Sistema di riscaldamento solare dell'acqua con tubi di calore: una nuova svolta nel riscaldamento moderno dell'acqua calda

La prossima innovazione nell'utilizzo dell'energia solare termica 

Sullo sfondo dei "duplici obiettivi di riduzione del carbonio" e della transizione energetica globale, l'energia pulita è diventata la priorità assoluta nelle strategie energetiche di tutti i Paesi. L'energia solare, una delle forme di energia più abbondanti e pulite, sta gradualmente sostituendo i combustibili fossili tradizionali nei settori dell'acqua calda sanitaria e del riscaldamento. Tra le varie tipologie di scaldacqua solari, il sistema split a tubi di calore sta diventando il fulcro dell'attenzione del mercato globale grazie alla sua elevata efficienza, alla resistenza al freddo e ai costi di manutenzione relativamente bassi. 

I tradizionali scaldacqua solari a piastra piana sono in uso da decenni, ma le loro prestazioni sono spesso limitate nelle regioni fredde o in aree con grandi escursioni termiche. Al contrario, il sistema split a tubi di calore, con la sua struttura unica e il suo metodo di trasferimento del calore, non solo può funzionare stabilmente in climi estremi, ma risolve anche efficacemente i problemi di lunga data che hanno creato problemi agli utenti durante il loro utilizzo.

Che cosa è un sistema di riscaldamento solare dell'acqua con tubi di calore?

In parole povere, si tratta di un sistema di riscaldamento solare dell'acqua che combina tubi sottovuoto con la tecnologia di trasferimento del calore tramite tubi di calore. Solitamente è costituito da due parti principali:

1. Collettore a tubi sottovuoto (con tubo di calore)

• Ogni tubo a vuoto è dotato al suo interno di un tubo di calore in rame sigillato, nel quale è pre-riempita una piccola quantità di mezzo di lavoro volatile.

• Sotto l'effetto della radiazione solare, il mezzo di lavoro nella parte inferiore del tubo di calore evapora rapidamente e il vapore sale verso l'estremità di condensazione.

• Nella fase di condensazione, il vapore cede calore all'acqua o all'antigelo nel tubo di circolazione, che poi si condensa nuovamente in liquido e rifluisce.

2. Serbatoio di accumulo dell'acqua di tipo diviso

• Il serbatoio di accumulo dell'acqua e il collettore vengono installati separatamente e solitamente vengono posizionati all'interno o sul terreno, evitando l'influenza della luce solare diretta e dei cambiamenti climatici.

• Il design diviso non solo semplifica l'installazione, ma prolunga anche efficacemente la durata del serbatoio di accumulo dell'acqua e migliora l'affidabilità dell'intero sistema. 

• A differenza del tradizionale sistema di riscaldamento diretto, il sistema split a tubi di calore adotta il trasferimento di calore indiretto, ovvero l'acqua non entra direttamente nei tubi a vuoto ma completa il trasferimento di calore attraverso lo scambiatore di calore. Questo approccio risolve sostanzialmente problemi di vecchia data come la formazione di incrostazioni, le fessurazioni dovute al congelamento e la corrosione.

Analisi del principio tecnico: l'elevata efficienza del trasferimento di calore a cambiamento di fase

Il principio di funzionamento dei tubi di calore si basa sul "trasferimento di calore a cambiamento di fase". Il processo può essere suddiviso in quattro fasi: 

1. Evaporazione: la radiazione solare provoca la rapida vaporizzazione del mezzo di lavoro sul fondo.

2. Trasmissione: il vapore trasporta calore latente e sale rapidamente senza quasi alcuna perdita di energia.

3. Condensazione: il calore viene rilasciato all'estremità della condensazione per alimentare acqua o antigelo e il vapore si trasforma in liquido.

