Colectores solares planos PERMASOL P2.4 e P2.0 Manual de instalação e utilização, Lda www.permasolaris.pt Rua da Devesa, 26 3750-362 Belazaima do Chão (Águeda) Versão 4.4, Abril de 2013
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A Apresentação O colector solar Permasol é um colector solar plano com superfície selectiva, apropriado para o aquecimento de águas de uso doméstico ou industrial de baixa e média temperatura. Sendo um colector com superfície selectiva e bons níveis de isolamento térmico, as suas características aproximam-se das melhores que um colector solar com esta tipologia pode atingir. O fluído de transporte de calor circula através de uma tubagem em cobre baseada numa grelha de tubos paralelos, permitindo obter uma baixa perda de carga. As dimensões do modelo P2.4 e as suas características permitem o dimensionamento de instalações familiares com base em acumuladores de 190 ou 200 litros (apropriado para 3-4 pessoas) com um único colector, o que permite instalar sistemas bastante económicos. O modelo P2.0 é apropriado para sistemas com acumulador de 150 litros. O colector solar Permasol foi fabricado com materiais de elevada qualidade, o que lhe permitirá ter uma vida longa em condições normais de funcionamento. O colector Permasol suporta condições ocasionais de estagnação mas não o congelamento, pelo que a sua instalação deve prevenir esta possibilidade. O instalador deve ler a secção deste manual dedicada à instalação. B Características Para se ter um sistema solar eficiente é necessário ter um colector de elevado rendimento. Há dois parâmetros básicos que caracterizam um colector térmico de qualquer tipo: o rendimento óptico e as perdas térmicas. O primeiro traduz a fracção da energia presente na radiação incidente que é transformada em calor, o segundo refere-se à energia captada que não é transferida para o fluído de transporte de calor. O 3
primeiro deve ser o mais elevado possível, o segundo o mais baixo possível, mas há limites que não podem, por razões técnicas, ser ultrapassados. As principais características técnicas dos colectores solares Permasol estão explicitadas na página seguinte. C Utilização e Manutenção O colector, como parte da instalação, não requer cuidados de utilização e manutenção particulares. No entanto há alguns aspectos que merecem referência, embora mais relacionados com a instalação no seu todo: Em caso de ausência de utilização por períodos prolongados no Verão, é conveniente prevenir temperaturas de operação excessivas do sistema solar, que podem danificar componentes da instalação ou encurtar o seu tempo de vida. Há duas formas de o conseguir: cobrir o(s) colector(es) ou utilizar funções de arrefecimento presentes em muitos controladores solares. O utilizador deve discutir e decidir com o seu instalador a(s) abordagem(s) a seguir. Em caso de falha da energia eléctrica num dia de Verão ensolarado, a circulação forçada do fluído portador de calor é interrompida e criam-se condições de estagnação. Se as condições forem favoráveis (temperatura ambiente elevada, pequena inclinação do colector, baixa pressão do fluído, baixa temperatura de ebulição do fluído), o fluído vaporiza, saindo pelo purgador ou, se este não funcionar, fazendo aumentar a pressão no circuito, disparando a válvula de segurança. Neste caso a instalação fica inoperacional até que o fluído seja introduzido de novo no circuito primário, o que normalmente requer a presença do instalador. A estagnação não danifica o colector. Em condições de ausência prolongada de chuva, vão-se acumulando poeiras sobre o vidro de cobertura, diminuindo o rendimento do colector. Nas nossas condições climáticas, isso acontece sobretudo no Verão, quando a disponibilidade de energia solar é elevada e a quebra não é relevante. Mas, se houver 4
condições para acontecer noutros períodos do ano, o utilizador obtém ganhos se fizer uma limpeza do vidro de cobertura. É aconselhável que o utilizador verifique periodicamente o nível de enchimento do depósito de fluído circulante (no caso de vaso de expansão aberto) ou a sua pressão (no caso de vaso de expansão fechado) e providencie a adição de fluído sempre que necessário. Uma inspecção visual, dos colectores e da instalação, numa base anual, poderá também permitir identificar algum problema antes de ele se reflectir na deficiente produção de água quente. D Instruções para instaladores Esta secção descreve as características e modo de instalação dos colectores solares Permasol, e destina-se a instaladores. 1) Características O colectores solares Permasol são colectores planos com grelha de tubos paralelos em cobre com as características referidas na tabela seguinte: Características/modelo P2.4 P2.0 Área de abertura (m2) 2,405 2,057 Área total (m2) 2,596 2,227 Rendimento óptico (η0) 0,795 0,795 a1 (W ºC-1 m-2) 4,1 4,1 a2 (W ºC-2 m-2) 0,001 0,001 1,705 1,705 100-120 80-100 2109 x 1231 x 90 1809 x 1231 x 90 42 37 Coeficiente de perdas Perda de carga (mbar a 120 l/h) Caudal recomendado (l/h) Dimensões totais (mm) Peso (kg) 5
