Preparação do aquecedor solar de água para o inverno: como evitar o congelamento dos canos e os danos.

Proteção contra o congelamento para sistemas de aquecimento solar de água

Os coletores e as suas tubagens exteriores nos sistemas de aquecimento solar de água são frequentemente danificados pela expansão da água congelada durante os rigorosos meses de inverno, especialmente em regiões frias de alta latitude. Assim, devem ser consideradas medidas de proteção contra o congelamento para sistemas de aquecimento solar de água. Atualmente, as seguintes são algumas medidas comuns de proteção contra o congelamento para sistemas de aquecimento solar de água.

Escolhendo coletores solares à prova de congelamento

O coletor é um componente essencial num sistema de aquecimento solar de água, pois necessita de estar exposto ao ar livre. Optar por um coletor resistente ao congelamento elimina as preocupações com os danos causados ​​pelo congelamento durante os rigorosos meses de inverno.

O coletor de tubos de vácuo com tubos de calor e o coletor de tubos de vácuo totalmente em vidro com tubos internos, apresentados no Capítulo 1 deste livro, são ambos coletores à prova de congelamento. Como a água aquecida nunca entra diretamente nos tubos de vácuo, as coberturas de vidro dos tubos não entram em contacto com a água. Além disso, os próprios tubos de calor têm uma capacidade de fluido de trabalho muito baixa, pelo que os tubos de vácuo estão protegidos do congelamento mesmo a temperaturas de várias dezenas de graus Celsius abaixo de zero.

Outro tipo de coletor com características anticongelantes é o coletor de placa plana com tubos de calor. Ao contrário dos coletores de placa plana convencionais, este utiliza tubos de calor em vez de tubos na tubagem do absorvedor. Estes tubos utilizam um fluido de trabalho com um baixo ponto de ebulição e um baixo ponto de congelação, impedindo o congelamento do absorvedor. No entanto, como o desempenho técnico e económico dos coletores de placa plana com tubos de calor é inferior ao dos coletores de tubos de vácuo anteriormente mencionados, estes ainda não são amplamente utilizados.

Sistema de dupla circulação com anticongelante

Um sistema de dupla circulação (ou sistema de circuito duplo) incorpora um permutador de calor no sistema de aquecimento solar de água. O coletor e o lado quente do permutador de calor formam o primeiro circuito (ou circuito primário). Um fluido anticongelante de baixo ponto de congelação é utilizado como meio de transferência de calor, conferindo assim uma proteção anticongelante ao sistema. Os sistemas de dupla circulação podem ser utilizados tanto em sistemas de aquecimento solar de água com circulação natural como com circulação forçada.

Em sistemas de circulação natural, embora se utilize anticongelante no circuito principal, o reservatório de água fica localizado ao ar livre, e o reservatório de água fria e as tubagens de água quente do sistema também são parcialmente instaladas ao ar livre. Mesmo com isolamento, não há garantia de que estas tubagens exteriores não congelem a água no seu interior durante as noites frias de inverno. Portanto, ao projetar o sistema, é importante considerar algum meio de drenar a água quente das tubagens após a sua utilização. Por exemplo, uma tubagem de entrada de água quente do tipo sifão poderia também funcionar como tubagem de água fria, com uma válvula atmosférica instalada na sua extremidade superior para controlar a sua abertura e fecho, drenando assim a tubagem.

Sistema de retorno com drenagem automática

Num sistema de circulação forçada de circuito único, é normalmente utilizado um diferencial de temperatura para controlar o funcionamento da bomba de circulação de água, e o reservatório de água está normalmente localizado num ambiente interior (no rés-do-chão ou no subsolo). Durante o dia, no inverno, quando existe radiação solar suficiente, o controlador de diferencial de temperatura ativa a bomba de circulação de água, permitindo que o coletor funcione normalmente. À noite ou em dias nublados, quando a radiação solar é insuficiente, o controlador de diferencial de temperatura desliga a bomba de circulação de água, permitindo que a água no coletor e nos tubos retorne ao reservatório por gravidade, evitando danos causados ​​pelo congelamento. No dia seguinte, ou quando a radiação solar regressa a níveis suficientes, o controlador de diferencial de temperatura reinicia a bomba de circulação de água, bombeando a água do reservatório de volta para o deflector, permitindo que o sistema continue a funcionar. Este sistema anticongelante é simples e fiável, não necessitando de equipamento adicional. No entanto, a bomba de circulação de água do sistema deve ter uma pressão elevada.

Nos últimos anos, os países estrangeiros começaram a aplicar medidas anticongelantes de refluxo em sistemas de circuito duplo. Neste sistema, o primeiro circuito não utiliza fluido anticongelante, mas ainda assim utiliza água como meio de transferência de calor no coletor. À noite ou em dias nublados, quando a radiação solar é insuficiente, a bomba de circulação de água desliga-se automaticamente e a água no coletor flui através de um efeito sifão para um pequeno reservatório especialmente concebido. A água é então bombeada novamente para o coletor no dia seguinte ou quando a radiação solar volta a ser suficiente, permitindo que o sistema continue a funcionar.

Utilizando um sistema de drenagem para esvaziar a água armazenada.

Num sistema de circuito único com circulação natural ou forçada, um sensor de temperatura é incorporado na tubagem abaixo do absorvedor do coletor ou à temperatura ambiente exterior mais baixa, ligado a um controlador. Quando a temperatura da água no coletor ou na tubagem exterior se aproxima do ponto de congelação (3-4 °C), o controlador, com base num sinal do sensor de temperatura, abre a válvula de drenagem e a válvula de ventilação. A água no coletor e nas tubagens exteriores escoa então por gravidade para fora do sistema, evitando a reutilização e conseguindo o efeito anticongelante desejado.

Circulação noturna automática de água quente a partir de um reservatório.

Num sistema de circuito único com circulação forçada, um sensor de temperatura está incorporado na tubagem abaixo do absorvedor do coletor ou no ponto de temperatura ambiente exterior mais baixa, ligado a um controlador. Quando a temperatura da água no coletor ou na tubagem exterior se aproxima do ponto de congelação (por exemplo, 3-4 °C), o controlador liga a alimentação, acionando a bomba de circulação, que bombeia água quente do reservatório para o coletor, elevando a temperatura da água no coletor e nas tubagens. Quando a temperatura da água no coletor ou na tubagem atinge um valor predefinido (ou quando a bomba funciona durante um período determinado), o controlador desliga a energia, interrompendo o funcionamento da bomba de circulação. Uma vez que este método anticongelante consome uma certa quantidade de energia para operar a bomba de circulação, é adequado para áreas com congelação ocasional, mas não para frio intenso.

Num sistema de circuito único com circulação natural ou forçada, é instalada uma fita de aquecimento autorregulável na secção da tubagem exterior mais suscetível ao congelamento. Este método utiliza um termistor localizado junto à fita de aquecimento e ligado ao circuito desta. Quando a fita de aquecimento é energizada, aquece a água nos canos e, simultaneamente, eleva a temperatura do termistor, o que, por sua vez, aumenta a sua resistência. Quando a resistência do termistor atinge um determinado valor, o circuito é interrompido, a fita de aquecimento é desenergizada e a temperatura diminui gradualmente. Este processo repete-se inúmeras vezes, impedindo o congelamento da água nos canos exteriores e evitando o sobreaquecimento da fita de aquecimento, o que poderia provocar acidentes. Este método anticongelante consome uma certa quantidade de energia elétrica, mas é eficaz em regiões muito frias.