¿Qué tipo de colectores solares y evaporadores de bomba de calor se utilizan habitualmente en los calentadores de agua solares con fuente de aire?

Elección de un colector solar térmico: un equilibrio entre rendimiento y escenario

La actuación de un calentador de agua solar con fuente de aire (SAW) depende en gran medida del tipo y la eficiencia de su componente principal: el colector solar térmico. En la práctica profesional de la ingeniería, se consideran dos tecnologías principales: los colectores de placa plana y los colectores de tubo de vacío.

1. Colector de tubos de vacío (ETC)

La tecnología de tubos de vacío juega un papel clave en los sistemas SAW debido a su excelente rendimiento de aislamiento.

Ventaja principal: Los tubos de vacío utilizan una capa de alto vacío entre los tubos para reducir significativamente la pérdida de calor por convección y conducción. Esto significa que incluso en temperaturas ambiente bajas o baja irradiancia solar (como en días nublados o en invierno), los ETC pueden mantener una alta eficiencia de recolección y calentar el agua a un nivel más alto.

Escenarios aplicables: Debido a su excelente rendimiento de recolección de calor a baja temperatura, el tipo de tubo de vacío es particularmente adecuado para el norte de China, climas fríos y aplicaciones comerciales que requieren temperaturas de salida de agua más altas. Proporciona de manera más eficiente precalentamiento de alta temperatura para bombas de calor de fuente de aire, lo que reduce significativamente la carga de trabajo de la bomba de calor y mejora así el factor de rendimiento estacional (SPF) del sistema en invierno.

Consideraciones técnicas: Los colectores de tubo de vacío modernos suelen utilizar tecnología de tubería de calor, lo que permite un funcionamiento sin agua y un intercambio de calor indirecto. Esto simplifica la protección contra congelación y mejora la confiabilidad del sistema.

2. Colector de placa plana (FPC)

En algunos proyectos se prefieren los colectores de placa plana por su estructura robusta y estabilidad térmica.

Características estructurales: El FPC consta de una placa absorbente de calor, una cubierta transparente y una capa aislante. Su estructura compacta facilita su integración en edificios (BIPV, Building Integrated Photovoltaics/Thermal).

Consideraciones de rendimiento: Los colectores de placa plana ofrecen una excelente eficiencia instantánea bajo alta irradiancia y temperaturas ambiente. Sin embargo, experimentan una mayor pérdida de calor en comparación con los tubos de vacío bajo grandes fluctuaciones de temperatura.

Escenarios de aplicación: Los colectores de placa plana son más adecuados para el sur de China, áreas con abundante luz solar durante todo el año o como una solución de integración de sistemas a gran escala y de bajo costo.

Integración profesional: en los calentadores de agua solares con fuente de aire, los colectores de placa plana suelen servir como fuente de precalentamiento para el evaporador de la bomba de calor. El agua caliente a media y baja temperatura que generan aumenta la temperatura de evaporación y optimiza el COP (Coeficiente de Rendimiento) de la bomba de calor.

Diseño de evaporador con bomba de calor: intercambio de calor eficiente y compatible

En un sistema de calentador de agua solar con fuente de aire, el núcleo de la bomba de calor es el evaporador, que absorbe energía térmica de baja calidad del medio ambiente. Para cumplir con los requisitos de un sistema complejo, el evaporador debe cumplir con una alta eficiencia de intercambio de calor y adaptabilidad multimodo.

1. Evaporador de tubo en tubo / carcasa y tubo

Este tipo de evaporador se utiliza normalmente en aplicaciones que implican intercambio de calor directo o indirecto entre agua y refrigerante.

Posicionamiento funcional: en el modo estándar de bomba de calor con fuente de aire (ASHP), el evaporador absorbe calor del aire. Sin embargo, en el modo híbrido solar, el evaporador puede diseñarse como un intercambiador de calor multifuncional.

Aplicación especializada: algunos sistemas de fuente de aire solar de alta gama utilizan un medio intermedio (como anticongelante o agua en circulación) que primero se calienta mediante colectores solares y luego se transfiere al evaporador para complementar el refrigerante. Este diseño requiere que el evaporador tenga una excelente resistencia al flujo y coeficiente de transferencia de calor.

2. Evaporador de tubos con aletas

Este evaporador se utiliza en unidades exteriores de bomba de calor con fuente de aire estándar y absorbe el calor directamente del aire ambiente.

Función principal: Durante los períodos fuera de temporada o durante la calefacción auxiliar, el sistema depende principalmente del evaporador de tubo de aletas para absorber el calor del aire.

Consideraciones sobre la descongelación: en ambientes de baja temperatura y alta humedad, los evaporadores de tubo de aletas enfrentan el problema de la escarcha. Los sistemas profesionales de fuente de aire solar utilizan el exceso de calor de los colectores solares, incluso como fuente de calor de descongelación, mejorando la eficiencia de descongelación y reduciendo el consumo de energía de descongelación y el tiempo de inactividad de la bomba de calor.

Integración y optimización combinadas del sistema

La experiencia del calentador solar de agua con fuente de aire radica en la lógica de control optimizada y el ciclo termodinámico entre el colector y el evaporador.

Sinergia energética: el sistema utiliza un algoritmo inteligente de control de temperatura para determinar con precisión cuándo utilizar el precalentamiento solar (para aumentar la temperatura del tanque de agua o la temperatura de evaporación de la bomba de calor) y cuándo cambiar al modo de bomba de calor puro. Esta conmutación dinámica garantiza la prioridad solar y maximiza la utilización de energía renovable.

Mejora del rendimiento: la energía de precalentamiento proporcionada por el colector aumenta significativamente la presión de succión del compresor de la bomba de calor y reduce la relación de compresión, lo que hace que el COP del sistema en el modo combinado sea mucho más alto que el de una bomba de calor con fuente de aire puro, maximizando el beneficio marginal de la energía.