Solvärmesystem för småhus. Kursmaterial för installatörer

Transkript

1 Solvärmesystem för småhus Kursmaterial för installatörer

2 1

3 Innehåll Introduktion Solvärmeanläggningar system och dimensionering Instrålning, effekt och energi Systemutformning Dimensionering av solvärmeanläggningar Dimensionering av tappvattenanläggning Dimensionering av kombisystem Dimensionering av ackumulator för pellets- och vedeldning Solfångare Solfångarens utformning Solfångarens temperaturberoende Placering och montering av solfångare Hopkoppling av solfångare Kvalitetsprovning av solfångare Rörsystem till solfångare Rördragning Anslutning av solfångarslinga till solfångare Material Dimensioner Pumpkapacitet Värmeväxlarkapacitet Isolering Givarplacering Expansionsförhållanden Avluftning Värmebärare/frostskydd Säkerhetsförhållanden Ljud Självcirkulation Värmelagring, tillsatsvärme och tappvatten Principer för tillförsel och uttag av värme Om temperaturskiktning i värmelagret Placering Isolering

4 4.5 Anslutning till vattenledningsnät Anslutning av tillsatsvärme från befintlig värmeanläggning Tappvattenautomat Korrosionsförhållanden Säkerhetsförhållanden Styrsystem och elanslutning Anslutning av elpatron, pump m m Differenstermostaten Kombinerade styrsystem för solvärme, tillsatsvärme etc Idrifttagande, driftkontroll och felsökning Idrifttagande av en solvärmeanläggning Felsökning på solfångaranläggning Överlämnande av solfångaranläggningar Energimätning Produktcertifiering, P-märkning och Solar Keymark Bilaga 1 Korrektion för skuggning Bilaga 2 Systemkatalog Bilaga 3 Ordlista Bilaga 4 Litteraturhänvisning Bilaga 5 Räkneövningar Bilaga 6 Kunskapstest/självkontroll Bilaga 7 Taksäkerhet Bilaga 8 Estetiska hänsyn vid solfångarmontage Bilaga 9 Förslag till upplägg av endagarskurs Bilaga 10 Bra att ha -lista vid installation/driftskontroll av solvärmeanläggningar

5 Introduktion Solen är källan till all den energi vi använder på jorden, förutom kärnenergi och geotermisk energi. Solvärme är en form av solenergi en förnybar energiform med stora miljömässiga fördelar jämfört med i stort sett alla andra energiformer. Solvärme är solljus direkt omvandlat till värme (varmvatten) i en solfångare. I en solcellspanel omvandlas i stället solljuset till elektricitet. Om man vill ha tappvarmvatten eller värme till sitt hus från solen använder man som regel en solfångare, eftersom den omvandlar solljus till värme mycket effektivare än om man skulle gå vägen över elektricitet från solceller. I kursen behandlas främst solvärme i enfamiljshus, men solvärme kan naturligtvis även utnyttjas i andra typer av anläggningar t.ex. i flerfamiljshus, i gruppcentraler och i fjärrvärmenät. Det är främst i de mer storskaliga tillämpningarna som Sverige satsat forskningspengar och skapat sig ett internationellt rykte. Uppvärmning av simbassänger utomhus är en annan tillämpning för solvärme som kommit starkt de senaste åren, och den tillämpning där man har haft den lägsta investeringskostnaden per producerad kilowattimme. Mot en sydvänd yta i 30 graders lutning strålar i Sverige under ett år in nästan kwh per kvadratmeter. En svensk normalvilla förbrukar under ett år ca kwh till uppvärmning och varmvatten. Så med 25 kvadratmeter solfångare på taket kunde allt vara ordnat men så är det tyvärr inte. Orsaken förstår man om man betraktar diagrammet på sidan 5. Vintertid då behovet av värme är som störst är tillgången på sol som minst och omvänt. Man skulle rent teoretiskt kunna tänka sig att lagra värmen från sommar till vinter, men i dagsläget blir det för dyrt i ett enfamiljshus. I stället får vi skjuta till någon annan form av energi under de längre perioder solen håller sig gömd och sikta på att producera % av tappvarmvattnet eller % av det totala värmebehovet med solens hjälp och det är ju inte lite! Stigande energipriser och skatter och det faktum att solvärmen är miljömässigt överlägsen alla andra energislag gör att allt fler hushåll väljer solvärme. Denna kurs vänder sig i första hand till utbildade rörinstallatörer som vill fördjupa sitt kunnande inom de moment i installationsarbetet som skiljer en solvärmeanläggning från en konventionell värmeanläggning. Materialet bör också vara väl lämpat att använda i en grundläggande installatörsutbildning, som en fördjupning inom området solvärmeteknik. Den teknik och de systemlösningar som berörs i materialet gäller först och främst mindre anläggningar för en- och tvåfamiljshus. Men mycket går också att tillämpa på större installationer. Vi hoppas att installatören skall använda detta kurshäfte som en uppslagsbok och en hjälpreda i sitt framtida arbete med solvärme. 4

6 Tillgång på sol och behov av värme. Solvärme täcker i första hand en stor del av tappvarmvattenbehovet. Den tar även en del av husets uppvärmning, men även vid en kraftigt överdimensionerad anläggning går det inte att komma i närheten av full täckning. Genom att uppvärmningsbehovet i nybyggda energieffektiva hus kan minskas radikalt kommer solvärmen med automatik att täcka en allt större del av det totala energibehovet för uppvärmning och varmvatten. I Sveriges mellersta delar är solinstrålningen som högst mot en yta vänd mot söder med en lutning på cirka 45 grader (för Stockholm 1157 kwh/m 2 och år). Nedanstående tabell visar hur mycket instrålningen sjunker om denna yta inte pekar mot söder och/eller har en avvikande lutning från 45. En yta i sydväst med en lutning på 15 grader har således en instrålning på cirka 1053 kwh/m 2 och år (1157*(1-0,09)=1053). Det går dock inte att kompensera att detta med en större solfångare enligt samma förhållande då även solfångarens vinkelberoende minskar utbytet från solfångaren i en avvikande lutning och/eller orientering. Mer om detta i kapitel 1.3. Orientering Söder Sydöst/sydväst Öst/väst Söder ± 45 Söder ± 90 Lutning 0-16 % -16 % -16 % Lutning 15-6 % -9 % -17 % Lutning 30-1 % -6 % -20 % Lutning % -23 % Lutning 60-4 % -11 % -29 % Lutning % -30 % -44 % 5

7 1. Solvärmeanläggningar system och dimensionering Några ord på vägen då du står inför uppgiften att förse en villaägare med ett solvärmesystem: de absolut bästa förutsättningarna för ett bra solvärmesystem har man vid en komplett nyinstallation, då hela systemet kan planeras med solvärmen som utgångspunkt. I det andra fallet, då en befintlig anläggning ska kompletteras med solvärme, blir det ofta fråga om kompromisser och lösningar som inte är helt optimala ur solvärmesynpunkt. I enstaka fall passar solvärmen inte in utan mycket genomgripande förändringar av systemet och då kan det vara bäst att avråda från en investering. Även andra saker kan göra att man inte skall rekommendera en solanläggning som första åtgärd för att förbättra någons värmesituation. Exempel på detta kan vara ett dåligt isolerat hus eller ett dåligt isolerat värmesystem. I detta fall kan det vara bättre att först isolera och sedan börja tänka på solvärme. Ett annat exempel är en installation med en gammal panna med låg verkningsgrad då är det många gånger bäst att byta pannan och samtidigt installera solvärme. 1.1 Instrålning, effekt och energi Det är bra att ha lite känsla för storleksordningar och att förstå skillnaden mellan effekt och energi då man arbetar med solenergi. Därför följer här några definitioner och exempel på nivåer för instrålad effekt och energi på olika platser. Effekt är mängden arbete eller energi omvandlat per tidsenhet. Det innebär om ett solvärmesystem levererat 10 kilowattimmar (kwh) under 2 timmar så har effekten i medeltal varit fem kilowatt (kw). Mer vanligt är att man betraktar effekt som en momentan storhet, t.ex. instrålad effekt just nu är 1000 W/m2. Energi eller arbete är alltså omvänt lika med effekt gånger tid. Med en stabil instrålad effekt på 1000 W/m2 så har alltså efter två timmar energimängden 2000 wattimmar/m2=2 kwh/m2 strålat in mot ytan. Maximal instrålad effekt mot en optimalt orienterad yta i Sverige uppgår till cirka 1200 W/m2 och värdet är bara obetydligt högre om man förflyttar sig till medelhavsområdet. Genom att solhöjden vid medelhavet är högre så blir antalet timmar med hög effekt dock betydligt fler än i Sverige. Instrålad energi som i Mellansverige uppgår till ca 1200 kwh/m2 under ett normalår blir därför vid medelhavet ungefär 1,5 gånger högre. Från norr till söder i Sverige varierar instrålad energimängd med cirka 1100 kwh ± 100 kwh. 1.2 Systemutformning I Sverige kombineras ofta solvärme med vedeldning. I ett system baserat på vedeldning är värmelagret eller ackumulatorn en central komponent som ofta redan finns på plats och kan utnyttjas av solvärmen. Därför är kombinerade system för uppvärmning av hus och tappvarmvatten den vanligaste typen av system i Sverige. Endast en mindre andel av alla system är rena tappvarmvattensystem. De rena tappvattensystemen är emellertid det system som ökar mest i småhus i Sverige idag. Pumpcirkulerad tappvattenanläggning En solvärmeanläggning för tappvarmvatten är oftast det enklaste systemet för hus som t.ex. saknar ackumulatortank eller har direktverkande eluppvärmning. Den bästa ekonomin fås om den gamla varmvattenberedaren skall bytas ut och då kan ersättas av en ny beredare anpassad för solvärme. Det finns idag ett flertal färdiga paket med varmvattenberedare, solfångare och dess kringutrustning på marknaden. 6

8 Ett soluppvärmt tappvattensystem täcker i normalfallet % av tappvarmvattenbehovet under året och % under sommarperioden. Täckningsgraden d.v.s. hur stor andel av värmebehovet som solvärmen täcker är då givetvis starkt beroende av varmvattenbehovet. Det är som tidigare påpekats viktigt att elpatronen eller annan tillskottsvärmekälla placeras högt och endast värmer den övre delen av tanken samt att den ställs på en låg temperatur, dock minst 55 C. Ett system för tappvarmvatten kostar idag (2010) ungefär mellan kronor installerat och klart (exklusive eventuella bidrag). Detta för ett system med en 300 liters beredare, 4-6 m 2 solfångare och kringutrustning. Solvärmeanläggningen består av solfångare, upprättstående lagertank med el-patron eller elsköld, en värmeväxlare i tanken för anslutning till solvärme, samt därutöver ett rörsystem, en pump och en automatisk pumpstyrning. När temperaturen i solfångaren överstiger temperaturen i botten av lagertanken, startar pumpen och värmeenergin överförs från solfångaren till lagertanken. Värmeöverföringen sker vanligtvis genom en värmeväxlare i botten av lagertanken eller en mantel utanpå den nedre halvan av lagringstanken. Placeringen och termostatinställningen för elpatronen eller elskölden är mycket viktig för att solvärmen ska fungera bra. Generellt gäller hög placering och låg termostatinställning som gör det möjligt för solfångaren att arbeta mot låga temperaturer. Se även under avsnitt 2.2 Solfångarens temperaturberoende. Figur 1.1. Pumpcirkulerad tappvattenanläggning. Solvärmen kopplas till en förrådsvarmvattenberedare, i det här fallet via en värmeväxlarslinga placerad inuti beredaren. Värmen lagras i tappvarmvattnet. Obs! Elpatronens termostatinställning inte över 60 C. EP= Elpatron. I de fall man har en dubbelmantlad varmvattenberedare som saknar möjlighet att ansluta en intern elpatron, kan denna kompletteras med en ny, liten elberedare. Den befintliga beredaren får då fungera som en förvärmartank enbart värmd av solvärme (se fig. 1.2). Enligt BBR skall förvärmningstanken kunna värmas till 60 C en gång per vecka för att förebygga Legionella. En annan möjlighet att komplettera en befintlig varmvattenberedare utan intern värmeväxlare är att ansluta en extern plattvärmeväxlare (se Systemkatalog, bilaga 2). När solvärmen inte kan leverera den nödvändiga energin, kompletteras den med elvärme. 7

9 Figur 1.2. En befintlig förrådsvarmvattenberedare fungerar som en solvärmd förvärmartank i serie med en liten elberedare. Varmvattenberedaren i figuren är av typen dubbelmantel eller tank i tank. Huvuddelen av värmen lagras i tappvarmvattnet. Tappvattenanläggning med självcirkulation Det finns också tappvattenanläggningar med självcirkulation, som skiljer sig från de pumpdrivna genom att värmebäraren (solfångarvätskan) cirkulerar utan hjälp av en pump. Dessa anläggningar är vanliga i Sydeuropa och i Kina men betraktas i Norden mer som enkla sommarstugesystem. De kallas ibland termosifonsystem. Den kinesiska typen bygger på vakuumrör och direktcirkulation av tappvarmvattnet i vakuumrör och tank. Dessa kan inte frostskyddas och måste därför tömmas inför vintern. (Se Systemkatalog). Kombinerad vatten-och rumsuppvärmning;kombisystem En solvärmeanläggning för kombinerad vatten- och rumsuppvärmning skiljer sig från en vanlig tappvattenanläggning genom att anläggningen förutom att producera tappvarmvatten kan överföra värmeenergi från solfångarna till husets uppvärmningssystem. I figur 1.3 visas ett exempel på en anläggning för kombinerad varmvattenproduktion och rumsuppvärmning. Det vanligaste svenska s.k. kombisystemet för solvärme (kombination av rumsuppvärmning och varmvatten) är ett ved/sol-system, men på senare tid har kombinationer som pellet/sol och värmepump/sol börjat bli allt vanligare. Oftast ingår även elvärmare i systemet eftersom vedeldaren vintertid vill ha möjlighet att resa bort några dagar utan att huset blir utkylt och helt slippa elda på sommaren. Elvärmaren monteras normalt i samma tank som de olika växlarna. Om man avser använda elvärme även för att spetsa det solvärmda tappvattnet sommartid, får denna värmare inte placeras för lågt i tanken eftersom den då kommer att höja temperaturnivån i solfångaren betydligt. Två värmare på olika nivåer (främst om man vill utnyttja billig nattel) eller en med hög effekt (6 9 kw) och hög placering är lämpliga lösningar ur solperspektiv. Elpatronens placering och inställning är alltså mycket viktig att tänka på. Felaktig placering är en mycket vanlig anledning till dåligt solvärmeutbyte, speciellt då man kompletterar en befintlig tank med solfångare. 8

10 Figur 1.3. Anläggning för kombinerad varmvattenproduktion och rumsuppvärmning. Värmen lagras i det döda eller syrefria vatten som är gemensamt för ackumulatorn, vedpannan och radiatorkretsen. Observera placering av växlarslingor för tappvattenberedning samt elvärmarens placering. Figuren är inte komplett med avseende på säkerhetsutrustning! Anläggningen fungerar på samma sätt som en pumpcirkulerad tappvarmvattenanläggning, men här är variationsmöjligheterna långt större och följdaktligen även risken att skapa ett dåligt system. Generellt gäller att man om möjligt bör hålla sig till de enkla tumreglerna för val av tankvolym och solfångararea då man dimensionerar en anläggning (se kapitel 1.4). Om en vedpanna ingår i systemet är det normalt den som styr dimensioneringen av ackumulatorvolymen. Vedpannan bör vara helt fristående från själva ackumulatorsystemet. Den ska alltså kopplas bort då ackumulatorn är fulladdad och varmvattenberedare, solslinga och elpatron ska vara placerade i ackumulatorn och radiatorshunten i nära anslutning till denna. Vid en nyinstallation eller vid en befintlig pelletspanna är ett kombisystem med pellets och solvärme ett bra alternativ. Figur 1.4 visar ett sådant system. Kombitankens volym bestäms av solfångararean och pelletspannan arbetar endast mot den övre delen på cirka liter. En elpatron kan med fördel installeras så att pelletspanna helt kan stängas av utanför uppvärmningssäsongen. Tappvarmvattenproduktionen ordnas antingen med tappvattenautomat eller med två tappvattenslingor. Se kapitel 4.9 angående tappvattenautomat. Uppvärmningsbehovet kan med fördel skötas både med golvvärme och med radiatorvärme för t.ex. bottenvåning respektive övervåning. 9

