscono portate uguali. Le diramazioni possono differire per numero di collettori, raccordi, diametro del tubo, impostazioni delle valvole o aria intrappolata. L'introduzione al bilanciamento idronico di Caleffi spiega perché la resistenza delle diramazioni determina la ripartizione naturale della portata.

Fornire un metodo pratico per misurare e regolare le portate delle diramazioni. Registrare sia la portata delle diramazioni sia quella totale durante la messa in servizio; una portata totale corretta può nascondere una fila sottoalimentata.

Ad esempio, quattro diramazioni che indicano 0,70, 0,50, 0,30 e 0,22 m³/h sommano comunque a 1,72 m³/h. Quel totale da solo non mostra che le quattro diramazioni uguali previste sono bilanciate.

Altezza del tetto, circuiti chiusi e sistemi a drenaggio

In un circuito chiuso completamente riempito, le prevalenze statiche ascendenti e discendenti si compensano in gran parte. Il circolatore è scelto principalmente per superare la resistenza del circuito durante la circolazione. L'altezza dell'edificio influisce comunque sulla pressione di riempimento, sulla progettazione del vaso di espansione, sulla pressione nel punto più alto e sui limiti di pressione dei componenti.

Un sistema a scarico gravitazionale ha una condizione di avviamento diversa: la pompa deve inizialmente sollevare il fluido nel circuito elevato. La pendenza dei tubi, la drenabilità e il carico di avviamento richiedono una progettazione esplicita. La guida ai sistemi solari termici combinati di Caleffi spiega come la condizione di circolazione cambi mentre il circuito si riempie e si sviluppa un sifone.

Non applicare un calcolo della pompa a circuito chiuso a una disposizione a scarico gravitazionale senza valutare avviamento e drenaggio.

Una checklist di revisione progettuale per gli acquirenti EPC

Prima di approvare la disposizione, ottenere un pacchetto che risponda a queste domande:

1. Qual è il percorso interno esatto del fluido del collettore selezionato?

2. Quali schemi di collegamento e dimensioni massime delle file approva il produttore?

3. Quali sono la portata di progetto, l'innalzamento di temperatura e le proprietà del fluido?

4. Quali perdite di carico si applicano all'avviamento a freddo e al funzionamento normale?

5. Come vengono bilanciate e misurate le portate dei rami?

6. Quali tubazioni trasportano il flusso totale e quali trasportano il flusso di derivazione?

7. Come vengono gestite l'espansione termica, l'esposizione al gelo e le condizioni a vuoto?

8. Dove può essere riempito, spurgato, scaricato e sottoposto a manutenzione il sistema?

9. Quali misurazioni di messa in servizio confermeranno le ipotesi di progettazione?

L'isolamento per la manutenzione deve preservare l'espansione richiesta e la protezione di scarico. Il disegno finale dovrebbe essere un documento di installazione ingegnerizzato, includendo tutti i componenti protettivi e i requisiti specifici del modello.

Per il calcolo più ampio di carico e stoccaggio, fare riferimento alla Guida al dimensionamento solare termico commerciale SOLETKS. La guida alla manutenzione può aiutare a definire i registri che rimangono utili dopo la consegna.

Domande frequenti