Sistema de aquecimento solar de água com tubo de calor dividido: uma nova inovação no aquecimento moderno de água quente

A próxima inovação na utilização da energia solar térmica 

No contexto dos "objectivos de carbono duplo" e da transição energética global, a energia limpa tornou-se a principal prioridade nas estratégias energéticas de todos os países. A energia solar, como uma das formas de energia mais abundantes e limpas, está gradualmente a substituir os combustíveis fósseis tradicionais nas áreas da água quente e do aquecimento. Entre os diversos tipos de aquecedores solares de água, o sistema de aquecimento solar com tubo de calor dividido está a tornar-se o foco de atenção do mercado global devido à sua elevada eficiência, resistência ao frio e custo de manutenção relativamente baixo. 

Os aquecedores solares de água de placa plana tradicionais são utilizados há décadas, mas o seu desempenho é normalmente limitado em regiões frias ou com grandes diferenças de temperatura. Em contraste, o sistema de tubo de calor dividido, com a sua estrutura e método de transferência de calor únicos, não só opera de forma estável em climas extremos, como também resolve eficazmente os problemas de longa data que incomodam os utilizadores durante o processo de utilização.

O que é um sistema de aquecedor solar de água dividido por tubo de calor?

Em termos simples, trata-se de um sistema de aquecimento solar de água que combina tubos de vácuo com tecnologia de transferência de calor por tubos de calor. Geralmente, consiste em duas partes principais:

1. Coletor de tubo de vácuo (com tubo de calor)

• Cada tubo de vácuo está equipado com um tubo de calor de cobre selado no seu interior, no qual é pré-preenchida uma pequena quantidade de meio de trabalho volátil.

• Sob o efeito da radiação solar, o meio de trabalho na parte inferior do tubo de calor vaporiza rapidamente, e o vapor sobe para a extremidade de condensação.

• Na extremidade da condensação, o vapor liberta calor para a água ou anticongelante no tubo de circulação, que depois condensa novamente em líquido e flui de volta.

2. Tanque de armazenamento de água tipo split

• O reservatório de água e o coletor são instalados separadamente e estão geralmente no interior ou no solo, evitando a influência da luz solar direta e das alterações climáticas.

• O design dividido não só facilita a instalação, como também aumenta eficazmente a vida útil do tanque de armazenamento de água e melhora a fiabilidade de todo o sistema. 

• Ao contrário do sistema tradicional de aquecimento direto, o sistema de tubo de calor dividido adota a transferência de calor indireta, ou seja, a água não entra diretamente nos tubos de vácuo, mas realiza a transferência de calor através do permutador de calor. Esta abordagem resolve fundamentalmente problemas de longa data, como a formação de incrustações, fissuras por congelação e corrosão.

Análise do princípio técnico: A elevada eficiência da transferência de calor por mudança de fase

O princípio de funcionamento dos tubos de calor baseia-se na "transferência de calor por mudança de fase". O processo pode ser dividido em quatro etapas: 

1. Evaporação: A radiação solar faz com que o meio de trabalho na parte inferior vaporize rapidamente.

2.º Transmissão: O vapor transporta calor latente e sobe rapidamente quase sem perda de energia.

3.º Condensação: O calor é libertado no final da condensação para alimentar água ou anticongelante, e o vapor transforma-se em líquido.

4.º Refluxo: Sob o efeito da gravidade, o líquido regressa ao fundo e volta a evaporar. 

Como a velocidade de transferência de calor dos tubos de calor é dezenas de vezes mais rápida do que a dos metais sólidos, estes podem manter uma elevada eficiência térmica mesmo em condições de baixa temperatura ou pouca luz.

Os pontos fracos e as deficiências dos aquecedores solares de água tradicionais

Muitos utilizadores encontram problemas semelhantes ao utilizar aquecedores solares de água tradicionais: 

1. É propenso a congelar no inverno

Em sistemas de aquecimento direto ou de placa plana, a água flui diretamente pelo coletor, e as tubagens são propensas a fissuras devido ao congelamento a temperaturas negativas. 

2.º O problema da escala é grave

Após uma utilização prolongada em áreas com água dura, as tubagens e os permutadores de calor ficam severamente incrustados, resultando numa eficiência reduzida e numa limpeza frequente.

3. Grande perda de energia

O isolamento dos sistemas comuns é precário. A temperatura da água quente aquecida durante o dia costuma descer significativamente à noite.

4. Custo de manutenção elevado

Os utilizadores precisam de remover regularmente o calcário e reabastecer o anticongelante, o que aumenta os custos ocultos. 

Estes pontos problemáticos não afetam apenas a experiência do utilizador, mas também limitam a popularização global dos aquecedores solares de água. 

As vantagens do sistema de tubo de calor dividido 

1. Adapte-se a climas frios

Como a água não entra diretamente nos tubos de vácuo, o sistema quase não corre o risco de congelamento e fissuras e pode operar de forma estável num ambiente de -30°C. 

2. Alta eficiência de transferência de calor

O tubo de calor tem uma velocidade de transferência de calor rápida, o que faz com que a temperatura da água aumente rapidamente e o fornecimento de água quente seja mais estável. 

3. Longa vida útil

Os tubos de vácuo têm um excelente desempenho de preservação do calor, uma forte resistência ao impacto e uma vida útil normal de até 15 a 20 anos. 