11 Figur 1.4. Ett kombisystem med pellets och solvärme. Styrningen av pelletspannan sker förslagsvis med en temperaturgivare på lämplig höjd i tanken för start av pelletspanna. Den stoppas sedan vid en given temperatur på pelletspannans returledning. Alternativt använd endast en givare med stor hysteres (skillnad mellan till- och frånslag) i tanken. Lägre returanslutning av pannan kombinerad med tankgivare ger större flexibilitet. Pannan bör ha eltändning och inte underhållsfyr. Då man arbetar med solvärme och rumsuppvärmning är det viktigt att förstå kopplingen mellan solfångarens effektivitet och den temperatur solfångaren arbetar vid. Ju lägre temperatur på den cirkulerande värmebäraren desto mer energi lämnar solfångaren till systemet (se även kapitel 2.2). Ett lågtemperatursystem för uppvärmning av huset (t.ex. golvvärme) är alltså mer gynnsamt för solvärmen än ett konventionellt radiatorsystem. Generellt kan man säga att låga returtemperaturer på värmesystemet ska eftersträvas. Lågflödessystem och varvtalsstyrning En särskild kategori av pumpcirkulerade system är lågflödessystemen. I dessa arbetar man med betydligt lägre värmebärarflöden än normalt: 0,2 0,5 liter per minut och m2 solfångare och C temperaturstegring över solfångaren en klar sommardag, jämfört med 0,5 1 liter per minut och C i ett konventionellt system. Avsikten är att få ner installationskostnaderna (klenare rör, isolering och pumpar) och att förbättra skiktningen i lagertanken. Förbrukningsvarmt vatten blir dessutom fortare tillgängligt utan eltillskott jämfört med i ett konventionellt system, efter några soliga förmiddagstimmar. Meningarna går fortfarande isär om vilket som totalt sett är den bästa flödesstrategin, men lågflöde är sannolikt något som kommer alltmer. Viktigt att veta är att lågflödessystem kräver betydligt noggrannare dimensionering och injustering och ibland även speciella komponenter för att fungera väl. En vanlig beredare med solslinga i botten fungerar t.ex. inte i ett lågflödessystem eftersom den ger en omblandad tank och därmed en för hög framledningstemperatur till solfångaren. Det finns även idag solvärmestyrningar som varvtalsreglerar pumpen för att öka utnyttjandet av solvärmen. Utvecklingen av pumpar har varit mycket snabb de senaste tio åren och betydligt 10

12 energieffektivare pumpar än tidigare har kommit fram, mycket tack vare ecodesigndirektivets krav på pumpar som kommer att bli allt tuffare under de närmaste åren. Effektiva pumpar i små solvärmesystem är tyvärr fortfarande alltför dyra för att kunna konkurrera ut konventionella pumpar, men i system större än 50 m 2 solfångare finns goda förutsättningar att tjäna in den extra investeringen. Soluppvärmning av pooler Den idag mest lönsamma tillämpningen för solvärme är att värma upp sin utomhuspool eftersom tillgången här sammanfaller väl med behovet. Uppvärmningen sker vanligtvis med enkla, oglasade så kallade poolsolfångare. Dessa billiga solfångare ger mellan 100 och 400 kwh/m 2 och år till poolen. Lika lönsamt som solvärme är bassängtäckningen som nästan halverar energiförbrukningen om poolen täcks när den inte används. Mer om solvärme för badanläggningar kan man läsa om i en projekteringshandledning som kan beställas från SERC/Bengt Perers [1]. Solvärme i kombination med värmepump Solvärme som ett komplement till värmepump har fått alltmer uppmärksamhet på senare år. I Sverige praktiseras vanligen ett av följande två koncept. Antingen används solvärmen för tappvattenproduktion sommartid och värmepumpen kan då stängas av. Detta ger förutom energibesparing även förmodad längre livslängd för värmepumpen p.g.a. kortare driftstid och färre start och stopp. Dessutom får borrhålet möjlighet att återhämta sig under den tid värmepumpen står stilla. För detta koncept finns det några typer av kompletteringssatser på marknaden. Den andra varianten, som blivit mer aktuellt under de senaste åren, är regenerering (återladdning) av borrhål för bergvärmepumpar. Genom att utnyttja den stora tillgången på solvärme under sommarperioden kan man öka temperaturen i borrhålet och på så sätt få en högre verkningsgrad på värmepumpen under resten av året. Aktuell svensk forskning [7] visar dock att det är svårt att få detta koncept lönsamt. Det går givetvis även att sammankoppla en värmepump och solvärme till en ackumulatortank, men det är osäkert om en sådan investering är ekonomiskt lönsam och systemen blir ofta komplicerade. Då både värmepumpen och solfångarna är beroende av en låg arbetstemperatur så kräver dessa system en noggrann dimensionering och utformning. Viktigt! En värmepump som arbetar i samma system som en solfångare måste skyddas mot höga temperaturer! 1.3 Dimensionering av solvärmeanläggningar Oavsett om det är ett system för enbart tappvarmvattenproduktion eller ett s.k. kombisystem som ger både tappvarmvatten och värme till huset som ska dimensioneras, bör alltid tappvarmvattenförbrukningen i huset utgöra grunden för dimensionering av solfångararean. Annars är risken stor att man får en rejält överdimensionerad anläggning med mycket överskottsvärme sommartid och endast en mindre ökning av täckningsgraden av det totala värmebehovet. (Se diagrammet i introduktionen och figur 2.4). Om kunden tycker att han eller hon har råd så kan man naturligtvis lägga upp några extra kvadratmeter och på så sätt nå en något högre täckningsgrad man sparar lite mer av tillskottsenergin. Mer än kvadratmeter på ett enfamiljshus är sällan meningsfullt att installera. Vid överdimensionering kan solfångarna med fördel installeras med ca 60 lutning eller mer. På så vis minskas risken för kokning 11

13 sommartid och vår- och höstsolen utnyttjas bättre. Det framtida energipriset avgör till stor del när investeringen i en solvärmeanläggning blir ekonomiskt lönsam. Det kommande energipriset och skatterna vet vi inte mycket om men troligtvis kommer det att bli högre både för el och för biobränslen, medans solenergin med all sannolikhet kommer att vara gratis. Det får helt enkelt vara upp till kunden att bedöma utvecklingen. En grundläggande förutsättning för att nå lönsamhet är att produkterna har en tillräckligt lång livslängd för att deras energiproduktion skall betala igen investeringen. Tabell 1.1 Exempel på hur mycket solinstrålningen mot en solfångare sjunker om dess lutning respektive orientering avviker från det optimala. En solfångare riktad mot sydväst i lutning 30 får alltså 10 % lägre instrålning relativt. Observera att effekten av detta på värmeutbytet kan skilja sig åt mellan olika system beroende på solfångarens egenskaper och systemets dimensionering. Orientering Söder Sydöst/sydväst Öst/väst Söder ± 45 Söder ± 90 Lutning 0-16% -16% -16% Lutning 15-6% -9% -17% Lutning 30-1% -6% -20% Lutning % -23% Lutning 60-4% -11% -29% Lutning 90-25% -30% -44% Av tabellen följer att placering av solfångare inom det gröna fältet ger ett utbyte enligt dimensioneringsreglerna i detta kompendium och att lutningar och orienteringar utanför fältet ska undvikas. För att kompensera denna minskning av instrålningen så är det givetvis möjligt att öka solfångarens area. Arean behöver, på grund av solfångarens vinkelberoende (d.v.s. solfångarens förmåga att ta upp solinstrålning då den inte faller vinkelrätt mot solfångaren), ökas mer än bara för att kompensera den minskade instrålningen. I ett väldimensionerat tappvattensystem krävs exempelvis för en solfångare riktad mot sydväst och med en lutning på 30 grader en ökning av arean med nästan 30 % för att kompensera en minskad instrålning med 6 %. För en solfångare riktad mot väst i 60 grader så krävs en mer än dubbelt så stor solfångare. Simulering av system med plan respektive vakuumrörsolfångare visade tvärt emot förväntningarna ingen påtaglig skillnad mellan solfångartyperna i detta avseende. Energibesparing Vilken besparing man gör genom att sätta in ett solvärmesystem i sitt hus beror på en lång rad olika faktorer. Storleken på uppvärmnings- och varmvattenbehov samt solfångararea har stor betydelse för besparingen. Ju större husets energiförbrukning är desto viktigare blir det också att en eventuell panna arbetar med hög verkningsgrad. En ineffektiv panna kan i sämsta fall äta upp hela den besparing solvärmen kan ge. En panna som går riktigt dåligt under sommarhalvåret kan visserligen ge en mycket stor besparing under sommaren om man kompletterar med solvärme och då kan stänga av pannan. Sannolikt går dock inte pannan särskilt bra under resten av året heller varför ett klokt val i det läget bör vara att samtidigt byta panna och sätta in solvärme. Nomogrammet i slutet av häftet ger en möjlighet att uppskatta den besparing man kan göra genom att sätta in en solvärmeanläggning. Den viktigaste faktorn för besparingens storlek är tappvarmvattenförbrukningen. En liten tappvarmvattenförbrukning ger med nödvändighet en liten besparing. En annan sak som från fall till fall kan avgöra om solvärmen är intressant eller inte är hur kunden värderar olika komfortlyft som solvärmen kan bidra med. Exempel på sådana möjligheter är att värma upp ett annars ouppvärmt källarutrymme, att via golvvärme alltid ha varma badrumsgolv, att sommartid 12

14 ha badvatten i överflöd åt barnen, att slippa elda ved eller pellet sommartid osv. Ett tredje starkt argument för solvärmen och för en generösare dimensionering av anläggningen är givetvis de miljömässiga fördelarna. Förutom den rena energibesparingen, på grund av att solvärmen ersätter annan energi, så finns fler miljöfördelar. Att t.ex. inte behöva elda ved eller pellets under perioden halva maj till halva september ger en stor miljöbesparing. Detta beror på att för ved är energiförbrukningen och utsläppen höga i förhållande till det låga energibehovet (endast tappvarmvatten). Förbränning under sommartid ger även så kallad fotogenisk smog i form av t.ex. marknära ozon. I de följande avsnitten redogörs för hur man med hjälp av några enkla tumregler väljer lämplig solfångararea och tankvolym utifrån en uppskattad varmvattenförbrukning. Den erforderliga arean korrigeras eventuellt uppåt med några m 2 om mycket ogynnsamma förhållanden råder för anläggningen, t.ex. att solfångarna får en mycket ogynnsam orientering, delvis blir skuggade eller dylikt. Sist i kompendiet återfinns ett nomogram med vars hjälp man enkelt kan beräkna den ungefärliga kostnaden för värmen som produceras i ett specifikt solvärmesystem. Nomogrammet kan med fördel kopieras och överlämnas till kund eller beställas separat. 1.4 Dimensionering av tappvattenanläggning Vid dimensionering av en solvärmeanläggning är det nödvändigt att ha kännedom om den energianvändning som solvärmeanläggningen ska täcka. Vid små tappvattenanläggningar eftersträvas en täckningsgrad på nära 100 % utanför eldningssäsongen, dvs. under halva maj, juni, juli och halva augusti. Detta leder normalt till en årstäckning på 40 60% av årsbehovet av energi till tappvarmvatten. Att täcka en betydligt större del av energibehovet är naturligtvis möjligt, men det kräver en stor ökning av solfångararean. Antalet insamlade kwh per kvadratmeter sjunker (se fig. 1.5) och därmed även lönsamheten. Den genomsnittliga varmvattenanvändningen är liter varmt vatten per person och dag. Denna siffra kan variera från 35 till 120 liter. Uttryckt i energitermer så motsvarar de litrarna per dag en årlig energianvändning på cirka 1 MWh per person och år. Det är mycket få hushåll som känner till sin varmvattenanvändning. Det kan vara bra att veta att det främst är familjens dusch/badvanor som styr varmvattenanvändningen och att tonårsbarn är erkända långduschare. När man till en början vill ha uppgifter om hur stor besparingen med en solvärmeanläggning blir, kan den grovt uppskattas till att vara lika med den nuvarande olje-/el-/gasförbrukningen under fyra sommarmånader. Vid dimensionering av solfångare och lagertank till ett tappvarmvattensystem kan man använda följande tumregler: 1 2 m 2 solfångare per hushållsmedlem, (låg/hög varmvattenanvändning) liter lagervolym per m 2 solfångare Anläggningskapaciteten blir kwh/(m 2 och år) netto Dessa tumregler resulterar i att solvärmeanläggningen producerar % av det årliga energibehovet för varmvatten, förutsatt att följande betingelser är uppfyllda: effektiva selektiva solfångare används 13

15 solfångaren lutar från horisontalläge och avvikelsen från syd är mindre än 45 den dagliga varmvattenanvändningen överensstämmer hyfsat med vad som antagits vid dimensioneringen av solfångararean tillskottsvärme (el-patron) värmer max. halva tanken om den värmer samma tank som solfångaren och är inställd på max C lagret är väl isolerat och installationen är väl utförd Om de förutsättningar som skisseras ovan inte är uppfyllda, kan figur 1.5 och tabell 1.1 användas för att uppskatta utbyten och täckningsgrader. Figur 1.5 visar kapaciteten per m 2 solfångare vid olika täckningsgrader för en sydriktad solfångare med en lutning på 45. Den ger en bra bild av hur ändrad solfångaryta eller ändrad användning påverkar utbytet från solfångarna och anläggningens täckningsgrad. Tabell 1.1 visar inflytandet av solfångarens lutning och orientering. Med hjälp av dessa två figurer kan man således bestämma solfångarytan och lagertankvolymen med hänsyn till den specifika anläggningen. I första hand rekommenderas dock de enkla tumreglerna för dimensionering av ett system. Figur 1.5 Kapaciteten i förhållande till årstäckningsgraden. A är en normalgod solfångare och B är en högeffektiv plan eller vakuumrörssolfångare. Linjen med pilar från höger till vänster visar ett exempel där en varmvattenförbrukning på ca 45 liter per m 2 solfångare och dag med solfångare A ger en täckningsgrad på 35-40% och ett netto energiutbyte per m 2 solfångare på runt 360 kwh. Solfångarutbytet i figur 1.5 motsvarar den energi som tillförs tanken, vilket inte är detsamma som nyttiggjort tappvarmvatten. Tankförlusterna kan vara mycket stora och dessa täcks dels av solvärmen, dels av tillskottsvärmen. I figur 1.6 på nästa sida visas ett exempel på energiflödena i ett tappvarmvattensystem med 6 m2 solfångare och 4 personer i hushållet. De 350 kwh per kvadratmeter som avläses i figur 1.5 fördelas alltså på både tankförluster och nyttigt tappvarmvatten. Installeras varmvattenberedaren i källaren så kan förlusterna ofta nyttjas till uppvärmning och genom att t.ex. ansluta en radiator eller en fläktkonvektor direkt på solfångarkretsen kan överskottsvärme under sommaren utnyttjas till att hålla källaren varm och fuktfri. 14

16 Figur 1.6 Diagrammet visar att mycket energi går förlorad på vägen från instrålning till varmvatten ur kranen även i ett väl utfört system. Om rör och tank är dåligt isolerade kan förlusterna bli mångfalt större. 15