4. Riflusso: sotto l'effetto della gravità, il liquido ritorna sul fondo ed evapora nuovamente. 

Poiché la velocità di trasferimento del calore dei tubi di calore è decine di volte superiore a quella dei metalli solidi, possono mantenere un'elevata efficienza termica anche in condizioni di bassa temperatura o scarsa illuminazione.

I punti deboli e le carenze degli scaldacqua solari tradizionali

Molti utenti riscontrano problemi simili quando utilizzano i tradizionali scaldacqua solari: 

1. È soggetto a gelo in inverno

Nei sistemi di riscaldamento a piastra piana o diretti, l'acqua scorre direttamente attraverso il collettore e le tubazioni sono soggette a crepe a causa del congelamento a temperature inferiori allo zero. 

2. Il problema della scala è serio

Dopo un utilizzo prolungato in aree con acqua dura, le tubazioni e gli scambiatori di calore si incrostano notevolmente, con conseguente riduzione dell'efficienza e necessità di pulizie frequenti.

3. Grande perdita di energia

L'isolamento degli impianti tradizionali è scarso. L'acqua calda riscaldata durante il giorno spesso scende notevolmente di temperatura durante la notte.

4. Elevati costi di manutenzione

Gli utenti devono rimuovere regolarmente il calcare e rabboccare l'antigelo, il che aumenta i costi nascosti. 

Questi punti deboli non solo incidono sull'esperienza dell'utente, ma limitano anche la diffusione globale degli scaldacqua solari. 

I vantaggi del sistema split heat pipe 

1. Adattarsi ai climi freddi

Poiché l'acqua non entra direttamente nei tubi a vuoto, il sistema non corre quasi alcun rischio di congelamento o rottura e può funzionare stabilmente in un ambiente a -30°C. 

2. Elevata efficienza di trasferimento del calore

Il tubo di calore ha una velocità di trasferimento del calore elevata, che fa sì che la temperatura dell'acqua aumenti rapidamente e che l'erogazione di acqua calda sia più stabile. 

3. Lunga durata di servizio

I tubi a vuoto hanno eccellenti prestazioni di conservazione del calore, una forte resistenza agli urti e una durata utile normale fino a 15-20 anni. 

4. Bassa manutenzione richiesta

Non è necessario pulire frequentemente il calcare o aggiungere antigelo, il che rende il funzionamento più agevole. 

5. Forte scalabilità

Gli utenti possono aumentare in modo flessibile il numero di tubi a vuoto o sostituire il serbatoio di accumulo dell'acqua con uno di maggiore capacità, in base alle esigenze familiari o aziendali.

Scenari e casi applicativi 

1. Famiglie residenti nel Nord

Nelle regioni con inverni estremamente freddi, come Heilongjiang e Mongolia Interna, una volta che le famiglie adottano il sistema split con tubi di calore, possono garantire una fornitura continua di acqua calda anche quando la temperatura esterna scende a -25 °C. 

2. Hotel e resort europei

Alcuni resort in Austria e Svizzera hanno utilizzato questo sistema per soddisfare la domanda di acqua calda centralizzata, ottenendo un risparmio energetico superiore al 60% e affermando contemporaneamente il marchio degli "hotel verdi". 

3. Imprese industriali sudamericane

Alcuni stabilimenti di lavorazione alimentare in Cile utilizzano sistemi di tubi di calore per preriscaldare l'acqua di produzione, risparmiando ogni anno centinaia di migliaia di dollari sui costi del gas naturale. 

4. Strutture pubbliche in Africa

Grazie al supporto di progetti umanitari, alcuni ospedali e scuole in Sudafrica hanno installato grandi sistemi split a tubi di calore, che non solo riducono i costi energetici, ma migliorano anche l'ambiente medico e scolastico.

Opinione di esperti 

Ingegneria dei sistemi energetici, ha sottolineato:

Il sistema split heat pipe è una soluzione particolarmente competitiva nelle regioni fredde. La sua tecnologia di trasferimento del calore a cambiamento di fase ha permesso alle applicazioni di riscaldamento solare dell'acqua di superare i limiti geografici e climatici, e la sua quota di mercato globale continuerà a crescere in futuro.