4. Baixa manutenção necessária

Não há necessidade de limpar frequentemente as incrustações ou adicionar anticongelante, tornando a operação mais tranquila. 

5. Forte escalabilidade

Os utilizadores podem aumentar com flexibilidade o número de tubos de vácuo ou substituir o depósito de armazenamento de água por um de maior capacidade, de acordo com as necessidades da família ou da empresa.

Cenários e casos de aplicação 

1. Famílias residentes no Norte

Em regiões com invernos extremamente frios, como Heilongjiang e Mongólia Interior, depois de as famílias adotarem o sistema de divisão de tubos de calor, podem garantir um fornecimento contínuo de água quente mesmo quando a temperatura exterior desce para -25°C. 

2. Hotéis e resorts europeus

Alguns hotéis resort na Áustria e na Suíça utilizaram este sistema para satisfazer a procura de água quente centralizada, conseguindo uma taxa de poupança de energia superior a 60% e estabelecendo simultaneamente a marca de "hotéis verdes". 

3. Empresas industriais sul-americanas

Algumas fábricas de processamento de alimentos no Chile utilizam sistemas de tubos de calor para pré-aquecer a água de produção, poupando centenas de milhares de dólares em custos de gás natural todos os anos. 

4. Instalações públicas em África

Alguns hospitais e escolas na África do Sul instalaram grandes sistemas de divisão de tubos de calor com o apoio de projectos de ajuda, o que não só reduz os custos de energia, como também melhora o ambiente médico e educativo.

Opinião de especialistas 

Engenharia de sistemas de energia, destacou: 

O sistema de divisão de tubos de calor é uma solução particularmente competitiva em regiões frias. A sua tecnologia de transferência de calor por mudança de fase permitiu que as aplicações de aquecimento solar de água ultrapassassem as limitações geográficas e climáticas, e a sua quota de mercado global continuará a crescer no futuro.

Tendências de mercado e apoio político 

De acordo com dados da Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA), a taxa média de crescimento anual dos aquecedores solares de água com tubo de calor global tem-se mantido acima dos 12% desde 2020. 

1.Na região Ásia-Pacífico, a China é o maior produtor e consumidor, sendo que a sua produção de tubos de vácuo representa mais de 70% do total global.

2. Europa: A Alemanha, a Áustria e os países nórdicos estão a acelerar a promoção, especialmente nas regiões frias.

3. África: A ajuda internacional promove a instalação de escolas e hospitais, com um enorme potencial de mercado. 

Entretanto, um número crescente de países introduziu subsídios fiscais, crédito verde e normas de eficiência energética nas construções para promover a popularização da utilização da energia solar térmica.

Desafios e direções de melhoria 

1. O preço é relativamente elevado: O investimento inicial é 15% a 30% superior ao dos sistemas de tablets comuns.

2.º Riscos de instalação e transporte: Os tubos de vácuo são propensos a danos durante o transporte e requerem padrões mais elevados de embalagem e instalação.

3.º Risco de sobreaquecimento: em regiões quentes, se ninguém utilizar água quente, o sistema pode parar.

Atualmente, os fabricantes estão a abordar estas questões reforçando o material de vidro dos tubos de vácuo, melhorando as válvulas automáticas de controlo da temperatura e adicionando sistemas de monitorização inteligentes.

Estudo de caso 

1.Na comunidade de Ontário, no Canadá, após a instalação unificada do sistema de divisão de tubos de calor, o custo médio da água quente para as famílias residentes diminuiu 65%.

2.º Hospital de Joanesburgo, na África do Sul: a instalação de um sistema de 8.000 litros para substituir as caldeiras a diesel permite poupar 20.000 dólares anuais, com um período de retorno de quatro anos.

3.º Universidade de Melbourne, na Austrália: O dormitório adota um sistema de tubagem de calor, que não só poupa energia, como também serve como caso de ensino sobre energia renovável.

Perspectivas Futuras 

Com o desenvolvimento de tubos de vácuo nanorrevestidos, monitorização inteligente da Internet das Coisas e sistemas híbridos de bomba de calor de fonte de ar, o desempenho do sistema de divisão de tubos de calor será ainda mais melhorado. 

Os especialistas prevêem que, até 2035, a quota de mercado deste sistema no mercado do clima frio poderá chegar aos 40%, tornando-se uma das principais tecnologias para aquecedores solares de água no mundo.

Conclusão 

O aquecedor solar de água dividido com tubo de calor, com a sua tecnologia única de transferência de calor e design dividido, resolveu com sucesso as deficiências dos sistemas tradicionais em climas frios, proporcionando aos utilizadores uma solução de energia limpa eficiente, fiável e de baixa manutenção. 

Na onda global de transição energética, o sistema pode não só reduzir os custos de energia para as casas e empresas, mas também reduzir significativamente as emissões de carbono. Com o progresso tecnológico e a promoção do mercado, prevê-se que o sistema de divisão de tubos de calor se torne uma parte importante da vida verde e da sociedade de baixo carbono do futuro. 

1. Casos avançados: orientação detalhada sobre a produção, instalação e casos de aplicação.

2.º Produção personalizada: os produtos podem ser personalizados e customizados de acordo com as necessidades do cliente.

Âmbito de aplicação

Aquecimento residencial distribuído/aquecimento distrital/calor para processos industriais e agrícolas.