17 Korrektion för avståndet från solfångare till lagertank Tabell 1.2 Sambandet mellan avståndet från solfångare till lagertank och korrektion av solfångararea. Gäller för ett enfamiljshus med ett normalisolerat solvärmesystem. Korrektion för skugginverkan Det är viktigt att känna till att en skuggad solfångare i stort sett inte lämnar någon energi till systemet. Om skuggning av solfångaren trots allt inte kan undvikas, kan dess inverkan på solvärmeutbytet bedömas. Bestämmande för den skugga som faller på solfångaren från ett skuggande föremål, t.ex. ett träd, en skorsten, en takås: 1 formen på det skuggande föremålet, 2 höjdskillnaden mellan solfångaren och det skuggande föremålet, 3 avståndet mellan solfångare och skuggande föremål, 4 det skuggande föremålets orientering i förhållande till linjen solfångare syd. Ett skuggande föremål rakt söderut sänker effekten mest. Det skuggande föremålet måste ha en viss höjd i förhållande till solfångaren för att kasta skugga på sommaren, när solen står högt. Därför bör man om möjligt placera solfångaren vid nocken på taket för att undvika skuggning. Som en grov huvudregel kan man bortse från ett skuggande föremål om riktningen dit avviker mer än 45 från syd. I bilaga 1 finns några figurer med vars hjälp man kan uppskatta inverkan av en skuggning av solfångaren. Exempel på dimensionering av solvärmeanläggning för tappvarmvatten Exempel 1: Förutsättningar: 3 personer i hushållet Taklutning 45 Avvikelse från syd 0 Eftersom solvärmeanläggningen har en fördelaktig utformning ska man inte korrigera för taklutning, solfångarorientering, avstånd från solfångare till lagertank eller skugginverkan. Solfångaryta och lagringsvolym finner man omedelbart: Solfångaryta: 3 pers. x 1 2 m 2 = 3 6 m2 Lagertank: 3 m 2 x liter = liter (lågförbrukare) 4,5 m 2 x liter = liter (medelförbrukare) 6 m 2 x liter = liter (högförbrukare) En bra solvärmeanläggning ska alltså vara på 3 till 4 m 2 med en 200 liters tank, om familjen anser att de är lågförbrukare av varmvatten. Finns endast t.ex. 150 liters tankar tillgängliga så går det naturligtvis också bra, utbytet kommer inte att påverkas nämnvärt. Solvärmeanläggningens kapacitet blir kwh, samt eventuellt insparade tomgångsförluster. Tomgångsförlusterna för oljeeldning rör sig om ca 16

18 l olja, beroende på oljepannans ålder. Exempel 2: Förutsättningar: 4 personer i hushållet, normalförbrukare Taklutning 15 Orientering syd-väst, alltså 45 avvikelse från syd 40 % av varmvattenförbrukningen ska täckas Solfångaryta: 4 pers. x 1,5 m 2 = 6 m 2 Lagertank: 6 m 2 x liter = liter (medelförbrukare) Enligt tabell 1.1minskar instrålningen med knappt 10% i förhållande till optimal lutning och orientering. Solfångararean behöver enligt kommentaren till tabellen ökas med minst 30 % i förhållande till optimal lutning och orientering. Genom att öka solfångararean till 1,3 x 6 m 2, dvs. till cirka 8 m 2, kommer utbytet att motsvara sex kvadratmeter vid optimala förhållanden dvs % solvärmetäckning. Tankvolymen påverkas inte av denna korrektion. En bra solvärmeanläggning ska alltså vara ca 8 m 2 med en 300 eller 400 liters tank, om familjen anser att de är normalförbrukare av varmvatten. Antag att familjen är beredd att satsa lite mer för att ersätta ytterligare en del el för varmvattenberedning. Man vill ha en högeffektiv solfångare och en täckningsgrad på 50%. Gå in i högra delen av diagram 1.5 vid 50 % täckningsgrad. Gå rakt ut åt höger tills kurvan för solfångare B korsas och sedan rakt ner och läs av ca 35 liter per m 2 och dag. Som medelförbrukare gör familjen av med 65 liter x 4 personer = 260 liter per dag. 260 liter/35 liter per m 2 = 7,4 m 2. Med samma korrektion som ovan för solfångarens orientering fås 7,4 x 1,3 = 9,5 m 2. Tankvolymen beräknas som ovan på grunddimensioneringen: 7,4 m 2 x liter = liter. Välj 9 m 2 solfångare och en 400 eller 500-liters tank. 1.5 Dimensionering av kombisystem Även för kombinerade vatten- och rumsuppvärmningsanläggningar bör familjens tappvarmvattenanvändning under sommarhalvåret (utanför eldningssäsongen) utgöra grunden för dimensioneringen. De flesta kombianläggningar får en ganska stor överkapacitet under sommaren. I många fall kan överkapaciteten utnyttjas till komforthöjning på olika sätt, t.ex. genom att hålla badrum eller källarvåning uppvärmda eller genom att barnen sommartid får fri tillgång till badvatten. En familj som ofta är bortrest under somrarna kommer därför i ännu högre grad än för en tappvattenanläggning att få sämre ekonomi i sin investering. Outnyttjad överkapacitet kan dessutom ge problem till följd av varaktigt höga temperaturer i anläggningen, vilket är ännu ett skäl till att inte överdimensionera. För kombinerade rumsvärme- och tappvattenanläggningar kan följande tumregler användas: 2 3 m 2 solfångare per hushållsmedlem (låg/hög tappvarmvattenanvändning) liter lagervolym per m 2 solfångare Anläggningskapaciteten blir kwh/(m 2 och år) netto För de fall där en befintlig ackumulatortank ska kompletteras med solvärme och tanken är för stor i förhållande till den preliminärt beräknade solfångararean kan man öka på arean med några kvadratmeter för att få ett bättre fungerande system. Det är viktigt att inte ha för många liter effektiv lagringsvolym per 17

19 m 2 solfångare, eftersom man då aldrig får mer än ljummet vatten i tanken. Dessa tumregler ger en årlig täckningsgrad på 10 25% av energibehovet för uppvärmning och varmvatten, varvid följande ska vara uppfyllt: Effektiva, selektiva solfångare används Lutningen av solfångaren är mellan 45 och 70 mot horisontalplanet och avvikelsen från syd överstiger inte 20 Den dagliga varmvattenanvändningen är ca 65 liter per person (normalförbrukning), uppvärmt från 10 till 45 C, motsvarande kwh per person och år Tillskottsvärme (elpatron) värmer max. halva tanken om den värmer samma tank som solfångaren och är inställd på max C Lagret är väl isolerat och installationen är väl utförd Om de förutsättningar som skisseras ovan inte är uppfyllda, kan figur 1.7 och tabell 1.3 användas för att uppskatta solfångarutbyte och täckningsgrad. Figur 1.7 visar nettokapaciteten per m 2 solfångare vid olika täckningsgrader för en sydinriktad solfångare med en lutning på 45. Tabell 1.3 visar inflytandet av solfångarens lutning och orientering. Tabell 1.3 Exempel på hur mycket täckningsgraden sjunker för ett kombisystem om solfångarens lutning respektive orientering avviker från det optimala. En solfångare riktad mot sydväst i lutning 30 ger alltså en minskad täckningsgrad med 10 % relativt. Observera att detta kan skilja sig åt mellan olika system beroende på solfångarens egenskaper och systemets dimensionering. Orientering Söder Sydöst/sydväst Öst/väst Söder ± 45 Söder ± 90 18

20 Lutning % -24 % -35 % Lutning 30-8 % -15 % -34 % Lutning 45-1 % -10 % -35 % Lutning % -38 % Lutning % - 31 % - 53 % För att kompensera denna minskning av årsutbytet så är det givetvis möjligt att öka solfångarens area. Arean behöver, på grund av solfångarens vinkelberoende (d.v.s. solfångarens förmåga att ta upp solinstrålning då den inte faller vinkelrätt mot solfångaren), ökas mer än bara för att kompensera den minskade instrålningen. I det system som ovanstående tabell bygger på så behövs det med en solfångare riktad mot sydväst och med en lutning på 30 grader en ökning av arean med cirka 35 % för att kompensera en minskad instrålning med 6 %. För en solfångare riktad mot väst i 60 grader så krävs solfångare som är nästan 1.5 gånger större. Tabellen tar inte hänsyn till snö på solfångaren eller markreflektion. I snörika regioner kan väggmontage ge bäst utbyte i ett kombisystem. Dels på grund av mindre snötäckning och dels på grund av att markreflektionen från snön är mycket hög. Vakuumrör är till större del känsliga för snötäckning då de låga värmeförlusterna ofta gör att snö och frost ligger kvar länge. Korrektion för värmeanläggningens dimensioneringstillstånd Solvärmeanläggningens effekt är beroende på vid vilken temperatur uppvärmningssystemet arbetar; ju lägre temperatur, desto större effekt. I tabellen nedan anges ett ungefärligt samband mellan uppvärmningssystemets dimensionerande temperaturer och korrektion av erforderlig solfångararea. Tabellen gäller för plan solfångare med selektiv yta. Tabell 1.4. Om uppvärmningssystemet arbetar med hög temperatur kan det krävas en större solfångararea, beroende på vilken typ av solfångare man använder. Vakuumrör är normalt mindre känsliga för förhöjd temperatur. Som synes så kräver ett lågtemperatursystem en mindre solfångararea eller ger ett större utbyte med bibehållen area. Korrektion för avståndet från solfångare till lagertank Som vid dimensionering av tappvarmvattenanläggningar. Korrektion för skuggverkan Som vid dimensionering av tappvarmvattenanläggning (se bilaga 1). Exempel på dimensionering av solvärmeanläggning till varmvatten och rumsuppvärmning 19

21 Exempel 3: Data: 3 personer i hushållet, medelförbrukare av tappvarmvatten Eluppvärmning, årlig användning kwh Taklutning 45 Avvikelse från syd 0 Eftersom solvärmeanläggningen har en fördelaktig utformning ska inga korrigeringar göras. Solfångarytan och förrådsvolymen finner man direkt: Solfångaryta: 3 pers. x 2,5 m 2 = 7,5 m 2 Lagertank: 7,5 m 2 x liter = liter (medelförbrukare) Välj en tank på 600 liter. En bra solvärmeanläggning har alltså 7,5 m 2 solfångaryta och en lagertank på 600 liter. Solvärmeanläggningens kapacitet blir ca kwh/år. Solvärmens täckningsgrad = Solvärmebidrag/Energianvändning = 3 000/ = 12,5% Om huset i stället hade använt oljeeldning året runt kunde insparade stilleståndsförluster under sommarhalvåret ha uppskattats till 1600 kwh (antalet ersatta kwh ökar alltså från 3000 till = 4600 kwh per år med solvärmeinstallationen). Total energianvändning efter solvärmeinstallation blir då = kwh per år och täckningsgraden blir något högre. Solvärmens täckningsgrad = Solvärmebidrag/Energianvändning = 3 000/ = 13,4% Antag att familjen i det elvärmda huset är beredda att satsa lite mer för att ersätta ytterligare en del el. Man vill ha en täckningsgrad på 20%, dvs. 20% av den totala energitillförseln ska komma från solvärmen. Gå in i högra delen av diagrammet i figur 1.7 vid 20 % täckningsgrad. Gå rakt ut åt höger tills kurvan för 200 liter per dag (3 personer x 65 liter) korsas och sedan rakt ner och läs av ca 1,8 MWh per m kwh = 24 MWh. 24 MWh/1,8 MWh per m 2 = 13,3 m 2 solfångararea. Tankvolymen beräknas som ovan på grunddimensioneringen: 13,3 m 2 x liter = liter. Välj m 2 solfångare (modulstorleken kan variera mellan olika fabrikat) och en 1000 liters tank. 1.6 Dimensionering av ackumulator för pellets- och vedeldning Ett ackumulatorsystem för vedeldning i ett enfamiljshus bör dimensioneras för värmelagring under ett dygn vintertid. Detta innebär att man vid utomhustemperaturer mellan 0 och 10 C behöver elda en gång per dygn, vid lägre temperaturer oftare för att hålla en jämn inomhustemperatur. Storleken på ackumulatortanken eller -tankarna styrs av husets värmeeffektbehov vid den lägsta utomhustemperatur man vill klara med en eldning per dygn, och av pannans avgivna effekt. Pann-och ackumulatortillverkare kan hjälpa till med beräkningarna. För en normal vedpanna blir det sällan aktuellt med en volym mindre än 1500 liter. En tumregel är att ackumulatorn minst måste klara att ta emot den energimängd som ett fullt vedinlägg motsvarar. Man kan enligt detta räkna med att ackumulatortankens volym skall vara 18 gånger eldstadsvolymen i liter. En eldstadsvolym på 100 liter kräver då en tankvolym på 1800 liter eller mer. Ackumulatortanksvolymen = 18 gånger pannans eldstadsvolym Ett ackumulatorsystem uppdelat på flera tankar har större värmeförluster än en enda tank om hela systemet används året runt. Med flera tankar har man dock möjlighet att anpassa volymen efter behovet. 20

22 Därför kan det gå på ett ut med hänsyn till förlusterna. Sommartid kan hälften eller en tredjedel av systemet användas och kompletteras lämpligen med en högt placerad elpatron. Från solvärmesynpunkt kan möjligheten att variera tillgänglig volym över året vara av stort värde. Risken är annars stor att volymen sommartid blir alltför stor i förhållande till solfångararean med påföljd att mycket tillskottsenergi används för att få förbrukningsvarmt vatten. Om en pelletspanna eller vattenmantlad kamin gynnas av att kopplas till en ackumulatortank eller inte beror helt på hur pannan/ kaminen styrs, hur välisolerad tanken är och hur väl avvägda pannans effekt och tankens volym är. Pelletseldning och solvärme är en miljömässigt mycket attraktiv kombination och forskning kring optimala kombinationer pågår för fullt (2010), se t.ex. [6]. 2. Solfångare 2.1 Solfångarens utformning En plan solfångare består av en svart platta, kallad absorbatorn, som är inbyggd i ett isolerat utrymme, vanligen utformat som en platt låda. Principen för en solfångare är att solstrålningen (kortvågig strålning) passerar täckskivan ( glaset ) och upptas av absorbatorn. Genom absorbatorn strömmar en vätska som leder bort den upptagna energin (värmen) till lagringstanken. För att minimera värmeförlusten från absorbatorn ges den en selektiv beläggning (ytbehandling), och den isoleras väl ifrån omgivningen. Den selektiva beläggningen minskar absorbatorns värmeförlust (långvågig värmestrålning), speciellt vid höga temperaturer. I figur 2.1 visas uppbyggnaden av den plana solfångaren. I princip används följande två typer av absorbatorer: Plattrörsabsorbator, t.ex. kopparrör, invalsade i aluminiumplåt eller lödda på en kopparplåt Kanalplattor av t.ex. stål eller plast En metod att ytterligare nedbringa värmeförlusterna i den plana solfångaren är att införa ett andra täckskikt mellan det yttre glaset och absorbatorn. Till detta används en mycket tunn plastfilm (teflonfilm), vars uppgift är att hindra luftrörelser i utrymmet mellan absorbatorn och den yttre täckskivan. Liknande effekter kan uppnås genom att använda en s.k. kanalplatta av plast (polykarbonat) som täckskiva. Denna har dock lägre ljusgenomsläpp än glas och teflonfilm, vilket ger lägre verkningsgrad vid låg temperatur. 21