2) Componentes: Placa absorvente com superfície selectiva mirotherm sobre folha de alumínio de 0.5 mm de espessura, com absorvência de 0.94 ± 0.02 (AM 1.5) e emissividade de 0.05 ± 0.02 (a 100ºC), soldada a laser a uma grelha de tubos de 8 mm de diâmetro exterior, com tubos de entrada/saída de 22 mm de diâmetro. Vidro de cobertura: temperado extra-claro diamante, fixado à estrutura com cantoneiras de alumínio anodizado. Isolamento térmico de fundo: Lã de rocha revestida por um véu negro de fibra de vidro. Isolamento térmico lateral: Geopannel Plus FR 2 Caixa: em perfil de alumínio anodizado com fundo de poliestireno rebitado à estrutura. Impermeabilização: do vidro, com silicone; dos tubos de entrada/saída, com juntas de epdm e cordão butil; dos cantos, com epdm adesivado. 3) Embalagem, transporte e manuseamento O colector é fornecido com quatro cantos de embalagem e protecção, que servem para o proteger durante o armazenamento e o transporte. No armazenamento recomenda-se o assentamento sobre uma superfície plana do lado menor do colector, ficando este ligeiramente inclinado para uma parede ou outros colectores. No transporte os colectores podem ser acomodados de forma idêntica à do armazenamento, podendo também ser assentes sobre o lado maior para adaptação à altura do meio de transporte. 4) Fixação Os colectores Permasol podem ser fixados à estrutura de suporte de várias maneiras de acordo com a técnica e os componentes de fixação escolhidos. A propõe um sistema de fixação baseado em componentes de alumínio Extrusal pro solar. As seguintes imagens pretendem ser meramente ilustrativas: 6
Sistema de fixação em alumínio Extrusal pro solar 5) Tipologias de instalação O colectores solares Permasol podem ser utilizados tanto em instalações de circulação natural como instalações de circulação forçada, devido à baixa perda de carga por si produzida. 6) Ligação e conexão de colectores A ligação do colector a outros colectores faz-se por meio de uma união de ligação standard e a saída para a instalação por meio de uma junção de saída. Os tubos de entrada/saída têm um diâmetro exterior de 22 mm. Os colectores podem ser montados em paralelo até um máximo de 5 (12 m2 de área útil para o modelo P2.4). Deste modo garante-se que o caudal total está ainda dentro dos limites recomendados para o diâmetro da tubagem de entrada/saída (diâmetro interior de 20 mm) e que não se verificam desiquilíbrios de caudal relevantes no conjunto. Na conexão de colectores em paralelo é necessário que os acessórios de conexão não originem perdas de carga superiores às do próprio tubo de entrada/saída. Se o número de colectores a instalar for superior a 5, devem ser agrupados de maneira a proporcionar um conveniente equilíbrio de caudal (6 em 2 grupos de 3; 8 em 2 grupos de 4; 9 em 3 grupos de 3; 10 em 2 grupos de 5; etc). A tubagem de ligação do campo de colectores ao grupo de circulação e ao permutador de calor pode ser de cobre ou de aço inox flexível. Dado que o cobre é um material mais escasso, e embora 7
ainda seja de uso dominante nas instalações solares, é desejável uma evolução em direcção ao uso do tubo de inox flexível (enrugado). Para garantir as mesmas perdas de carga que num tubo liso de cobre, o tubo de inox deve ter um diâmetro maior. O quadro seguinte apresenta uma relação entre o número de colectores (P2.4) da instalação e o diâmetro nominal do tubo recomendado. Deve-se ressalvar que, para distâncias grandes entre o campo de colectores e o resto da instalação, estes valores devem ser reavaliados: Nº de col. m2 Caudal (l/h) DN Cu DN Inox 1 2,4 100-120 DN 10 DN 12 2 4,8 200-240 DN 12 DN 12 3 7,2 300-360 DN 12 DN 16 4 9,6 400-480 DN 15 DN 16 5 12 500-600 DN 18 DN 20 6 14,4 600-720 DN 22 DN 20 8 19,2 800-960 DN 28 DN 25 7) Inclinação de montagem O colector solar deve ser montado num plano inclinado, com orientação sul. O ângulo de inclinação deve estar entre 30 e 60º, sendo o primeiro mais indicado para uma utilização preferencial no Verão, e o último mais indicado para uma utilização preferencial no Inverno. Para uma utilização regular ao longo de todo o ano é recomendável uma inclinação igual à latitude do lugar acrescentada de pelo menos 10º. Para além de maximizar a produção no período de maior escassez (o Inverno) e minimizá-la no período de maior excesso (o Verão), esta inclinação também diminui a temperatura de estagnação relativamente aquela que se obteria se a superfície do colector fosse perpendicular aos raios solares no Verão. Ver também o ponto 9). 8
