Sistema de Aquecedor Solar de Água Split Heat Pipe

Definição concisa

Um sistema de aquecimento solar de água com tubos de calor integrados utiliza tubos evacuados com tubos de calor para captar a energia térmica solar e transferi-la para um reservatório de água separado através de um circuito de circulação. Fornece água quente estável para aplicações comerciais, industriais e institucionais com alta eficiência e escalabilidade modular.

Especificações técnicas do sistema de aquecimento solar de água dividido por tubos de calor

O sistema de aquecimento solar de água com tubos de calor integrados combina coletores de tubos evacuados, tubos de calor de cobre, coletor solar, estação de bombagem, controlador e tanque de armazenamento isolado. Os principais indicadores de desempenho incluem a eficiência térmica, o coeficiente de perda de calor, a temperatura de estagnação, a produção diária e a pressão nominal.

Parâmetros técnicos típicos

• Tipo de coletor: Tubos evacuados de borosilicato 3.3 com tubo de calor de cobre
• Dimensões do tubo: 58×1800 mm ou 47×1500 mm
• Material do tubo de calor: Cobre isento de oxigénio, meio destilado
• Invólucro do coletor: Alumínio ou aço inoxidável SUS304 com isolamento em poliuretano
• Produção diária: 60–140 L/m² dependendo do clima
• Pressão de trabalho: 0,6–0,8 MPa para sistemas pressurizados divididos
• Volume do tanque: 200–5000 L (personalizável para cargas industriais)
• Controlador: Controlador diferencial de temperatura com lógica anticongelante
• Estação elevatória: Bomba de circulação de alta temperatura com caudalímetro

Estrutura do sistema e processo de fabrico

O sistema de aquecimento solar de água com tubos de calor foi concebido para durabilidade, expansão modular e desempenho térmico estável. O seu processo de fabrico segue rigorosos padrões de engenharia térmica para garantir a fiabilidade a longo prazo.

Estrutura do Sistema

• Coletor de tubo evacuado: Tubos de vidro de dupla camada com revestimento seletivo
• Núcleo de tubo de calor: Meio de mudança de fase que permite um arranque rápido e uma elevada transferência de calor
• Coletor de cabeçalho: Tubagem de cobre que transfere calor para o permutador de calor.
• Circuito de Circulação: Estação elevatória + controlador + válvulas de caudal
• Depósito de armazenamento: Isolamento espesso de poliuretano + revestimento interior de aço
• Estrutura de montagem: Alumínio ou aço galvanizado com um ângulo de inclinação de 25 a 45°

Fluxo de trabalho de fabrico

1.º Selecione vidro borossilicato e reveste-o com camadas seletivas de ALN/ALN-SS.
2.º Produzir tubos de calor de cobre utilizando enchimento e selagem a vácuo.
3.º Monte os tubos de calor e realize ensaios de choque térmico (de -30°C a 200°C).
4.º Aplicar a soldadura TIG em tubagens de cobre do tipo manifold.
5.º Integre o coletor, a estrutura e o coletor para completar o módulo coletor.
6.º Construir um depósito de pressão isolado utilizando revestimento de aço inoxidável SUS304 + espuma de poliuretano.
7.º Monte o controlador, a estação elevatória e as válvulas de segurança.
8.º Realizar testes de pressão em todo o sistema e testes de eficiência ótica.

Tendências de mercado e dados da indústria

Segundo a IEA e a Solar Heat Worldwide, a capacidade global de energia solar térmica ultrapassou os 540 GWth, com os sistemas split de tubos de calor a crescerem entre 6% e 8% ao ano devido ao aumento da procura de água quente nos setores industrial e comercial. A adoção é mais expressiva em hotéis, processamento agrícola, fábricas de alimentos, hospitais e condomínios residenciais.

Os principais factores incluem a redução dos custos energéticos, as metas de descarbonização e os programas de subsídios na Ásia, na UE e em África.

Tabela de comparação da indústria

Dificuldades e soluções

Problema 1: Fornecimento instável de água quente em dias nublados

Solução:Integre o aquecimento auxiliar (bomba de calor ou aquecedor elétrico) com a lógica do controlador para o backup automático.

Ponto problemático 2: Dimensionamento difícil do sistema para grandes cargas comerciais

Solução:Utilize cálculos de engenharia (ver exemplo abaixo) para determinar a área do coletor e o volume de armazenamento.

Problema 3: Elevado custo de manutenção dos sistemas tradicionais

Solução:Os sistemas split com tubos de calor requerem manutenção mínima; apenas a substituição dos tubos a cada 8 a 12 anos.