23 En tekniskt mer avancerad variant på solfångare är vakuumrörsolfångaren. Principen är densamma, men i stället för en låda används ett lufttomt glasrör för att innesluta och isolera absorbatorn (se figur 2.2). Om vakuumröret arbetar med s.k. heatpipe gäller i viss mån speciella instruktioner för monteringen. Användning av heatpipe innebär att en extra värmeväxling sker i samlingslådan i solfångarens topp till skillnad från i ett U-rörssystem där värmebäraren cirkulerar direkt i absorbatorn i vakuumrören. En viktig komponent i heatpipesolfångare med torr anslutning (metall mot metall) är därför den värmeledningspasta som ska appliceras i toppen av heatpipen. Det finns lågprisprodukter som inte håller måttet och förlorar sin effekt efter kort tid. En viss minsta lutning krävs t.ex. för att heatpipen skall fungera. Annars monteras vakuumrörsolfångaren som en vanlig, plan solfångare, liggande ovanpå taket eller upphängd på en vägg. I konstruktioner med plan absorbator kan absorbatorn vridas i förhållande till solfångarplanet och på så vis ge en mer optimal vinkel mot solen. I konstruktioner med cirkulär absorbator, vilket idag är vanligast i vakuumrörsolfångaren i Sverige, har solen alltid en optimal infallsvinkel mot röret i öst-västlig riktning. Frågor om skillnader mellan plana solfångare och vakuumrör är mycket vanliga och en mycket vanlig föreställning är att vakuumrör är mycket effektivare än plana solfångare. I ett väldimensionerat villasystem (tappvatten- eller kombisystem) är dock de båda typerna ungefär likvärdiga. Två artiklar som belyser skillnaderna mellan plana solfångare och vakuumrörsolfångare samt vanliga missuppfattningar har publicerats i Energimagasinet [5]. 22

24 Figur 2.2. Vakuumrörsolfångare med plan absorbator och enkelglas (till höger) och genomskärning av ett dubbelglasrör med cirkulär absorbator (till vänster) På senare tid har det även dykt upp flera varianter av solfångare helt gjorda i plast. Effektiviteten för dessa är vanligtvis lägre än för vanliga solfångare med selektiv yta men de är också billigare. Till fördelarna kan även nämnas att dessa solfångare väger mindre och de är således lättare att montera. Livslängden för solfångare av plast kan antas vara kortare än för solfångare av glas och metall. Ytterligare en variant på solfångare är en typ som använder reflektorer, se figur 2.3. Genom att använda reflektorer som ger ljus även åt baksidan av absorbatorn samt i vissa fall koncentrerar solljuset kan kostnadernaa sänkas. Tekniken ger även lägre förluster vid höga temperaturer samt i vissa fall en högre maximal temperatur. Diagrammet nedan visar ett exempel på vad olika typer av solfångare och antal kvadratmeter ger i energibidrag till ett givet kombisystem. Diagrammet visar att en dubbelt så stor area inte ger dubbla energibesparingen. Det går inte heller att med en mindre effektiv solfångare ersätta en effektivare genom att i motsvarande grad öka arean. Detta beror på att medeltemperaturen i solfångaren ökar och att tillskottet främst tillkommer under sommarperioden då man normalt ändå i ett kombisystemm har en överproduktion. Det är alltså viktigtt att välja rätt solfångare och rätt antal kvadratmeter. 23

25 Energibidrag (kwh/år) Typ 1 Typ 2 Typ Solfångararea (m2) Figur 2.4. Energibesparing med olika typer av solfångare i ett givet kombisystem [4] De olika solfångartyperna i diagrammet är: Typ 1: Enkel Plastsolfångare utan selektiv yta (cirka 150 kwh/år vid 50 C) Typ 2: Plan solfångare med selektiv yta (cirka 400 kwh/år vid 50 C) Typ 3: Vakuumrörsolfångare (cirka 430 kwh/år vid 50 C) 2.2 Solfångarens temperaturberoende Kännetecknande för solfångare är att deras effektivitet, dvs. hur väl de kan ta tillvara solenergin är starkt beroende av värmebärarens temperatur eller egentligen av skillnaden mellan absorbatorns medeltemperatur och utomhustemperaturen vid solfångaren. Effektiviteten kan beskrivas med verkningsgraden som talar om hur stor andel av den solenergi som träffar solfångaren som blir till nyttig värme. Figur 2.5 visar hur verkningsgraden påverkas av att temperaturskillnaden mellan absorbator och omgivande luft ändras. Olika typer av solfångare har olika starkt temperaturberoende. Ytterligheterna är en oglasad solfångare ( poolsolfångare ) som har ett väldigt starkt temperaturberoende, och vakuumrörsolfångare vars effektivitet inte alls påverkas så starkt vid stigande temperaturskillnad. Den oglasade solfångaren slutar alltså att lämna någon nyttig värme redan vid graders temperaturskillnad, medan vakuumröret kan lämna nyttig värme långt över 100 graders skillnad. 24

26 Utifrån diagrammet kan man också dra slutsatser i fråga om vilken typ av solfångare som skall användas till vad. Vid uppvärmning av pooler så är normal medeltemperatur runt 25 C i solfångaren. Vid denna temperatur så har en poolsolfångare (oglasad) en verkningsgrad runt 75 % vid utetemperaturen 20 C. Ungefär samma verkningsgrad har övriga solfångare men priset är mellan 2-8 gånger så högt. En solfångare till ett tappvattensystem eller ett kombisystem arbetar vid temperaturskillnad på 40 C och högre vilket gör att en glasad solfångare eller vakuumrör måste väljas. Ännu högre temperaturer och följaktligen lägre verkningsgrader gäller i tillämpningar som processvärme eller solvärmedriven kyla (t.ex. absorptionskyla). Där krävs riktigt effektiva plana solfångare eller vakuumrör för att få ett bra energiutbyte. I SPs förteckning över provade solfångare, se sid 80, har man delat upp redovisningen i plana glasade solfångare, vakuumrörsolfångare och oglasade solfångare. Något förenklat gäller enligt tabellen nedan: Tabell 2.1. Typ av system Tappvattensystem Kombisystem (Processvärme, Soldriven kyla) Pooluppvärmning Lämplig Solfångare Plana glasade (alla typer) Vakuumrör Plana glasade (effektiva) Vakuumrör Oglasade I kapitel 7 finns mer information om SPs lista över provade solfångare. 25

27 2.3 Placering och montering av solfångare Vid placering av solfångare på eller i byggnadens tak är det nödvändigt att se till att det inte uppstår någon risk för: 1 Vatteninträngning genom taket 2 Fuktskador p.g.a. solfångarvätska från en läckande absorbator 3 Kondens i konstruktionen Den optimala orienteringen av solfångarna är rakt mot söder (se avsnitt 1.3). Den optimala lutningen är för varmvattenanläggningar ca 45, medan den för kombinerade anläggningar är ca 60. Det är trots det inte motiverat att vinkla upp t.ex. ett tak som lutar 30 med någon form av ställning eller dylikt. Då är det bättre att kompensera med lite större solfångararea. Då man bestämmer solfångarens placering är det också viktigt att beakta skuggningen av den aktuella ytan (se även 1.3). Kundens estetiska önskemål kan också i viss mån styra placering och monteringssätt. Om stadsarkitekten har synpunkter framkommer detta vid bygglovsansökan. (I vissa kommuner krävs endast en anmälan.) Det vanligaste sättet att montera/placera solfångare är att bygga in den i taket. Har man t.ex. ett tegeltak så tas teglet bort där solfångaren ska ligga. Solfångaren placeras på ströläkten och kläs in med plåt runt om. En stor fördel med denna utformning är att rörisolering och rörgenomföringar ligger skyddade under plåt eller tegel. Isoleringen kan därför göras enklare och risken för läckage vid genomföringar minskar. En läcka i solfångaren är dock mer kritisk än med solfångaren placerad på taket och det blir naturligtvis svårare att komma åt givare, kopplingar m.m. då installationen en gång är färdigställd. Detta kan dock underlättas genom att man placerar inspektionsluckor på lämpliga ställen. En inbyggd solfångare ger också några procent större utbyte på grund av minskade förluster. Det är även viktigt att tänka på att skador på grund av ett läckage av regnvatten genom taket normalt inte täcks av villaförsäkringen men ett läckage från ett rör i solfångarkretsen omfattas. En takplåtslagare bör anlitas för att garantera ett professionellt utförande av inbyggnaden om skräddarsydda plåtar inte kan köpas med solfångaren, vilket förekommer. Principen för plåtinklädnad av solfångarens sidor och överkant visas i fig. 2.6 och

28 Ett annat sätt att placera solfångare är ovanpå en befintlig, sydvänd takyta. Den största fördelen med denna placering är att en läcka i solfångaren inte innebär lika stor risk för fuktskador samt att monteringen normalt är något billigare. Problemen med en sådan placering är täckning av fästen och rörgenomföringar som ska utföras helt vattentäta. Bra fästen som inte kräver någon håltagning av taktegel tillhandahålls av några solfångarleverantörer. Dessvärre är det svårare att få tag i billiga och täta rörgenomföringar utan det är ofta upp till montören att ordna en tät genomföring. Det är en fördel att montera de takplacerade solfångarna mm över taket. På det sättet skapas fritt avlopp för vatten, löv och liknande. Ansamling av löv, fukt m.m. under solfångaren ökar risken för frostskador på underliggande tegel, skador som kan vara svåra både att upptäcka och att rätta till. 27

29 På platta tak kan solfångarna monteras på stativ. Om det inte är möjligt att placera solfångarna på taket, kan det också bli aktuellt att placera dem på garagetak eller på marken. I dessa fall kan man också använda stativ som ofta finns som tillbehör till solfångaren. Läckor i platta tak kan bli en dyrbar affär, och därför måste man iaktta stor försiktighet vid montering av solfångare och rörgenomföringar i platta tak. Vid markplacering bör man tänka på att installationen stjäl utrymme och att risken för skuggning naturligtvis är större. Även ett lodrätt montage kan vara ett alternativ t.ex. på en gavel på södersidan. Man måste dock även här ta hänsyn till skuggning från bland annat överskjutande tak och markplacerade föremål. 28

30 Korrosion Solfångare samt monteringsmaterial ska vara väl skyddade mot korrosion. Man måste ta hänsyn till korrosionsrisken vid val av material. Olika metaller kan åtskiljas med hjälp av brickor av plast eller neoprengummi. Det kan uppstå korrosion (galvanisk korrosion) t.ex. där stål kommer i kontakt med aluminium eller där galvaniserade skruvar är i kontakt med aluminium i fuktig miljö. Belastningar Solfångare är lätta konstruktioner och måste därför ha ett gott fäste i takkonstruktionen. Detta innebär att genomgående rostfri bult helst ska användas om solfångarens fästen eller stativ ska skruvas fast. I princip ska ett fäste tåla att en person som fäst en säkerhetslina i anordningen faller fritt 2 meter utan att fästet släpper. För solfångare monterade på stativ på platta tak ska särskild hänsyn tas till vindens inverkan. Solfångarens vikt är sällan ett problem, den väger oftast kg/m 2. Detaljerad genomgång av montering av monteringsprofil på ett korrugerat eternittak/ tegeltak/ plåttak Här följer en genomgång av ett detaljerat exempel på montering av en U-profil på ett korrugerat eternittak. Det här är en ofta använd monteringsmetod i Danmark, där eternittak är vanliga. I princip kan samma metod användas på tegeltak. 29

31 Figur 2.9 U-profil på korrugerat eternittak, med distansskruvar. U-profil i aluminium 40x40x4 mm (för M8/M10), 50x50x5 mm (för M12) Monteringsvägledning U-profiler läggs ut och hål borras för m8/m10/m12 distansskruvar. U-profilerna fästs på avståndsskruvarna med muttrar och brickor. Solfångarna monteras och görs fast med skruvar eller nitar efter leverantörens anvisningar. I figur 2.10 ses monteringsdetaljen, med regel mellan sparrar och distansskruvar. 30

32 Monteringsvägledning Reglar placeras mellan sparrar (takstolar) och görs fast med vinkelbeslag. Spikavstånd till kant av regel och sparre > 14 mm Spikavstånd till ände av regel > 28 mm Avstånd mellan spikar i träets längsriktning > 28 mm Där takrummet är utnyttjat ska de korrugerade eternitplattorna tas av försiktigt i den omfattning som krävs för att regeln ska kunna sättas på plats utifrån. Därefter läggs eternitplattorna på igen. Beläggningen tätas på vanligt sätt efter leverantörens föreskrifter. Om takrummet inte är utnyttjat kan reglarna eventuellt placeras inifrån, så att man slipper att avlägsna de korrugerade eternitplattorna. Distansskruven är en 200 mm x Ø 8/10/12 fransk skruv utan huvud, försedd med 40 mm M 8/10/12 gänga i toppen. Hål borras i en vågtopp för distansskruven. Genom detta hål borras hål i mitten av regeln med en mindre borr. Avståndet från distansskruven till änden av regeln ska vara minst 7D, dvs. min. 56/70/84 mm. Distansskruven kan också placeras i mitten av sparrar med minst 125 mm bredd. Distansskruvens iskruvningsdjup: min. 40 mm. Runt distansskruven tätas hålet i eternitplattan med lämplig silikonfogmassa. För att förebygga skramlande och för att avlasta eternitplattan används en neoprenbricka, som hålls fast med en mutter. Den andra muttern och brickan placeras löst på gängan för att användas för den kommande fastsättningen av monteringsprofil. Det är vanligt att fästa skruvarna i befintliga takstolar i stället för att använda en regel. Det finns många olika monteringsmetoder. Det är att rekommendera att installatören i det konkreta fallet frågar tillverkaren till råds och följer tillverkarens anvisningar. 31

33 2.4 Hopkoppling av solfångare För att begränsa antalet rörgenomföringar genom taket hopkopplas solfångarna utvändigt. För sammankoppling av solfångare levererar tillverkaren av solfångaren i normala fall kopplingssatser, vanligen klämringskopplingar. Lödning (Obs ej mjuklödning!) är annars att föredra från både kostnadsoch täthetssynpunkt och bör därför användas i resten av kretsen. Om presskopplingar används måste packningarna tåla de höga temperaturer som kan uppkomma samt vara beständiga mot glykol. Som tidigare nämnts så är det av stor betydelse att alla rör isoleras ordentligt och att isolering utomhus även har hög väderbeständighet. Hur solfångarna ska kopplas beror på tryckfallet i solfångarna i förhållande till tryckfallet i det övriga rörsystemet. Av hänsyn till pumpstorleken eftersträvar man att minimera det totala tryckfallet i rörsystemet, av denna anledning bör alltför flitig användning av klämringskopplingar och -vinklar undvikas. Huruvida man väljer att parallellkoppla eller seriekoppla solfångarna beror således på tryckfallet över solfångaren. Om tryckfallet är litet kan det ofta vara en fördel att seriekoppla solfångarna, så att det blir ett enhetligt flöde över dem. En liten igensättning i en av flera parallellkopplade moduler kan annars ge en kraftig obalans i flödet så att den verksamma solfångarytan reduceras. I ett lågflödessystem väljer man som regel att seriekoppla alla modulerna. I ett konventionellt system är parallellkoppling mer vanligt. Vid parallellkoppling uppnår man ett enhetligt tryck över solfångarna genom att utföra rördragningen med omvänd retur. I figur 2.11 visas omvänd retur samt ett exempel på seriekoppling av solfångare. Vid parallellkoppling är det bra om man kan installera avstängningsventiler som medger att man vid igångkörning av anläggningen kan köra hela flödet genom ett färre antal solfångare (helst bara genom en modul). På så sätt får man upp vätskehastigheten och luft som kan ha ansamlats dras med till avluftaren. En annan fördel med seriekoppling är att avluftningen går lättare att genomföra genom att hastigheten i röret blir hög och luftbubblor som skiljs ut kommer att följa med vätskeströmmen fram till en avluftare. Är hastigheten tillräckligt hög (över 0,5 m/s) behövs ingen avluftare vid solfångaren, vilket är en stor fördel. Hastigheter över 2 m/s ska undvikas p.g.a. risken för s.k. erosionskorrosion (se tabell 2.1). Vid solfångarareor större än 5 6 m2 kräver dock dessa system en speciell högtryckspump, eftersom tryckfallen blir alltför stora för en vanlig cirkulationspump. Ökad hastighet betyder alltså ökat tryckfall. Glöm därför inte att kontrollera att pumpen klarar det aktuella tryckfallet. Systemleverantörens anvisningar skall alltid följas och dessa skall ge all nödvändig information i detta avseende. 32

