Sistema de calentador de agua solar con tubería de calor: un nuevo avance en la calefacción de agua caliente moderna

La próxima innovación en el aprovechamiento de la energía solar térmica 

En el contexto de los objetivos de doble carbono y la transición energética global, la energía limpia se ha convertido en la máxima prioridad en las estrategias energéticas de todos los países. La energía solar, una de las formas de energía más abundantes y limpias, está sustituyendo gradualmente a los combustibles fósiles tradicionales en los sectores del agua caliente y la calefacción. Entre los diversos tipos de calentadores solares de agua, el sistema de calentador solar de agua dividido con tubo de calor está atrayendo la atención del mercado mundial gracias a su alta eficiencia, resistencia al frío y un coste de mantenimiento relativamente bajo. 

Los calentadores solares de agua de placa plana tradicionales se han utilizado durante décadas, pero su rendimiento suele ser limitado en regiones frías o con grandes diferencias de temperatura. En cambio, el sistema de tubería de calor dividida, con su estructura única y su método de transferencia de calor, no solo puede funcionar de forma estable en climas extremos, sino que también soluciona eficazmente los problemas que han afectado a los usuarios durante su uso.

¿Qué es un sistema de calentador de agua solar con tubería de calor dividida?

En pocas palabras, se trata de un sistema de calentamiento solar de agua que combina tubos de vacío con tecnología de transferencia de calor por tubos de calor. Generalmente consta de dos partes principales:

1. Colector de tubo de vacío (con tubo de calor)

• Cada tubo de vacío está equipado con un tubo de calor de cobre sellado en su interior, en el que se rellena previamente una pequeña cantidad de medio de trabajo volátil.

• Bajo el efecto de la radiación solar, el medio de trabajo en el fondo del tubo de calor se vaporiza rápidamente y el vapor sube al extremo de condensación.

• En el extremo de condensación, el vapor libera calor al agua o al anticongelante en la tubería de circulación, que luego se condensa nuevamente en líquido y fluye de regreso.

2. Tanque de almacenamiento de agua tipo split 

• El tanque de almacenamiento de agua y el colector se instalan por separado y generalmente se colocan en el interior o en el suelo, evitando la influencia de la luz solar directa y los cambios climáticos.

• El diseño dividido no solo facilita la instalación, sino que también extiende eficazmente la vida útil del tanque de almacenamiento de agua y mejora la confiabilidad de todo el sistema. 

• A diferencia del sistema tradicional de calentamiento directo, el sistema de tubos de calor divididos utiliza transferencia de calor indirecta; es decir, el agua no entra directamente en los tubos de vacío, sino que completa la transferencia de calor a través del intercambiador de calor. Este enfoque resuelve de forma fundamental problemas persistentes como la formación de incrustaciones, el agrietamiento por congelación y la corrosión.

Análisis del principio técnico: La alta eficiencia de la transferencia de calor por cambio de fase

El principio de funcionamiento de los tubos de calor se basa en la transferencia de calor por cambio de fase. El proceso se divide en cuatro etapas: 

1. Evaporación: La radiación solar hace que el medio de trabajo en el fondo se vaporice rápidamente.

2. Transmisión: El vapor transporta calor latente y se eleva rápidamente sin casi ninguna pérdida de energía.

3. Condensación: Se libera calor en el extremo de condensación para alimentar agua o anticongelante y el vapor se convierte en líquido.

4. Reflujo: Por efecto de la gravedad, el líquido vuelve al fondo y se evapora nuevamente. 

Debido a que la velocidad de transferencia de calor de los tubos de calor es decenas de veces más rápida que la de los metales sólidos, pueden mantener una alta eficiencia térmica incluso en condiciones de baja temperatura o poca luz.

Los puntos débiles y las deficiencias de los calentadores de agua solares tradicionales

Muchos usuarios encuentran problemas similares al utilizar calentadores de agua solares tradicionales: 

1. Es propenso a congelarse en invierno.

En los sistemas de calefacción de placa plana o directa, el agua fluye directamente a través del colector y las tuberías son propensas a agrietarse debido a la congelación en temperaturas bajo cero. 

2. El problema de la escala es grave

Después de un uso prolongado en zonas de agua dura, las tuberías y los intercambiadores de calor se incrustan gravemente, lo que da como resultado una menor eficiencia y una limpieza frecuente.

3. Gran pérdida de energía

El aislamiento de los sistemas convencionales es deficiente. El agua caliente calentada durante el día suele bajar considerablemente de temperatura por la noche.

4. Alto costo de mantenimiento

Los usuarios necesitan eliminar las incrustaciones y reponer el anticongelante con regularidad, lo que aumenta los costos ocultos. 

Estos puntos débiles no sólo afectan la experiencia del usuario, sino que también limitan la popularización global de los calentadores de agua solares. 

Las ventajas del sistema de tubos de calor divididos 

1. Adaptarse a los climas fríos

Como el agua no ingresa directamente a los tubos de vacío, el sistema prácticamente no presenta riesgos de congelamiento o agrietamiento y puede funcionar de manera estable en un entorno de -30 ℃. 

2. Alta eficiencia de transferencia de calor.

El tubo de calor tiene una rápida velocidad de transferencia de calor, lo que hace que la temperatura del agua aumente rápidamente y el suministro de agua caliente sea más estable. 

3. Larga vida útil

Los tubos de vacío tienen un excelente rendimiento de conservación del calor, una fuerte resistencia al impacto y una vida útil normal de hasta 15 a 20 años. 