8) Fluído portador de calor Deve ser utilizado um fluído anti-congelante à base de propilenoglicol, ou outro de características similares, com a concentração adequada à temperatura mínima absoluta própria da região onde se instala o colector. Para a melhor protecção do circuito solar, a recomenda a utilização de um produto da empresa BioDetex (DTermisolar L), com excelentes características também quanto à protecção do circuito contra a corrosão, biodegradabilidade e inocuidade. 9) Grupo de circulação Por razões de fiabilidade e facilidade de montagem a recomenda a utilização de grupos de circulação em kit. Até 20 m2 (e mesmo mais) podem ser utilizados os grupos de circulação Watts da Série 7000 ou similares. O grupo de circulação contém todos os componentes essenciais ao bom funcionamento da instalação (excepto purgadores de ar): bomba de circulação, válvula de retenção, regulador de caudal, termómetros, manómetro, válvula de segurança, torneiras de enchimento e esvaziamento da instalação e saída para vaso de expansão. 10) Controlador solar O controlador solar assegura o funcionamento regular da instalação, incluindo o apoio, se requerido pelo utilizador, e também funções de protecção. A sua principal função é gerir o funcionamento da bomba de circulação. A recomenda a utilização do controlador solar PSC-1, que tem como funcionalidades próprias mais importantes as seguintes: 1) Controle electrónico da velocidade da bomba, o que permite regular o caudal do circuito primário não por estrangulamento do circuito, o que faz aumentar o consumo electrico da bomba, mas por manipulação da forma de onda na linha de alimentação electrica, o que tem como principal vantagem diminuir o consumo da bomba para o mínimo possível. 9
2) Função arrefecimento, de particular relevância para Portugal, onde no Verão e em caso de ausência dos utilizadores, se poderão atingir temperaturas de armazenamento da água superiores às recomendadas. Na função arrefecimento, que consiste na recirculação do fluído pelo colector (ou por uma unidade de dissipação) durante a noite, o consumo da bomba também é reduzido ao mínimo. 11) Enchimento e pressão de trabalho; estagnação É recomendável proceder ao enchimento do sistema com o colector frio pelo que, em condições de exposição solar, é conveniente cobri-lo antes da operação. A pressão de trabalho não deve ser superior a 3 bar, mas também não deve ser muito inferior a este valor, para maximizar a temperatura de ebulição do fluído solar em condições próximas da estagnação. O colector pode suportar condições de estagnação, podendo atingir neste caso as suas partes activas temperaturas muito elevadas (175,5ºC com 30ºC de temperatura ambiente e 1000 W/m2 de radiação incidente, perpendicular à superfície do colector). Tais temperaturas podem fazer o fluído portador de calor entrar em ebulição (dependendo da concentração de anti-congelante e da pressão de funcionamento, como referido acima), devendo a instalação estar preparada para o fenómeno. O colector não é danificado se for exposto a condições de estagnação na ausência de fluído circulante, mas se este vaporizar ou se a válvula de segurança da instalação funcionar, a instalação fica inoperacional até se encher de novo. 12) Protecção contra relâmpagos Embora não danifique o colector, a ocorrência de relâmpagos pode originar descargas que se encaminhem através de outros componentes da instalação, como a bomba de circulação ou o controlador solar, pelo que é recomendável que a estrutura de fixação seja electricamente ligada à terra. O instalador deve ter em consideração os Regulamentos Nacionais sobre este assunto. 10
13) Cargas de neve e vento O colector e estruturas de fixação recomendadas suportam cargas máximas, positivas de vento e neve de 667 Pa, e negativas (vento) de 500 Pa de pressão sobre a cobertura. 14) Requisitos de manutenção O colector solar não apresenta requisitos de manutenção para o utilizador que possam ser identificados de forma independente da instalação. Se as condições forem favoráveis à acumulação de poeiras no vidro de cobertura, a sua remoção por lavagem faz aumentar, naturalmente, o rendimento do colector. Se fôr utilizado um fluído portador de calor inadequado, que crie depósitos nos finos tubos do colector, o que pode particularmente acontecer se as temperaturas de operação forem ocasional ou frequentemente elevadas, o rendimento cairá e a perda de carga no circuito primário aumentará, sendo necessário proceder a uma limpeza deste circuito com um produto adequado. Em caso de necessidade de uma limpeza deste tipo, a propõe produtos apropriados. É aconselhável um controle de dois em dois anos da pressão de operação do circuito primário. 11