34 Tabell 2.1. Vätskehastighet vid olika flöden och rördimensioner. Observera att tabellen inte är avsedd för att välja rördimensioner, utan för att kontrollera om den av tillverkaren rekommenderade rördimensionen och flödet medger att avluftning vid solfångaren utesluts. Rördiam. yttre [mm] Rördiam. inre [mm] Flöde [l/min] Hastighet [m/s] 10 8,4 2 0, ,4 4 1, ,4 6 1, , , , , , , , , , , , , , ,17 Det rekommenderas att i varje enskilt fall följa tillverkarens anvisningar med avseende på sammankoppling av solfångarna. 33

35 2.5 Kvalitetsprovning av solfångare Majoriteten av de solfångare som säljs i Sverige i dag är av hög kvalitet. Så gott som alla typer är provade vid Sveriges Tekniska Forskningsinstitut (SP) eller vid något annat ackrediterat testlabb i Europa. Dessutom har SP tillsammans med solvärmebranschen tagit fram regler för s.k. P-märkning och Solar Keymark märkning av solfångare, vilket innebär en garanti för att produkten uppfyller ett antal olika krav på framför allt beständighet. Prestanda för en solfångare redovisas i en enkel form i SPs Energideklaration för solfångare, där provningsresultat räknas om till energiutbyten för vissa givna förhållanden. Utbyten för alla solfångare som provats på SP redovisas i en lista på Internet som uppdateras månadsvis (se kapitel 7). Sedan 2003 finns en Europeisk kvalitetsmärkning av solvärmeprodukter, Solar Keymark. Denna introducerades för att förenkla handeln inom Europa och för att säkerställa en hög kvalité. Solar Keymark tillämpas på solfångare och på tappvarmvattensystem och i början av 2010 finns cirka 1000 olika solfångare och 100 system märkta med Solar Keymark. Reglerna för märkning med Solar Keymark och P-märkning är i dag i stort sett desamma, men från 2011 blir Solar Keymark eller motsvarande ett absolut krav för bidrag till solvärme i Sverige. Se även avsnitt 7 Produktcertifiering, P-märkning och Solar Keymark 34

36 3. Rörsystem till solfångare Under denna rubrik behandlas förutom rören alla de komponenter som är anslutna till rörsystemet såsom ventiler, pumpar, filter och expansionskärl. En allmän rekommendation för denna grupp av komponenter är att utnyttja de så kallade solkretsarmaturer eller drivpaket som de flesta leverantörer av solvärmesystem levererar. I ett sådant paket finns alla väsentliga detaljer hopmonterade, väl avvägda mot varandra och mot aktuell systemstorlek. Detta sparar tid och pengar samt minimerar risken för felaktig installation! 3.1 Rördragning Rören ska dras från lagringstanken till solfångarna med stadig stigning, om detta är möjligt, eftersom det annars kan skapas luftfickor som måste avluftas. Om det finns flera solfångarmoduler kopplas de ihop till samlingsrör så att bara två rör behöver dras genom taket. På tak vid solfångare Rör från lagringstanken ansluts i botten av solfångaren eller av de sammankopplade solfångarna. Rör till tank ansluts i utloppet i toppen av solfångaren eller sammankopplade solfångare. Vid parallellkoppling är det bra om man kan installera avstängningsventiler som medger att man vid igångkörning av anläggningen kan köra hela flödet genom ett färre antal solfångare (helst bara genom en modul). På så sätt får man upp vätskehastigheten och luft som kan ha ansamlats dras med till avluftare. På utloppsröret från solfångaren monteras en luftcylinder med en avluftningsskruv om systemet inte säkert kommer att arbeta med vätskehastigheter större än 0,5 m/s (se även 2.3). Rörgenomföringar i tak För genomföringar i papp-eller plåttak finns gummimanschetter med plåtbricka som kan klämmas fast kring röret och formas efter underlaget. Kom ihåg att ett plåttak ska kunna röra sig! Om man låser plåttaket med rörgenomföringar eller solfångarfästen bör detta göras så nära nocken som möjligt, så att den större delen av taket kan röra sig i riktning mot takkanten. Ska man gå igenom ett tegeltak är den enda riktigt bra lösningen att ersätta en tegelpanna med en plåthuv som rören kan dras in under. En ledig skorstenspipa kan vara en bra väg att komma in med rören, men även där bör en plåthuv skydda mot inträngande vatten. Hål i takpannor m.m. bör undvikas eftersom det är svårt att få tätningsmassa att fästa och bli kvar under lång tid. Ligger installationen nära en gavel är kanske den bästa lösningen att gå runt vindskivan och dra in rören genom gaveln. Vindar och krypvindar Om rören ska dras genom vindar eller krypvindar ska de monteras ordentligt med rörfästen. Sättningar på rören måste förhindras, samtidigt som de får stigning mot solfångaren. Rörfästena bör vara placerade med de avstånd som anges i nedanstående tabell. Tabell 3.1 Avstånd mellan fästen Stålrör Kopparrör Plaströr *) Dimension Avstånd [m] Dimension Avstånd [m] Dimension Avstånd [m] 35

37 1/2 1,9 12 1,2 du<20 0,3 1 2,2 28 1,7 20<du<25 0,4 *) Plaströr bör läggas i skenor eller liknande som skyddar röret i hela dess längd. Observera vad som skrivs om plaströr i avsnittet Material. Expansion På längre rörsträckor måste man sörja för tillräckliga expansionsmöjligheter för rörinstallationen. Tillräcklig expansion säkras bl.a. genom att man inte bygger in fasta spänningar i form av rörfästen, i riktningsändringar osv. Rörutvidgningen per meter rör anges i nedanstående tabell. Tabell 3.2 Längdutvidgning [mm/m] Temperaturändring Stålrör Kopparrör PEX-rör*) från 0 C till 50 0,48 0,66 7, ,08 1,49 16, ,32 1,83 *) Observera PEX-rörens mycket stora längdutvidgning. I bostads- och uppehållsrum Rör bör generellt inte dras genom bostads- och uppehållsrum. Om detta inte kan undvikas bör de placeras bakom en skärm och isoleras väl. I tvättstugor och pannrum Rören kan placeras synliga i pannrum och tvättstugor under förutsättning att de är lagda i rörfästen enligt ovanstående tabell. 3.2 Anslutning av solfångarslinga till solfångare Anslutningen till solfångaren görs med klämringskopplingar och eventuellt stödhylsor, bl.a. på grund av möjlighet till isärtagning. I vissa fall kan lödning av solfångaranslutningen medges. Denna bör i så fall utföras som mjuklödning var noga med att följa solfångartillverkarens anvisningar! Tänk på att glykol och olja gärna kryper i anslutningar! Hopkoppling av flera solfångare görs med de av tillverkaren medlevererade kopplingarna. 3.3 Material Material till rörsystemet kan väljas beroende på materialet på värmebärarsidan i solfångare och värmeväxlare. Kopparrör kan gälla som en generell rekommendation och används i de flesta 36

38 anläggningar. I system med plastsolfångare är det även vanligt med rör av plast. Kopparrör Kopparrör är motståndskraftiga mot korrosionsangrepp och är enkla att arbeta med. I system med solfångare utförda i olegerat stål bör kopparrör inte användas. Mjuka tunnväggiga stålrör Mjuka tunnväggiga stålrör är lätta att arbeta med på samma sätt som mjuka kopparrör, och de kan fås i längder på upp till 50 meter från 10 till 18 mm ytterdiameter. Utvändigt ytskyddade rör rekommenderas. PEX-rör (förnätat polyeten-rör) Vid användning av PEX-rör i solvärmesammanhang så finns det två viktiga saker att tänka på. För det första måste rören vara anpassade för att klara de maximala tryck och temperaturer som anges av solfångartillverkaren. Det rör sig i de flesta fall om över 120 C i kombination med tryck över 2,5 bar. Vissa typer av PEX-rör saknar syrediffusionsspärrar och bör därför bara användas om de övriga delarna av anläggningen är utförda av korrosionsbeständiga material. Vissa typer av PEX-rör med diffusionsspärr håller inte för ett tryck på 2,5 bar vid en temperatur på 120 C. PEX-rör kan rekommenderas vid användning av plastsolfångare och oglasade poolsolfångare på grund av lägre tryck och temperaturer samt mindre risker för korrosion. Till PEX-rörens fördelar hör låg vikt, få skarvar samt i vissa fall enklare rördragning. Andra plaströr Även andra typer av plaströr, t.ex. PP (polypropylen) och PB (polybuten), kan användas. Om sådana rör används, måste de uppfylla samma krav som PEX-rör. 3.4 Dimensioner Dimensionerna för rörledningar mellan solfångare och lagringstank bestäms genom en kompromiss mellan önskemål om å ena sidan små värmeförluster och liten materialåtgång (klena rör) och å andra sidan låga tryckfall, dvs. låg pumpeffekt (grova rör). Den minsta möjliga diametern på rören kan beräknas om man har kännedom om tryckfall genom värmeväxlare och solfångare, pumpstorlek och -effekt samt nödvändigt flöde i solfångarkretsen. Tryckfall i rörledningar Tryckfallet per meter rör kan fastställas med hjälp av nedanstående tabeller, som är utarbetade efter följande förutsättningar: En blandning av vatten och glykol (30% glykol) vid 50 C har samma viskositet som vatten vid 10 C, varför nomogram för kopparrör 10 C och utan avsättning har använts. Tabell 3.3 Tryckfall i kopparrör per meter i Pascal [Pa] och millimeter vattenpelare[mm Vp] Flödet i solfångarslingan 10 x 0,8 12 x 1,0 15 x 1,0 18 x 1,0 22x 1,0 l/h l/min Pa mm Pa mm Pa mm Pa mm Pa mm 30 0, , ,2 15 1, , ,4 15 1,5 37

39 180 3, ,5 32 3, , , , , , Tryckfall i värmeväxlare och solfångare samt pumpkurvor bör finnas tillgängliga från respektive tillverkare. Några schablonvärden är inte meningsfullt att presentera då framför allt tryckfallen över solfångarna kan variera stort beroende på solfångartyp, kopplingssätt m.m. Normalt ska en installatör inte behöva räkna på tryckfall i systemet för att kunna välja rördimension. En tabell liknande tabell 3.4 bör finnas tillgänglig från solfångartillverkaren. Med hjälp av denna kan en lämplig rördimension väljas. Tabell 3.4. Exempel på rördimensioneringstabell ifylld på grundval av förutsättningarna på föregående sida.den enskilde tillverkaren fyller i företagets egna data för tryckfall i solfångare, värmeväxlare samt pumpeffekt och flöde i solvärmeslingan (=systemflöde) i en likadan tabell. Största sammanlagda längd av rörledningar i solfångarkrets i meter Flödet i solfångarslingan Stålrör Kopparrör liter/ minut 3/8 [m] 1/2 [m] 10 x1 [m] 12 x1 [m] 15 x1 [m] 18 x1 [m] 1 >30 >30 >30 >30 >30 >30 2 >30 >30 19 >30 >30 >30 3 >30 >30 7,5 18 >30 > >30 3 8,5 29 > Pumpkapacitet Normalt bör solfångarleverantören förse installatören med uppgifter om lämplig rördimension, pumpstorlek samt rekommenderade värmebärarflöden. Om ingen flödesmätare finns inbyggd i systemet kan en enkel kontroll av flödet i det färdiginstallerade systemet göras genom avläsning av temperaturhöjningen över solfångaren/solfångarna mitt på dagen en solig dag. I ett konventionellt system bör höjningen inte vara högre än C, i ett lågflödessystem C. Dessa temperaturdifferenser och de motsvarande vätskeflödena är en erfarenhetsmässig kompromiss mellan kravet på lågt flöde för att reducera erforderlig pumpeffekt och låga temperaturer för att reducera systemets värmeförluster. Är temperaturhöjningen högre betyder det att flödet är för lågt. Är rörsystemet garanterat väl rengjort och avluftat samt att pumpen går på maxvarv har man sannolikt valt en för liten pump till systemet. 3.6 Värmeväxlarkapacitet Leverantören av solfångaren bör även klart ange vilka typer och storlekar på värmeväxlare som är lämpliga att ansluta till den aktuella solfångaren. Som en grov tumregel kan gälla att solfångarkretsen i de fall den ansluts med kamflänsrör till tanken behöver 1 meter växlare eller minst 0,3 m 2 växlaryta per m 2 solfångare och att tappkretsen i de fall genomströmningsberedare används (kamflänsrör) behöver minst två slingor på vardera tio meter. Om en ackumulatortank kompletteras med en yttre 38

40 värmeväxlare för solvärmen så måste en låg temperatur till solfångaren som vanligt eftersträvas. Temperaturdifferensen mellan vattnet från ackumulatortanken till växlaren och värmebärarens temperatur till solfångaren bör då inte vara högre än 4 5 C. Kom ihåg!!! Inga kombitankar med enbart toppväxlare (genomströmningsberedare) för tappvarmvatten! De förstör skiktningen och minskar solvärmeutbytet avsevärt. Använd inte bottenplacerade växlare av kamflänsrör i solfångarkretsen i kombination med lågflödessystem. Ett lågflödessystem är beroende av en väl skiktad tank för att fungera bra. 3.7 Isolering Hela rörsystemet i solfångarkretsen ska alltid isoleras noggrant med material som klarar höga temperaturer och andra påfrestningar utan att förstöras. För att styrningen av systemet ska fungera som avsett är det särskilt viktigt att temperaturgivarna till denna är väl isolerade. En bra tumregel för valet av isoleringstjocklek är att lamelltjockleken (avser mineralullsisolering) bör vara minst lika med rörets innerdiameter. Se VVS/Kyl AMA för mer detaljer. Isoleringsmaterial Rörledningarna i solvärmeslingan ska isoleras med ett rörisoleringsmaterial som är i stånd att tåla en temperatur på upp till 140 C eller mer, åtminstone för metern före och efter solfångaren. Isolermaterialet i resten av solfångarkretsen ska klara upp till 120 C. Det betyder i praktiken att de flesta plast-och gummibaserade isolermaterial på marknaden inte duger till detta!! Utförande av isolering Om man använder mineralullsisolering utomhus ska den täckas med vattentäta aluminiumkåpor eller motsvarande. Även plast-och gummiisoleringar behöver skyddas mot pickande fåglar samt mot väder (UV-ljus) och vind om de används utomhus. 3.8 Givarplacering Felaktig givarplacering och montering är en av de vanligaste orsakerna till dåligt fungerande solvärmeanläggningar! När anläggningen utförs med en differenstermostat ska det anbringas två givare i anläggningen: en i toppen av solfångaren och en i närheten av botten på lagringstanken på samma nivå som solfångarkretsens värmeväxlare, eller där solfångartillverkaren anger att den ska placeras. En vanligt placering är på 2/3 av solvärmeslingans höjd. Givaren i toppen av solfångaren placeras antingen i ett dykrör (fig. 3.2 och 3.3) eller direkt i solfångarlådan (fig. 3.1), och man måste förvissa sig om att den är korrekt placerad, så att den känner av utloppstemperaturen för värmebäraren. Givaren ska helst vara lätt åtkomlig utifrån för kontroll eller byte (glaset ska inte behöva lyftas av). Observera att denna givare ska klara temperaturer på upp till 200 C! 39

41 Figur 3.2 Givare i tomrör utanpå utloppsröret (vänster) och i ett dykrör i vätskan (höger) Om givarledningen dras och samisoleras med rörinstallationen, måste man se till att den kan tåla temperaturer upp till 140 C. Ofta levereras två olika givare med en styrning, varav den ena är utförd i ett mer temperaturtåligt material än den andra. Dessa två får naturligtvis inte förväxlas! Givaren i lagringstanken placeras i värmeväxlarens tyngdpunkt, så att den mäter temperaturen av vattnet på detta ställe. Om den inte kan monteras med dykrör i tanken (fig. 3.4; denna lösning bör alltid väljas där det är möjligt) så monteras den mot tankens utsida eller på växlarslingans utlopp. Båda givarna isoleras väl från omgivande luft, och värmeledningspasta bör användas för att ge givaren så god kontakt med mätstället som möjligt. 40

42 Figur 3.4 Givare i dykrör i tank alternativt på tankvägg om dykrör saknas. 3.9 Expansionsförhållanden Enligt Boverkets BBR ska anläggning för värmning av varmvatten förses med säkerhetsanordningar som begränsar risken för personskador till följd av för högt tryck eller för hög temperatur (AFS 1999:4). Öppen expansion Öppen expansion används i system som önskas trycklösa och är vanligast i självcirkulerande eller i dränerande system (se bilaga 2). I ett självcirkulerande system ska expansionskärlet anslutas överst i systemet. I ett dränerande system placeras nivå-/expansionskärlet under solfångaren och på pumpens sugsida, så att pumpen inte trycker ut vätskan ur behållaren. Behållaren kan eventuellt anordnas så att den fungerar som avluftning för anläggningen. En hävertbrytare ska monteras för att hindra att anläggningen töms. Säkerhetsledningen på öppen expansion Säkerhetsledningen är rörförbindelsen mellan solfångare (panna) och atmosfär; den skall inte gå att stänga av. Förbindelsen skapar en utströmningsväg vid överkokning och eventuell vätskeutvidgning. Används en giftig eller miljöfarlig värmebärare bör det finnas ett temperaturtåligt uppsamlingskärl som tar hand om utströmmande vätska. Tryckexpansion och stagnationsskydd Stagnation är det tillstånd i solfångaren som uppstår när pumpen inte går. Detta sker när styrenheten stoppar pumpen vid en tanktemperatur av C för att undvika kokning i tanken samt för att skydda tankisoleringen (skumisolering tål bara 95 C) eller (mer sällan) vid strömavbrott. Vid stagnation en solig sommardag kan temperaturen i solfångaren stiga upp till cirka 200 C för en plan solfångare och över 250 C för en vakuumrörsolfångare. Både värmebärare och komponenter måste skyddas från de höga tryck som uppstår vid dessa temperaturer. Det vanligaste stagnationsskyddet för system med vatten/glykol som värmebärare kallas partiell förångning vilket åstadkommas med en kombination av: 41

43 lämplig design av solfångarfältet, och rätt kombination av säkerhetsventil och trycksättning i systemet Med tillräckligt stor expansionsvolym och rätt förtryck i kärlet och systemtryck samt öppningstryck på säkerhetsventilen ska systemet alltid kunna skyddas från höga tryck samt återstartas automatiskt efter att solfångarkretsen stoppat p.g.a. för hög temperatur. Till tryckexpansion ska användas ett förtryckt expansionskärl som klarar de temperaturer, tryck och medier som blir aktuella i anläggningen, med manometer, avluftning och säkerhetsventil. Många leverantörer har så kallade solkretsarmaturer som innehåller alla dessa komponenter samt pump och styrenhet. Om expansionssystemet sätts samman av enskilda delar, ska följande krav vara uppfyllda för de enskilda komponenterna: Säkerhetsventil: Beskrivs nedan Avluftning: Skall kunna tåla påverkan från temperaturer på 120 C. För system med partiell förångning bör man undvika automatiska avluftare vid solfångaren eftersom det förekommer att ånga släpps ut där vid stagnation. Manometer: Ska vara lätt avläsbar och med markering av säkerhetsventilens öppningstryck, samt kunna tåla höga temperaturer Observera att den vanligaste typen av slutna expansionskärl som innehåller ett membran av gummimaterial inte klarar alltför höga temperaturer långvarigt. Dessa kärl bör därför om möjligt placeras på framledningen till solfångaren, på pumpens tryck- eller sugsida samt ska vara anslutna ovanifrån så att membranen ligger under vätskan och därmed utsätts för lägsta möjliga temperatur. Anslutning ovanifrån minskar också risken för att luft samlas i kärlet vid påfyllning och som släpps ut okontrollerat i kretsen långt efter idrifttagning. Om ett förtryckt expansionskärl används, bör trycket i detta kontrolleras och vid behov justeras i samband med att anläggningen tas i drift, innan systemet fylls med värmebärare. Förtrycket bör också kontrolleras vid återstart om anläggningen varit ur drift en längre tid. Tryck- och temperaturförhållanden i anläggningen Tryck och temperaturförhållandena i anläggningen är, i de fall en glykol/vattenblandning används, svagt beroende av koncentrationen av frostskyddsvätska i anläggningen. De anges i följande tabell. Tabell 3.5 Tryck och temperaturförhållanden samt fryspunkt för olika glykolkoncentrationer Glykolkoncentration Fryspunkt Kokpunkt vid visst övertryck % C 0 bar [ C] 3 bar [ C] 6 bar [ C] 9 bar [ C] Vattens värmeutvidgning med stigande temperatur Nedan tabell visar vattens expansion vid olika temperaturintervall. Glykolblandningar kan anses ha samma expansionsförhållande. 42

44 Tabell 3.6 Vatten volymutvidgning vid några temperaturintervall Temperatur- Expansion (vätska) ökning (liter/liter) C 0, C 0, C 0, C 0,15 Stagnationsförlopp vid partiell förångning Vid stagnation då instrålningen är tillräckligt hög för att kokning ska uppstå går systemet igenom följande fem steg: 1. Expansion av vätskan med ökande temperatur fram till kokpunkten (som inträffar vid olika temperaturer beroende på tryck och vätska se tabell 3.5). Detta tar cirka tio minuter vid fullt solsken. 2. Förångning av en del av vätskan i solfångaren som trycker ut större delen av vätskan från solfångaren. 3. Den del av vätskan som inte trycks ut förångas tills allt har kokats bort. För solfångarfält med bra tömningsbeteende (se figur 3.6 vänster) sker detta tämligen snabbt men för solfångare med dålig tömningsbeteende kan detta ta relativt lång tid och den glykol som finns kvar måste utstå höga temperaturer med risk för nedbrytning. Ångan som produceras är i princip ren vattenånga vilket betyder att vätskan som är kvar ökar i koncentration och kan till slut bli ren glykol som i värsta fall kan brännas i botten av en krök eller ett u-rör. Ångan trängs långt ned i rörsystemet och systemtrycket är som högst. 4. Stagnation. Allt vatten och det mesta av glykolen har kokats bort och solfångaren når högsta temperatur. Den har dock lägre tryck än i fas 3 och ångan tränger sig inte lika långt ned i rörsystemet. 5. När instrålningen minskar så sjunker temperaturen och trycket och solfångaren återfylls automatiskt. Tömningsbeteende Solfångare och rörsystem bör utformas så att solfångaren om eller när den hamnar i kokning snabbt töms på vätska. Det är dock absolut viktigast att följa detta om man tillämpar partiell förångning eftersom detta system kommer att koka lättare (vid en lägre temperatur). Då det normalt börjar koka lokalt högt upp i solfångarkretsen (lägre tryck) så skall solfångaren snabbt tömmas på vätska och ånga/vätska skall snabbt tryckas ner i expansionskärlet. Resterande vätska skall samtidigt kunna rinna ner från solfångaren. Se figur nedan för exempel på ett bra respektive ett mindre bra exempel på detta. Man ska undvika rörpartier (både i och mellan solfångare) med en U form som gör det svårt för vätskan att tryckas ut eftersom det finns liknande tryck på både sidor av U:et (se nedan). 43

45 Figur 3.5 Placering enligt vänstra solfångaren ger ett bättre tömningsbeteende än den högra. I den vänstra kan ångan snabbt trycka ut vätskan från solfångarna och ner i expansionskärlet. Samma sak gäller för solfångarfält. Bra exempel t.v. och dåligt t.h. Normal operation Start of stagnation Vapourphase Liquidphase not oscillating; no water hammer Figur 3.6 Bra exempel på sammankoppling till vänster, sämre till höger. Från Streicher 2008 Den generella regeln för att utforma rörsystemet är att det skall få vad man kallar ett bra tömningsbeteende. Det handlar i första hand om att undvika onödiga högpunkter på rören, högre placering än solfångaren, men också om placering av en eventuell backventil i kretsen, se fig. 3.6 och

46 Figur 3.7. Lämpliga kopplingsalternativ för några av de viktiga komponenterna i solfångarkretsen. Den vänstra figuren rekommenderas eftersom pumpen skyddas mot alltför höga temperaturer. Om systemtrycket blir för lågt kan det dock leda till kavitation som skadar pumpen. Dimensionering av tryckexpansion Expansionskärlet dimensioneras med hänsyn till systemets totala volym och till de tryck och temperaturer som kommer att råda i systemet. Trycksatta system kan delas in i två grupper: System som dimensioneras för högt tryck (6 bars övertryck och högre) och där ingen kokning ska förekomma, behöver en expansionsvolym på 5-20% av den totala volymen i solfångarkretsen. Procentsatsen är beroende av stagnationstemperaturen och hur långa rören är (se tabell 3.6). System som dimensioneras för lägre tryck och där partiell förångning sker som tömmer solfångaren av vätska. Man behöver en expansionsvolym på 10% av den totala volymen i solfångarkretsen plus vätskeinnehållet i solfångare och rör ned till samma nivå som expansionskärlet. (se nedan). Nackdelen med det första tillvägagångssättet är att värmebäraren vid stagnation kommer att utsättas för väldigt höga temperaturer, för en plan solfångare uppemot ºC. Detta påverkar glykolen negativt och i sällsynta fall kan glykolen t.o.m. sönderfalla och bilda fällningar, vilket leder till igensättningar i systemet. Om temperaturen dessutom stiger över 170 grader räcker inte 6 bar för att undertrycka kokning och risken finns då att säkerhetsventilen blåser (öppnar) varpå systemet måste återfyllas manuellt. Om säkerhetsventilen är på 9 bar kan temperaturen stiga till över 180 C innan ventilen blåser. Prismässigt är ett expansionskärl för 10 bar också betydligt dyrare än ett för 6 bar. Hur högt tryck som behövs för att undvika kokning beror på hur effektiv solfångaren är. Solfångarleverantören ska kunna lämna uppgifter om lämpliga säkerhetsventiler och expansionsvolymer. (Kokning kan även undvikas genom val av annan värmebärare än vatten eller glykol/vatten, t.ex. olja vilket dock inte rekommenderas se avsnitt I ett sådant system gäller andra kriterier för trycksättning.) Volymen av solfångarkretsen är summan av volymerna i solfångaren (från leverantören), rören (uppskattas med längder, dimensioner och tabell 3.7) samt värmeväxlare (från leverantören). Expansionskärlets volym fås sedan genom att multiplicera den totala volymökningen med tryckfaktorn Tf. Denna faktor beräknas olika för system med partiell förångning och för system där det inte kokar i solfångaren. Vexp = Volymökningen x Tf Expansionskärl för system utan kokning i solfångaren Volymökningen p.g.a. temperaturstegring kan beräknas i två steg: 1) Solfångarens vätskevolym x volymutvidgningen för det aktuella temperaturintervallet, t.ex. 0,13 l/l vid temperaturökning från 20 C till 185 C (motsvarande 9 bars öppningstryck på säkerhetsventilen och vatten). 2) Resten av systemets volym x dess utvidgning, t.ex. 0,04 l/l vid temperaturökning från 20 C till 95 C. För dessa system beräknas tryckfaktorn utifrån säkerhetsventilens öppningstryck. Tf = (Pmax + 1)/ (Pmax Ps) där Pmax Ps maximal tillåtet tryck i expansionskärlet (= öppningstrycket för säkerhetsventilen) expansionskärlets förtryck (se nedan). 45

47 Antag att vi har en 9 bars säkerhetsventil, att kärlet förtrycks till 6 bar, att solfångarna totalt rymmer 2,5 liter och att resten av systemet rymmer 6 liter. Total utvidgning = 0,56 liter 1) Utvidgning i solfångare = 2,5 x 0,13 = 0,32 liter 2) Utvidgning i rörsystem = 6 x 0,04 = 0,24 liter Tryckfaktor Tf = (9+1)/(9-6) = 3,3 Expansionskärlets volym = 0,56*3,3 = 1,9 liter. Expansionskärl för system med partiell förångning Volymökningen för partiellförångning består av två delar: 1) Expansion av vätskan i hela solfångarkretsen. Detta är c:a 10% av totala volymen i solfångarkretsen vid rätt inställt tryck i systemet. 2) Maximal ångvolym. Denna är beroende av hur mycket ånga som trängs ned i rörsystemet som i sin tur beror på hur mycket ånga som produceras ( W ångeffekt per m2 solfångare) samt värmeförlusterna i rören dit energin som samlas in av solfångaren transporteras av ångan. Här påverkar solfångarens och röranslutningarnas tömningsbeteende. Bra tömningsbeteende leder till låg ångeffekt och dåligt till hög ångeffekt med kort resp. långt röravstånd som fylls med ånga. Vid dimensionering antar man att ångan nästan når till expansionskärlet varför maximal ångvolym sätts till solfångarens volym plus volymen i rören ned till samma nivå som expansionskärlet (både fram och returledning). Tryckfaktorn beräknas utifrån ett maximalt önskat tryck i solfångaren av 3 bar. Tf = (Pe + 1)/ (Pe Ps) där Pe = maximal önskat tryck i expansionskärlet, vilket är 3 bar i solfångaren plus det statiska trycket ned till expansionskärlet (Höjden x 0,1 Bar) Ps = expansionskärlets förtryck (se nedan). Antag att solfångarna totalt rymmer 2,5 liter, det är 5 m från toppen av solfångarna till kärlet samt att det finns 3 liter i rören från solfångarna ned till expansionskärlets nivå (inkl. fram och returledningar) samt ytterligare 3 liter i resten av kretsen (värmeväxlare och rör nedanför kärlet). Utvidgning av vätskan = 0,1 * (2, ) = 0,85 Ångvolym = 2,5 + 3 = 5,5 liter Total utvidgning blir således 0,85 + 5,5 = 6,35 liter. Ps = 5*0,1 + 0,5 = 1,0 bar Pe = 5*0,1 + 3,0 = 3,5 bar Tryckfaktor Tf = (3,5+1)/(3,5-1,0) = (3,5+1)/(2,5) = 1,8 Expansionskärlets volym = 6,35 * 1,8 = 11,4 liter. Trycksättning av expansionskärl och solvärmekretsen Luften i expansionskärlet ska ha ett visst förtryck som mäts när vätskekanalen är öppen mot atmosfären. Om inte annat anges av leverantören, ska förtrycket vara 0,5 Bar plus det statiska trycket från solfångare ned till expansionskärlet (Höjden x 0,1 Bar). För en höjdskillnad av 5 m blir förtrycket då 0,5 + 0,5 = 1,0 46

48 Bar. När man fyller på systemet med vätska ska man ställa in det önskade arbetstrycket vid kall solfångare. Om inte annat anges av leverantören, ska detta påfyllningstryck vara 1,0 Bar plus det statiska trycket från solfångare ned till expansionskärlet (Höjden x 0,1 Bar). För en höjdskillnad av 5 m blir förtrycket då 1,0 + 0,5 = 1,5 Bar. Vätskeinnehållet i rörledningarna Vätskeinnehållet i rörledningarna är per meter enligt nedanstående tabell. Tabell 3.7 Ett kamflänsrör för solslingan rymmer 2,5 4 liter vätska. En vanligt förekommande solfångare (dock inte alla, kolla med tillverkarens data) rymmer ca 0,5 liter per m 2. Säkerhetsventil och bräddavlopp Inlopps-och utloppsröret till och från säkerhetsventilen får inte ha en öppning som är mindre än denna, och det får inte finnas avstängningsanordningar, pumpar eller armaturer på ledningarna. Utloppsröret från säkerhetsventilen eller bräddavloppsröret ska dras till uppsamlingsbehållare med tillräcklig kapacitet. Om behållaren är gjord av plast bör den ha en del vätska i annars finns det risk för att den smälter när het vätska trycks ut från säkerhetsventilen. Säkerhetsventilen för partiellförångning ska normalt vara 6 Bar om inte annat anges av leverantören. Detta gäller för system där solfångaren är maximalt 25 m ovanför expansionskärlet, vilket är de allra flesta system. Glöm inte att samtliga komponenter i solfångarkretsen ska tåla det tryck som bestäms av säkerhetsventilen och vara provtryckta med minst 1,3 gånger detta tryck!! Kylare som skydd för expansionskärl i större system I större system som använder partiell förångning kan man behöva skydda expansionskärlet från ånga genom att sätta en ångkondensor eller kylare innan kärlet. Detta kan bestå av ett längre oisolerat rör, ett litet kärl eller ett särskilt flänsat rör. Observera dock att enligt gällande bygglagstiftning får längre oisolerade och oskyddade rör inte förekomma varför en kylare som denna i så fall skall förses med någon form av brännskydd. Storleken på denna kylare beror på storleken och verkningsgraden på solfångaren, tömningsbeteende samt längden av rören. Dimensionering av denna kylare ingår inte i denna handbok. Behovet av ett sådant skydd är minimalt för system upp till 20 m 2 om man säkerställer att hela solfångarfältet har en bra tömningsbeteende eller om stagnation förekommer mycket sällan. I större system eller system med dålig tömningsbeteende och där stagnation förekommer regelbundet bör man installera en kylare. 47

49 3.10 Avluftning Med luft kvar i solfångarkretsen kommer systemets funktion att äventyras, och energiutbytet från solfångaren reduceras eller uteblir i värsta fall helt och hållet. Reducerad pumpkapacitet, ökat tryckfall i hela eller delar av systemet samt försämrad värmeöverföring i absorbatorn och värmeväxlaren resulterar samtliga i sänkt solfångarutbyte. Luft i systemet kan ofta höras utifrån, och på samma sätt som en radiator med luft i ger en onormalt kall yta blir en solfångare med luft i onormalt varm. En enkel flödesmätare av svävkroppstyp ( synglas ) kan också vara till god hjälp för att avslöja luft i systemet. Lågt tryck och hög temperatur i systemet underlättar avluftningen under inkörningsperioden. Vid avluftarna bör om möjligt en dimensionsökning införas så att hastigheten på värmebäraren går ner. På så sätt blir det lättare för luften att skiljas ut från vätskeströmmen. Rördragning Rören ska dras så att det blir så liten risk som möjligt för att det ska bildas luftfickor, dvs. om möjligt jämnt stigande från tank till solfångare. På alla ställen där det finns risk för luftfickor ska det anbringas luftcylindrar med avluftningsskruv (se dock avsnitt 2.4 och tabell 2.1). Automatiska avluftare börjar ofta att läcka efter en tids användning och bör därför undvikas alternativt endast användas under den första perioden för att sedan stängas av. Vid montering av interna värmeväxlare till solfångarkretsen i tankar bör slingorna placeras liggande som i figur 3.8. Stående slingor kan ge stora problem med kvarstående luft i rören. Figur 3.8 Till vänster korrekt orientering på växlarslinga för att undvika att det blir luft kvar i systemet Av samma skäl bör om möjligt stående slingor i solfångaren undvikas om vätskehastigheten är lägre än 0,5 m/s (figur 3.9). Figur 3.9 Kanaldragningen i solfångaren förenklar avluftningen av systemet om den är gjord som till vänster i figuren. Observera dock att vad som är upp och ner på solfångaren inte kan avgöras utifrån hur kanalerna är dragna. 48

50 Placering av avluftare En avluftare placeras oftast på utloppsröret i toppen av solfångaren och i anknytning till expansionskärlet. Undantag från kravet på en avluftare vid solfångarens utlopp kan göras om värmebärarens hastighet i kretsen säkert kommer att ligga över 0,5 m/s. Vid denna hastighet kommer luften i systemet att dras med vätskeströmmen tills den når en avluftare. Se även tabell Värmebärare/frostskydd Värmebärarens uppgift är som namnet antyder att transportera värmeenergin från solfångaren till värmelagret. Valet av värmebärare påverkar solvärmesystemets uppförande vid mycket låga och mycket höga temperaturer och därigenom också systemets utformning. I Sverige förekommande värmebärare är vatten, glykol/vattenblandningar (speciell solvärmeglykol finns att köpa bilglykol kan ge problem med igensättning i systemet), brine (en blandning av vatten, salter och organiska ämnen) samt oljor. Oljor har betydligt högre kokpunkt än vatten och vattenblandningar och lägre fryspunkt än vatten och är därför praktiska från koknings- och frysningssynpunkt. Med olja i systemet är det i stället svårt att få ett helt tätt system, avluftningen är svårare att genomföra och det ställer stora krav på att systemet är helt torrt (vattenfritt) vid uppfyllning. Även en glykol/vattenblandning är mer benägen att krypa i kopplingar etc. än rent vatten. Oljor är ofta giftiga, cancerogena och brandfarliga. Etylenglykol är också direkt giftig. Samtliga glykoler, brines och oljor ska betraktas som miljöfarligt avfall och tas omhand därefter. Normalt innebär det att de ska lämnas till kommunens återvinningscentral. Blandning av glykol och vatten En färdigblandad blandning av propylenglykol och vatten särskilt avsedd för solvärmeanläggningar rekommenderas generellt för anläggningar som inte dräneras vintertid, om inte leverantören av solfångaren/systemet rekommenderar något annat. Även i dränerande system (se bilaga 2) rekommenderas ibland en mindre andel (30 %) propylenglykol i vattnet eftersom det kan förekomma att vatten blir kvar i delar av systemet efter dränering. I handeln förekommande propylenglykoler innehåller även någon form av korrosionsskyddande ämne. Värmebäraren blandas i nedanstående förhållanden beroende på hur låg temperatur man önskar frostskydda för; dock ska man frostskydda för åtminstone ca 20 C. Tabell 3.8 Blandningsförhållande Skydd ner till 60% vatten/ 40% glykol -21 C 50% vatten/ 50% glykol -32 C För att beräkna vilken mängd värmebärare som behövs se Dimensionering av tryckexpansion, avsnitt 3.9. Påfyllning av vätska Innan systemet fylls med värmebäraren bör det spolas ur ordentligt med rent vatten så att lödrester och andra fasta föroreningar avlägsnas. Förtrycket i expansionskärlet skall kontrolleras och justeras vid trycklöst system, allts innan värmebäraren fylls på (se 3.9). Om det finns ett filter i anläggningen rengörs detta efter spolningen, innan systemet slutligen fylls med värmebäraren. Om olja används som värmebärare måste systemet torkas, t.ex. med tryckluft, innan oljan fylls på. Alternativt kan systemet renspolas med olja. Man bör alltid använda den vätska som rekommenderas av tillverkaren. 49

51 Om ett förtryckt expansionskärl används, bör trycket i detta kontrolleras och vid behov justeras. Om glykol och vatten används, ska dessa blandas före påfyllning i solfångarkretsen. Vi rekommenderar användning av glykol särskilt avsedd för solvärme och som köps färdigblandad. Det ger en bra garanti för att man får rätt blandning, att vätskan är maximalt temperaturtålig samt att inga föroreningar tillförs via vattnet i blandningen. Vätskan pumpas in i anläggningen genom ett påfyllningsmunstycke, antingen med hjälp av en tryckbehållare eller med en transportabel pump. Placera en märkskylt vid påfyllningen där du anger vilken värmebärare som fyllts på, hur mycket och när! Om man efterfyller vid ett senare tillfälle skall samma värmebärare användas. Vid påfyllningen ska man se till att alla ventiler är öppna. Svenska Solgruppen använder ett praktiskt ventilarrangemang enligt figur 3.10 i sina solfångarkretsar. C är en avstängningsbar backventil, A är påfyllningsventil och B är avtappningsventil. Det färdiginstallerade systemet spolas först med vattenledningsvatten (tryck in genom A och ut genom B). Därefter mäts färdigblandad värmebärare motsvarande drygt systemets volym upp i ett kärl som ansluts till A och till B. Systemets pump startas, C stängs och överflödig värmebärare tillsammans med vatten trycks ut genom B. Värmebäraren får cirkulera via kärlet tills ingen mer luft kommer ut från systemet, varefter A och B stängs och C öppnas. Figur 3.10 Exempel på ett ventilarrangemang som förenklar påfyllning och avluftning av solfångarkretsen. De två avstängningsventilerna i kretsen förenklar rengöring och kontroll av filter och backventil Vätska får inte fyllas på i anläggningen i klart solsken, därför att temperaturen i solfångaren kan bli så hög att vätskan förångas lika snabbt som den fylls på. Vid solsken kan solfångaren tillfälligt täckas med en presenning eller liknande. Efter påfyllning ska anläggningen avluftas, varefter vätska fylls på tills anläggningen uppnår det rekommenderade drifttrycket. Detta ställs om möjligt in med hjälp av manometerns fasta visare tillsammans med det högsta och det lägsta arbetstrycket. Om solen inte lyser vid starten av anläggningen ska pumpen tvångsstartas och därefter köras en stund. Efter att anläggningen har varit i drift en stund, har det ofta samlats smuts i filtret, om det finns ett sådant. Filtret ska rengöras före leveransen av anläggningen. Uppsamlingsbehållare Avtappning av vätska ska ske i en behållare som är stor nog att rymma den vätska som kan pressas ut av säkerhetsventilen. Behållaren måste också tåla temperaturer på över 100 C. Provtagning av värmebärare Glykol/vattenblandningar som har varit utsatta för kraftig kokning kan ha omvandlats till syra och ska därför kontrolleras före återanvändning. Syran kan annars fräta på anläggningen. Kontrollen utförs med ett indikatorpapper (finns i färghandeln) som doppas i lösningen. ph bör vara högre än 7,5 och 50

52 kontrolleras en gång vartannat år. Samtidigt är det lämpligt att kontrollera värmebärarens frysskydd. Detta kan enkelt göras med en glykolprovare som finns att köpa i biltillbehörsbutiker. Det går inte att ange ett generellt bytesintervall för glykolen eftersom dess kvalité påverkas av driftförhållandena och systemutformningen. Det finns exempel på system där glykolen varit opåverkad efter år så därför bör man inte heller byta ut glykolen i onödan. Provtagning och kontroll är alltså vad som gäller! 3.12 Säkerhetsförhållanden Maximal temperatur på ytor Yttemperaturen på de olika anläggningsdelarna får inte överstiga 65 C på grund av risken för skållning (60 C i hygienrum) enligt BBR. Används 20 mm mineralullsisolering är detta krav alltid uppfyllt. Hälsorisker Arbetet med värmebärare kan innebära vissa hälsorisker. Följ därför alltid de anvisningar som ges på dunkar eller fat. Brandsäkerhet, yttemperatur m.m. Värmeavgivningen från anläggningen får inte ge upphov till högre temperaturer än 85 C på brännbart material. Detta bör t.ex. beaktas vid rörgenomföringar i tak Ljud Ljudproblem kan ibland uppstå genom att pumpljud eller ljud från en backventil fortplantar sig i rörsystemet. Detta förebyggs genom att rören fästs upp ordentligt och genom att man undviker att dra rör genom t.ex. skåp som kan fungera som resonanslåda. Får man ändå ljudproblem kan man använda gummibussningar vid pumpanslutningarna eller flexibla slanganslutningar Självcirkulation Självcirkulation i solfångarkretsen på ett pumpcirkulerat system innebär att värme transporteras från tanken till solfångarna i stället för tvärt om. Solfångaren fungerar alltså periodvis som en kylare för tanken (t.ex. nattetid). Detta vill man naturligtvis undvika och därför sätter man normalt in en backventil eller en magnetventil i anslutning till pumpen i solfångarkretsen. 51

53 4. Värmelagring, tillsatsvärme och tappvatten Enkelt uttryckt kan man säga att två olika principer tillämpas för värmelagring i små solvärmesystem. I tappvattensystem lagras normalt värmen i förbrukningsvattnet i en förrådsberedare. I ett kombinerat system för tappvattenoch rumsuppvärmning lagras värmen i pannvattnet (dött vatten) i en ackumulatortank. 4.1 Principer för tillförsel och uttag av värme De olika typerna av tankar kan vara utrustade på olika sätt, beroende på t.ex. vilka möjligheter för kompletteringsvärme som finns. Nedan görs en sammanställning av de olika möjligheter som finns för att i tur och ordning: tillföra solvärme till tank, tillföra annan tillskottsenergi före förbrukning, ta ut tappvarmvatten från tank och slutligen i förekommande fall ta ut rumsvärme från tank. De vanligast förekommande lösningarna är kursiverade. Solvärme till tank: Direkt system (utan växling) Intern växlare/slinga Extern plattväxlare med eller utan pump på sekundärsidan Dubbelmantlad tank Annan energi före förbrukning: Elpatron Värmesköld (el) Eftervärmning i enkel elberedare eller i varmvattenberedare integrerad i el/ved/olje/gas/pelletspanna, värmepump eller ackumulator Direktkopplad panna Tappvarmvatten från tank: Direkt system (enkel förrådsberedare) Förrådsberedare i ackumulator Genomströmningsberedare i ackumulator (Två slingor i serie) Extern plattvärmeväxlare, tappvattenautomat Rumsvärme från tank: Direkt system Extern plattvärmeväxlare (växling mot solkrets) 4.2 Om temperaturskiktning i värmelagret Temperaturskiktning innebär att temperaturen i värmelagret varierar i höjdled på tanken. Eftersom kallt vatten har högre densitet ( är tyngre ) än varmt, kommer kallt vatten att sträva mot tankens botten och varmare vatten mot dess topp. Denna mekanism är gynnsam för ett värmelager som arbetar mot en solfångare, en värmepump eller en vedpanna. Tanken, dess olika anslutningar, värmeväxlare och andra komponenter bör därför utformas med tanke på att den naturliga skiktningen i tanken ska bibehållas och om möjligt förstärkas vid tillförsel och uttag av värme. För solfångaren (och även för en värmepump) är skiktningen gynnsam, eftersom en låg arbetstemperatur ger en hög verkningsgrad, ökad drifttid och vice versa (se 2.2. Solfångarens 52