Tendenze del mercato e sostegno politico 

Secondo i dati dell'Agenzia internazionale per le energie rinnovabili (IRENA), il tasso di crescita medio annuo degli scaldacqua solari termici a tubi di calore a livello mondiale è rimasto superiore al 12% dal 2020. 

1. Nella regione Asia-Pacifico, la Cina è il maggiore produttore e consumatore, con una produzione di tubi a vuoto che rappresenta oltre il 70% del totale mondiale.

2. Europa: Germania, Austria e paesi nordici stanno accelerando la promozione, soprattutto nelle regioni fredde.

3. Africa: gli aiuti internazionali promuovono l'installazione di scuole e ospedali, con un enorme potenziale di mercato. 

Nel frattempo, un numero crescente di paesi ha introdotto sussidi fiscali, crediti verdi e standard di efficienza energetica degli edifici per promuovere la diffusione dell'utilizzo dell'energia solare termica.

Sfide e direzioni di miglioramento 

1. Il prezzo è relativamente alto: l'investimento iniziale è dal 15% al ​​30% superiore a quello dei normali sistemi tablet.

2. Rischi di installazione e trasporto: i tubi a vuoto sono soggetti a danni durante il trasporto e richiedono standard di imballaggio e installazione più elevati.

3. Rischio di surriscaldamento: nelle regioni calde, se nessuno utilizza acqua calda, il sistema potrebbe bloccarsi.

Attualmente, i produttori stanno affrontando questi problemi rinforzando il materiale in vetro dei tubi a vuoto, migliorando le valvole di controllo automatico della temperatura e aggiungendo sistemi di monitoraggio intelligenti.

Caso di studio 

1. Nella comunità canadese dell'Ontario, dopo l'installazione unificata del sistema split heat pipe, il costo medio dell'acqua calda per le famiglie residenti è diminuito del 65%.

2. Ospedale di Johannesburg in Sudafrica: l'installazione di un sistema da 8.000 litri per sostituire le caldaie a gasolio consente di risparmiare 20.000 dollari all'anno, con un periodo di ammortamento di quattro anni.

3. Università di Melbourne in Australia: il dormitorio adotta un sistema di tubi di calore, che non solo consente di risparmiare energia, ma funge anche da esempio didattico per le energie rinnovabili.

Prospettive future 

Con lo sviluppo di tubi a vuoto nano-rivestiti, di sistemi di monitoraggio intelligenti basati sull'Internet delle cose e di sistemi ibridi con pompa di calore ad aria, le prestazioni del sistema split con tubi di calore saranno ulteriormente migliorate. 

Gli esperti prevedono che entro il 2035 la quota di mercato di questo sistema nei climi freddi potrebbe raggiungere il 40%, diventando una delle tecnologie più diffuse per gli scaldacqua solari a livello mondiale.

Conclusione 

Lo scaldacqua solare split a tubi di calore, con la sua esclusiva tecnologia di trasferimento del calore e il design split, ha risolto con successo le carenze dei sistemi tradizionali nei climi freddi, offrendo agli utenti una soluzione energetica pulita, efficiente, affidabile e a bassa manutenzione. 

Nell'ondata globale di transizione energetica, non solo può ridurre i costi energetici per famiglie e aziende, ma anche ridurre significativamente le emissioni di carbonio. Si può prevedere che, con il progresso tecnologico e la promozione del mercato, il sistema split heat pipe diventerà una componente importante della futura vita green e di una società a basse emissioni di carbonio. 

1. Casi complessi: guida completa per casi di produzione, installazione e applicazione.

2. Produzione personalizzata: i prodotti possono essere personalizzati e adattati alle esigenze del cliente.

Ambito di applicazione

Riscaldamento domestico distribuito/teleriscaldamento/calore per processi industriali e agricoli.