4. Requiere poco mantenimiento

No es necesario limpiar frecuentemente la escala ni agregar anticongelante, lo que hace que la operación sea más libre de preocupaciones. 

5. Fuerte escalabilidad

Los usuarios pueden aumentar de forma flexible la cantidad de tubos de vacío o reemplazar el tanque de almacenamiento de agua con uno de mayor capacidad según las necesidades de su familia o negocio.

Escenarios y casos de aplicación 

1. Familias residentes del norte

En regiones con inviernos extremadamente fríos, como Heilongjiang y Mongolia Interior, después de que los hogares adoptan el sistema dividido con tubo de calor, pueden garantizar un suministro continuo de agua caliente incluso cuando la temperatura exterior desciende a -25 ℃. 

2. Hoteles y complejos turísticos europeos

Algunos hoteles en Austria y Suiza han utilizado este sistema para satisfacer la demanda de agua caliente centralizada, consiguiendo un índice de ahorro energético de más del 60% y estableciendo al mismo tiempo la marca de "hoteles ecológicos". 

3. Empresas industriales sudamericanas

Algunas plantas de procesamiento de alimentos en Chile utilizan sistemas de tubos de calor para precalentar el agua de producción, ahorrando cientos de miles de dólares en costos de gas natural cada año. 

4. Instalaciones públicas en África

Algunos hospitales y escuelas de Sudáfrica han instalado grandes sistemas de tubos de calor divididos con el apoyo de proyectos de ayuda, que no sólo reducen los costos de energía sino que también mejoran el entorno médico y educativo.

Opinión de expertos 

La ingeniería de sistemas energéticos, señaló:

El sistema de división de tubos de calor es una solución especialmente competitiva en regiones frías. Su tecnología de transferencia de calor por cambio de fase ha permitido que las aplicaciones de calentamiento solar de agua superen las limitaciones geográficas y climáticas, y su cuota de mercado global seguirá aumentando en el futuro.

Tendencias del mercado y apoyo político 

Según datos de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), la tasa de crecimiento anual promedio de los calentadores de agua solares con tubos de calor divididos a nivel mundial se ha mantenido por encima del 12% desde 2020. 

1. En la región Asia-Pacífico, China es el mayor productor y consumidor, y su producción de tubos de vacío representa más del 70% del total mundial.

2. Europa: Alemania, Austria y los países nórdicos están acelerando la promoción, especialmente en las regiones frías.

3. África: La ayuda internacional promueve la instalación de escuelas y hospitales, con enorme potencial de mercado. 

Mientras tanto, un número cada vez mayor de países han introducido subsidios fiscales, créditos verdes y normas de eficiencia energética en los edificios para promover la popularización del uso de la energía solar térmica.

Desafíos y direcciones de mejora 

1. El precio es relativamente alto: la inversión inicial es entre un 15% y un 30% mayor que la de los sistemas de tabletas convencionales.

2. Riesgos de instalación y transporte: Los tubos de vacío son propensos a dañarse durante el transporte y requieren estándares de embalaje e instalación más elevados.

3. Riesgo de sobrecalentamiento: en regiones cálidas, si nadie utiliza agua caliente, el sistema puede bloquearse.

En la actualidad, los fabricantes están abordando estos problemas fortaleciendo el material de vidrio de los tubos de vacío, mejorando las válvulas automáticas de control de temperatura y agregando sistemas de monitoreo inteligentes.

Estudio de caso 

1. En la comunidad de Ontario, Canadá, después de la instalación unificada del sistema de división de tuberías de calor, el costo promedio de agua caliente para los hogares residentes disminuyó en un 65%.

2. Hospital de Johannesburgo en Sudáfrica: La instalación de un sistema de 8.000 litros para sustituir las calderas diésel ahorra 20.000 dólares al año, con un periodo de recuperación de cuatro años.

3. La Universidad de Melbourne en Australia: El dormitorio adopta un sistema de tubos de calor, que no solo ahorra energía sino que también sirve como caso de enseñanza de energía renovable.

Perspectivas futuras 

Con el desarrollo de tubos de vacío con revestimiento nanométrico, monitoreo inteligente de Internet de las cosas y sistemas híbridos de bombas de calor de fuente de aire, se mejorará aún más el rendimiento del sistema de división de tubos de calor. 

Los expertos predicen que para 2035, la participación de mercado de este sistema en el mercado de clima frío puede alcanzar el 40%, convirtiéndolo en una de las principales tecnologías para calentadores de agua solares a nivel mundial.

Conclusión 

El calentador de agua solar de tipo dividido con tubo de calor, con su exclusiva tecnología de transferencia de calor y diseño dividido, ha abordado con éxito las deficiencias de los sistemas tradicionales en climas fríos, brindando a los usuarios una solución de energía limpia eficiente, confiable y de bajo mantenimiento. 

En la transición energética global, no solo puede reducir los costos de energía para hogares y empresas, sino también reducir significativamente las emisiones de carbono. Se prevé que, con el progreso tecnológico y la promoción del mercado, el sistema de división de tubos de calor se convertirá en una parte importante de la futura vida ecológica y una sociedad baja en carbono. 

1. Casos enriquecidos: guía completa de casos de producción, instalación y aplicación.

2. Producción personalizada: los productos se pueden personalizar según las necesidades del cliente.

Ámbito de aplicación

Calefacción distribuida doméstica/calefacción urbana/calor para procesos industriales y agrícolas.