Exemplo de cálculo de engenharia

Área de recolha necessária A para água quente diária Q (litros) com aumento de temperatura ΔT:

A = (Q × 4,186 × ΔT) ÷ (η × H)

Onde:
• η = rendimento térmico (0,55–0,65 para coletores de tubos de calor)
• H = radiação solar média diária (kWh/m²) convertida para kJ

Fluxograma de Instalação Passo a Passo (Altamente Prático)

1.º Determine o perfil de carga e o consumo na hora de ponta.
2.º Calcule a área do coletor utilizando a fórmula de engenharia.
3.º Escolha o volume e a pressão nominal do tanque adequados.
4. Instale a estrutura de montagem com a inclinação e orientação necessárias.
5. Instale os coletores e ligue os tubos de calor ao coletor.
6. Ligue o circuito de circulação e a estação elevatória.
7.º Execute a configuração do controlador e o teste da válvula de segurança.
8.º Realizar a lavagem do sistema, a purga com ar e os testes de desempenho térmico.

Guia de Seleção para Grossistas e Empreiteiros EPC

1.º Avalie o material do tubo de calor: o cobre isento de oxigénio garante uma resposta térmica rápida.
2.º Escolha o isolamento do coletor: o poliuretano com uma espessura ≥ 45 mm melhora a retenção de energia.
3.º Verificar a qualidade da soldadura do coletor: a soldadura TIG reduz o risco de fugas.
4.º Confirme as funções do controlador: anticongelante, controlo do aquecedor auxiliar e modo férias.
5.º Considere a radiação solar local: ajuste o tamanho do coletor aos dados climáticos regionais.
6.º Verificar a classificação de pressão: mínimo de 0,6 MPa para edifícios comerciais.
7. Inspecionar o revestimento do tanque: aço inoxidável SUS304 ou esmalte com espessura ≥ 0,5 mm.

Alertas de risco e planos de mitigação

Risco: Orientação incorreta do coletor → fraco desempenho.
Solução: Alinhe a ±15° do sul verdadeiro (norte no hemisfério sul).

Risco: Sobreaquecimento durante períodos de baixo consumo.
Solução: Utilize o modo de dissipação de calor + bomba de circulação de reserva.

Risco: Tubos de vidro de baixa qualidade que podem falhar sob choque térmico.
Solução: Exigir um relatório do fabricante sobre o ensaio de choque térmico na gama de −30 a 200 °C.

Cenário de aplicação real

Um hotel de 200 quartos adotou um sistema de aquecimento solar de água com 120 tubos de calor, combinado com um reservatório de 3000 litros. As faturas de energia caíram 62%, com uma disponibilidade estável de água quente 24 horas por dia. O tempo de funcionamento dos coletores ultrapassou os 99% e o retorno do investimento foi atingido em 2,7 anos.

Perguntas frequentes 

1. Qual a vida útil de um sistema de aquecimento solar de água com tubos de calor e sistema split?

Normalmente, a vida útil é de 15 a 20 anos, com a substituição dos tubos a cada 8 a 12 anos, dependendo das condições meteorológicas.

2.º O sistema é adequado para climas frios?

Sim. Os tubos de calor aquecem rapidamente a baixas temperaturas, sendo ideais para regiões com geadas.

3.º É compatível com caldeiras já existentes?

Sim. A configuração dividida integra-se facilmente com caldeiras a gás, bombas de calor ou aquecedores elétricos.

4.º Quanta manutenção é necessária?

Apenas lavagem periódica e substituição ocasional do tubo.

5. Qual a diferença entre os coletores de tubo de calor e os coletores de tubo em U?

Os tubos de calor oferecem um arranque mais rápido, maior eficiência e uma substituição mais fácil dos tubos.

6.º Como dimensionar o tanque para um complexo comercial?

Regra geral: 1,2 a 1,5 vezes a procura diária de água quente a ΔT = 35–45°C.

7.º Funciona em dias nublados?

Sim, combinado com aquecimento auxiliar.

8.º Os sistemas de tubos de calor são seguros para alta pressão?

Sim. Os tanques de pressão divididos suportam 0,6–0,8 MPa para edifícios de vários andares.

9. Que certificações devem os grossistas solicitar?

ISO 9806, Solar Keymark, CE e testes de desempenho baseados nas normas IEA SHC.

10.De que forma o controlador evita o congelamento?

Activa a circulação forçada quando a temperatura desce abaixo dos limites programados.

CTA Comercial (Atacadistas, EPC, Projetos Governamentais)

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Autor

Escrito por um Engenheiro Técnico de Energias Renováveis ​​com mais de 12 anos de experiência em design de sistemas de energia solar térmica, engenharia de água quente industrial e consultoria de projetos internacionais. Dados de referência da IEA e da Solar Heat Worldwide.

Acessórios e componentes:

Honras e qualificações: