Utilizarea bateriei subterane sezoniere care funcţionează fără pompă de căldură

În sectorul construcţiilor, sistemele solare de încălzire centrală sunt cele mai rentabile din toate sistemele termice solare posibile. Prin acumularea căldurii sezoniere bateria poate acoperi mai mult de 50% din consumul de energie pentru încălzire şi apă caldă.

Tabelul 1 prezintă sistemele de încălzire solară la o scară mare din Europa, construite înainte de 2002.

 Tabelul 1. Zece cele mai mari sisteme solare de încălzire centrală în Europa, care au fost puse în funcţiune înainte de 2000 (click pentru mărire).

În centrul şi nordul Europei încă din 1995 au devenit populare baterii sezoniere pentru a stoca energia termică a soarelui, acumulată în sezonul cald şi utiliza aceasta în sezonul rece.

Figura de mai jos prezintă 4 tipuri de baterii solare sezoniere, dar acest articol va trata direct bateria subterană (duct heart store).

 Tipuri de acumulatoare sezoniere de energie termică solară (click pentru mărire).

Pentru construirea şi exploatarea cu succes a bateriei subterane trebuie să fie îndeplinite astfel de condiţii necesare, cum ar fi compoziţia corespunzătoare a solului şi spaţiul suficient.

Conceptul acestui sistem constă în stocarea energiei solare termice nemijlocit în sol. Formaţiuni geologice adecvate pentru utilizarea ei pot fi, de exemplu, sol de munte / sol pietros sau sol săturat cu apă. Încărcarea şi descărcarea bateriei subterane se efectuează prin intermediul unor schimbătoare de căldură verticale plasate în foraje la adîncimi de 30 -100 m. La suprafaţa bateriei este un strat de izolaţie, prevenind pierderea căldurii în mediul înconjurător. În timpul încărcării, fluxul de căldură este direcţionat de la centru spre periferie, pentru a obţine temperaturi mai mari la centru şi mai mici la frontieră. În timpul descărcării direcţia fluxului de căldură este opusă.

Avantajul acestui sistem este un design modular, care permite o extindere. Găuri suplimentare de foraj cu schimbătoare de căldură verticale pot fi adăugate cu uşurinţă, de exemplu, în cazul creşterii numărului de locuinţe încălzite într-o zonă rezidenţială. [T. Schmidt, Mangold D., Müller-Steinhagen H., iulie 2003. Central Solar Heating Plants with Seasonal Storage in Germany. Solar Energy, 76: 165-174].

La sfîrşitul anului 2002, într-o zonă rezidenţială din apropierea oraşului Stockholm – Anneberge - au fost puse în funcţiune sistemele termice solare cu acumulator subteran sezonier fără o pompă de căldură. Dezvoltarea sistemului termic solar cu acumulator subteran în Suedia a fost parte a unui proiect al Uniunii Europene EU THERMIE, care viza cercetarea şi dezvoltarea sistemelor solare de încălzire pentru locuinţe la o scară largă. Modelarea preliminară şi calcularea sistemului au fost puse în aplicare de software-ul calculatorului TRNSYS şi MINSUN şi în baza rezultatelor obţinute a fost aleasă configuraţia optimă a sistemului. [Nordell B., Hellström G., 2000. High Temperature Solar Heated Seasonal Storage System for Low Temperature Heating of Buildings. Solar Energy, 69 (6): 511-523]

Una din cerinţele municipalităţii locale a fost crearea unei zone rezidenţiale, care ar fi ecologic curată. Locul pentru această zonă a fost bine ales – întregul raion înconjurat de pădurea de conifere, în acelaşi timp, la doar 10 km de nord de Stockholm. În timpul construcţiei au fost utilizate materiale, cum ar fi lemn de esenţă tare, vopsele solubile în apă, izolaţie termică ecologică, etc. Una din camere în fiecare apartament a fost complet izolată de electricitate, ceea ce la sfîrşitul anilor 90 se considera benefic pentru sănătate. Fiecare rezident al zonei zilnic aduce o contribuţie la conservarea energiei, îmbunătăţirea situaţiei ecologice prin respectarea normelor de gestionare a deşeurilor, precum şi grija pentru mediul natural.

Acest sistem termic solar este format din 2400 de metri pătraţi de colectoare solare, plasate pe acoperişurile a 50 de case particulare, acumulatorul subteran cu un volum de 60 000 de metri cubi, 13 rezervoare cu apă, fiind totodată baterii pentru apă caldă, temperatura scăzută a sistemului de încălzire (încălzire prin pardoseală) şi radiatoare electrice suplimentare pentru încălzire şi apă caldă. Încălzirea caselor este asigurată printr-un sistem de încălzire prin pardoseală, cu o temperatură de aproximativ 27/32 de grade Celsius. Zona de încălzire totală - 5444 mp Consumul anual de energie pentru încălzire - 565 MWh. Acoperişurile sunt orientate în direcţia de sud-est cu unghiuri de inclinare 15 gr, 31 gr, 37 gr. Pe acoperişuri sunt instalate colectoare solare cu propylene glicol ca un lichid în calitate de agent termic.

Conturul colectoarelor solare este separat de circuitul acumulatorului de căldură şi sistemului de încălzire cu ajutorul schimbătoarelor de căldură. Radiaţia solară nu este constanta, deci pentru a avea pe tot parcursul anului apă caldă şi căldură este nevoie de un acumulator de căldură sezonier. În consecinţă, această baterie a fost concepută cu un volum de 60.000 de metri cubi şi 99 de găuri de foraj la o adîncime de 65 m şi o distanţă de 3 m între ele. 60% din consumul anual de energie cheltuită pentru încălzire sunt furnizate de sistemul termic solar. Cu toate acestea, locuitorii din Anneberga sunt nemulţumiţi de sistemul solar, care, conform estimărilor preliminare şi calculelor, trebuia să lucreze mult mai eficient. În 2007, au fost efectuate două studii pentru a determina cauzele eficienţei scăzute a sistemului. Studiile au arătat că:

1) acumulatorul subteran nu a atins starea de echilibru a temperaturilor;

2) consumul energiei de către chiriaşi pentru încălzire şi furnizarea apei calde depăşeşte parametrii stabiliţi la modelarea sistemul;

3) pierderile în reţeaua de distribuţie sunt mult mai mari decît se preconiza, în timp ce cantitatea energiei solare obţinute este mai joasă.

Timpul de aşteptare, în care bateria termică ar trebui să ajungă la o stare de echilibru a fost stabilit la etapa de proiectare: 7-8 ani. După această perioadă, în 2010 - 2011 au fost efectuate noi cercetări cu privire la eficacitatea sistemelor solare.

Sursa: ekopower.ru