54 temperaturberoende). Vid vedeldning innebär skiktningen framför allt att den tillgängliga ackumulatorvolymen utnyttjas bättre än vid en oskiktad tank. För alla typer av tankar gäller att en väl utförd isolering utan några köldbryggor bidrar till förbättrad skiktning. Vidare gäller det i alla fall av direkt anslutna flöden (t.ex. kallvatteninlopp i en förrådsberedare, radiator-och pannkretsens anslutning till en ackumulatortank) att hålla flödena nere och försöka åstadkomma lugna rörelser i tanken så att omblandningen blir så liten som möjligt. Lägre hastigheter än 4 cm/s krävs för att skiktningen inte ska påverkas. För ackumulatortankar med solvärme och indirekt varmvattenberedning gäller att två spiralvärmeväxlare i serie, en nära botten och en nära toppen för eftervärmning, eller en inbyggd förrådsberedare ger betydligt bättre skiktning än en enda slinga nära toppen av tanken (mycket dålig lösning!). I bottenslingan förvärms det inkommande kallvattnet, vilket samtidigt innebär att solslingan placerad strax intill får en god kylning. Slingan i toppen säkerställer med någon form av temperaturgarant (t.ex. en elpatron) att kapaciteten för varmvatten blir tillräcklig. En extern tappvattenautomat (plattvärmeväxlare) är ofta också ett bra alternativ med hänsyn till skiktningen. I områden med mycket hårt vatten kan en förrådsberedare vara att föredra, eftersom den är mindre känslig för kalkbeläggningar. 4.3 Placering Placering i tvättstuga eller pannrum Lagringstanken bör om möjligt placeras i pannrum, eftersom detta ger den lägsta värmeförlusten och är fördelaktigt vid eventuell anslutning av kompletteringsvärme. Om pannrummet ligger utanför boningshuset bör särskild omsorg ägnas isolering av tanken och installationen i övrigt. Annan placering än tvättstuga/pannrum Man måste generellt avråda från att placera lagringstanken på vinden, bl.a. på grund av risken för vattenskada, om den läcker. Om denna placering är den enda möjliga lösningen, ska hänsyn tas till tankens vikt, exempelvis ca 450 kg inklusive vatteninnehåll för en 300-liters tank. Under lagringstanken bör det finnas ett uppsamlingsbäcken med ett avlopp som är i stånd att bortföra eventuellt utströmmande vatten från tank eller röranslutningar som annars kan vålla stor skada. Lagringstank och ledningar i varmvatteninstallationen ska vara frostskyddade, om det finns risk att det blir minusgrader i det utrymme där de är placerade. Frostskyddet bör på rörledningarna vara värmekablar, därför att en vanlig isolering bara skyddar installationen under en begränsad tid. 4.4 Isolering I enlighet med de krav på tankisolering som Boverket ställt för investeringsstöd, rekommenderas 150 mm mineralull eller motsvarande för att få ett U-värde på tanken på högst 0,33 W/m 2 och C. Då det gäller isolering av ackumulatortankar och varmvattenberedare argumenterar man ibland för att det är onödigt att isolera noggrant då förlusterna ändå kommer huset tillgodo. Mot detta talar att en dåligt utförd tankisolering kan ge mycket stora värmeförluster som sommartid i regel inte alls kan utnyttjas. Vintertid kommer de i bästa fall huset tillgodo men oftast inte där man bäst behöver värmen. 53

55 En stor andel av förlusterna kommer ofta från röranslutningar och ej utnyttjade anslutningsmöjligheter på tanken. Oisolerade anslutningar ger inte bara onödiga värmeförluster utan förstör också mycket av skiktningen i tanken. Expansionskärl anslutna till toppen av en ackumulatortank kan också ge stora förluster anslut alltid slutna expansionskärl till botten! Tankar isoleras normalt med PUR-skum eller mineralull. Vissa ackumulatortankar levereras med löstagbar isolering för att underlätta transporten genom trånga utrymmen. Ytterligare en möjlighet är att köpa en helt oisolerad tank som byggs in i ett avgränsat utrymme tillsammans med större delen av rörinstallationen. Hela utrymmet kan sedan fyllas med isolering, t.ex. lösull, ekofiber eller liknande. 4.5 Anslutning till vattenledningsnät Anslutning till kommunalt vattenledningsnät ska alltid utföras av behörig VVS-installatör. Kallvattenanslutning Kallvattenanslutningen på lagringstanken utförs med de nödvändiga ventiler som anges i följande schema. Termomixventil (termostatisk blandningsventil) I enlighet med BBR ska solvärmeanläggningar förses med ett skydd mot skållning, som begränsar temperaturen på det varma vattnet till 65 C. Det kan bäst göras genom att man installerar en termostatisk blandningsventil, som blandar in kallt vatten. Kvalitén på dessa ventiler varierar stort mellan olika fabrikat och för en långsiktigt säker funktion krävs en ventil av hög kvalité. 54

56 Den termostatiska blandningsventilen ska placeras så att det är enkelt att komma åt att kontrollera inställningen och att komma åt den för manövrering. Ett vanligt förekommande fel hos dessa ventiler är att de blandar in kallvatten även då temperaturen ut från ventilen ligger under det inställda värdet. Resultatet blir att elvärmarens termostat måste höjas i onödan för att man ska få tillräckligt varmt vatten. Det inverkar i sin tur negativt på solfångarens driftförhållanden och ökar alltså elanvändningen. Varmvattenutlopp (värmelås) Varmvattenutloppet bör inte vara placerat i toppen av lagringstanken. Men om tanken har utlopp i toppen bör ett värmelås installeras, som hindrar självcirkulation från toppen av tanken ut i rörledningen, genom att man drar utloppsröret ända ned till botten, innanför isoleringen. Nödvändiga ventiler m.m. Lagringstanken ska vid kallvattenanslutningen vara försedd med en lätt åtkomlig säkerhetsventil min. DN 15 som öppnar vid eller under tankens maximala arbetstryck, en avstängningsventil samt en backventil. Föreskrifter som beskriver kraven på säkerhetsventilen finns i tryckkärlsstandardiseringens varm-/hetvattenanvisningar Vakuumventil/ återsugningsskydd på inkommande kallvatten är särskilt viktigt för kopparfodrade beredare. Lagringstanken ska förutom ovanstående ventiler också vara försedd med en märkplåt samt termometer. Ventiler och eventuella ventilinställningar för sommar-/vinterdrift ska vara tydligt utmärkta. 4.6 Anslutning av tillsatsvärme från befintlig värmeanläggning Eftervärmning av tappvarmvatten i panna eller ackumulatortank kan vara en möjlighet om den befintliga anläggningen inte medger en enkel anslutning av solvärmen. Då kan solvärmen arbeta ensamt mot en tank för förvärmning av tappvarmvattnet som sedan spetsas i en efterföljande panna eller ackumulator (se t.ex. figur 4.2). Att ansluta solvärmen direkt till en varmvattenberedare som är inbyggd i en el-, ved-eller oljepanna är normalt en dålig systemlösning. Beredaren kommer att arbeta med en konstant, hög temperatur vilket ger solfångaren dåliga driftförutsättningar. Regleringen av kompletteringsvärmen blir beroende av vilken form av rumsuppvärmning som används. 55

57 Anslutning av el-, pellets- eller oljepanna En oljepanna bör inte anslutas för att eftervärma en solvärmd varmvattenberedare eftersom den kommer att få mycket dåliga driftbetingelser (korta drifttider) med stora förluster och utsläpp som följd, speciellt under sommarperioden. Någon form av elpatron eller elberedare bör i stället användas i detta fall. Om en elpanna med inbyggd eller extern beredare finns installerad sedan tidigare kan beredaren anslutas i serie med den solvärmda förvärmartanken enligt fig

58 Anslutning av vedpanna och ackumulatortank Om en vedpanna finns installerad sedan tidigare bör denna kompletteras med en ackumulatortank, om den inte redan har en sådan. Solvärmen bör sedan om möjligt integreras i ackumulatortanken. Ett exempel på denna lösning visas i figur 4.3. Om den istället arbetar mot en förvärmningstank, kan tappvattnet eftervärmas i ackumulatorns beredare. För tillsats-eller eftervärmningen i ackumulatorn bör helst en elpatron användas sommartid av samma orsaker som vid oljeeldning. Elpatronen måste vara högt placerad för att inte ödelägga solfångarens driftförutsättningar. I ett ackumulatorsystem ska som tidigare nämnts ackumulatorn utgöra systemets centrum dit all värme från el, ved eller sol lämnas och varifrån all värme till hus- eller vattenvärmning hämtas. Vedpannan ska kopplas bort genom att laddningspump stoppas och/eller en termisk ventil stänger då pannan brunnit ut. Varmvattenberedare, solslinga och elpatron ska vara placerade i ackumulatorn och radiatorshunten i nära anslutning till denna. Anslutning av golvvärme eller lågflödes radiatorsystem Ett golvvärmesystem (30/25 C) eller ett lågflödes radiatorsystem (55/25 C) ger en lägre temperatur för solfångaren att jobba emot och därmed ett något ökat utbyte. Returen från dessa system skall inkopplas i botten av tanken och framledningen på en höjd som kan ge önskad framledningstemperatur. Ett lågflödes radiatorsystem kopplas helst in med en 4-vägsshunt, en så kallad bivalent shunt. Det är värt att tänka på att ett golvvärmesystem alltid ger en högre värmeförbrukning gentemot ett radiatorsystem med bibehållen isoleringstjocklek i golvet. 57

59 4.7 Tappvattenautomat En tappvattenautomat är en plattvärmeväxlare med pump och styrutrustning som används för att bereda tappvarmvatten. Ett flertal typer finns att tillgå på marknaden. Vissa av dessa är gjorda för vedpannor, gasbrännare etc. och är konstruerade för att ge en hög returtemperatur tillbaka till pannan för att undvika korrosion. Dessa tappvattenautomater är ej lämpliga i solvärmesystem eller kopplade till en ackumulatortank. En tappvattenautomat skall, för att ge god skiktning i ackumulatortanken och öka solfångarutbytet, vara så konstruerad att ett lågt flöde och en låg temperatur åstadkoms i returen till tanken. Nedan visas 3 skisser på reglerprinciper som är lämpliga i detta sammanhang. Givetvis har även växlarens storlek och regleringens karakteristik stor betydelse. Figur a-c). Några olika reglerprinciper som passar bra med solvärme. I skisserna är primärsidan (tanksidan) till vänster och sekundärsidan (tappvattensidan) till höger. I figuren nedan visas en skiss på hur en tappvattenautomat skall kopplas in mot en ackumulatortank. Tappvattenautomatens primärsida skall kopplas högt (framledningen) respektive lågt (returledningen) till tanken. Figur 4.5.Tappvattenautomat kopplad till ackumulatortank. Höga halter av kalk kan skapa problem med igensättningar av tappvattenautomater och genomströmningsberedare. Detta är aktuellt i Uppsalatrakten, i delar av Skåne, på Gotland och på Öland. Man bör då antingen avhärda vattnet (med jonbrytare) eller satsa på en förrådsberedare. Vid en installation av en tappvattenautomat bör man alltid möjliggöra för att värmeväxlaren kan demonteras och rengöras eller bytas ut. 58

60 4.8 Korrosionsförhållanden Korrosionsskydd av förrådsberedare Tabell 4.1. Förrådsvarmvattenberedaren kan vara utförd med följande korrosionsskydd: Korrosionsskydd Anmärkningar Rilsan-beläggning Gott skydd men det fordras kontrollapparatur som förhindrar att temperaturen överstiger 70 C. På grund av temperaturkänsligheten är Rilsan mindre lämplig vid t.ex. vedeldning. Emaljering Gott skydd, under förutsättning att emaljeringen är väl utförd. Upplösning av emaljen sker vid temperaturer över 80 C, därför mindre lämplig vid vedeldning och kräver temperaturbegränsning. Anoder bör alltid installeras i emaljerade tankar och kontrolleras med 1 2 års intervall. Anod En offeranod i en obehandlad tank förbrukas på 1 2 år och måste därför kontrolleras och vid behov bytas ut med dessa mellanrum. Detta försummas ofta och en strömanod kan därför vara att föredra. Kom ihåg att en offeranod måste ha god elektrisk kontakt med tanken den ska skydda! Behållare av rostfritt stål behöver inget korrosionsskydd, men man måste ta hänsyn till att kloridinnehållet i vattnet inte får överstiga 300 mg/l, vilket ibland kan vara fallet i kustnära trakter. Kontrollera med kommunens miljö- och hälsoskyddskontor! I hus med egen brunn kan ph ibland ligga under 7,0, vilket gör att en kopparfodrad beredare korroderar. Även en emaljerad beredare är olämplig, eftersom en offeranod kommer att förbrukas fort. Lösningen blir antingen att installera någon form av filter för att höja ph eller att installera en rostfri beredare. Korrosionsskydd av ackumulatortankar Ackumulatortankar behöver normalt inte skyddas speciellt mot korrosion eftersom syret i vattnet efter en tids drift är förbrukat (dött vatten). Det gäller att se till att nytt syre inte tillförs. Ett expansionskärl anslutet till tanken bör av denna anledning vara utrustat med ett gummimembran. 4.9 Säkerhetsförhållanden Skållning Installationen ska i enlighet med BBR utföras så att det inte finns risk för temperaturer över 65 C, som medför fara för skållning. Detta kan bl.a. göras genom att man installerar en termostatisk blandningsventil. Maximal och minimal temperatur Enligt BBR gäller att temperaturen på det avtappade vattnet inte får överstiga 65 C (skållning) och inte understiga 50 C (komfort). I beredare med större stillastående tappvattenvolymer (= förrådsberedare) rekommenderas vidare en lägsta temperatur av 60 C för att undvika skadlig tillväxt av mikroorganismer (ex legionellabakterier). Risken för korrosion och kalkutfällningar reduceras dessutom vid den lägre temperaturen. 59

61 Inställningen på elpatronen kan under vissa förutsättningar hållas vid 55 C utan större risk för tillväxt av t.ex. legionella. Förutsättningarna för att hålla en låg temperatur är att tappvarmvatten används varje dag och att färskvattnet är relativt rent från näring i form av organiskt material. Efter t.ex. en semester bör man då tillfälligt öka temperaturen till över 60 under några timmar för att döda eventuella bakterier. En mer sofistikerad metod för att säkerställa tidvis höga temperaturer är att med hjälp av ett tidrelä och elpatronen öka temperaturen t.ex. en gång per vecka. Detta system används för bland annat värmepumpar. Yttemperaturen på de olika anläggningsdelarna får enl. BBR inte överstiga 65 C på grund av risken för skållning (60 C i hygienrum). Används 20 mm mineralullsisolering eller motsvarande är detta krav alltid uppfyllt. 60

62 5. Styrsystem och elanslutning 5.1 Anslutning av elpatron, pump m m Anslutning av elpatron, pumpar m.m. ska utföras av behörig elinstallatör. 5.2 Differenstermostaten Felaktig installation eller funktion på styrsystemet är en av de allra vanligaste orsakerna till att en solvärmeanläggning inte fungerar som avsett!! Var därför alltid noga med att rätt givare används, att de monteras på rätt plats och isoleras väl (se avsnitt 3.7 och 3.8). Reglering av solvärmeanläggningen sker oftast med en differenstermostat som styr pumpen i solvärmekretsen till/från och ibland även med varvtalsstyrning av pumpen. Temperaturen mäts i lagertanken och i solfångarens utlopp. På de flesta styrutrustningar kan dessa temperaturer avläsas på en display. En lämplig inställning kan vara att pumpen startar när temperaturen i solfångaren är 5 C högre än temperaturen i lagertanken. Pumpen kan sedan stoppa när temperaturen i solfångaren är 2 C högre än i lagertanken. Ofta kan man också ange en maxtemperatur i tanken då pumpen ska stoppa, normalt vid C. De angivna temperaturdifferenserna är anpassande för en vanlig, pumpcirkulerad tappvattenanläggning. Kontrollera alltid dessa inställningar då en ny anläggning tas i drift! Styrutrustningen har ofta en fabriksinställning av maxtemperaturen på 60 C som alltså måste höjas efter installation för att inte begränsa utbytet! Differensstyrningen är i vissa fall fast inställd. För den enskilda anläggningen kan särskilda förhållanden råda. Tillverkarens vägledning bör följas med hänsyn till inställning av temperaturdifferenserna. 5.3 Kombinerade styrsystem för solvärme, tillsatsvärme etc. Idag finns det på marknaden styrsystem som inte bara styr solfångarkretsen utan hela värmesystem med tillsatsvärme, radiatorsystem, tappvattenautomat etc. Det viktiga vid installation och drift av dessa nya intelligenta styrsystem är att den levereras med en lättförstålig manual. Många av dessa styrsystem är programmerade för att i högre utsträckning kunna utnyttja solvärmen. Detta sker t.ex. genom varvtalsreglering av solvärmepumpen, tidsfördröjda elpatroner med mera. För att förbättra driftsäkerheten finns också styrsystem för nödkylning och konditionskörning av pumpar. 61

63 6. Idrifttagande, driftkontroll och felsökning Ett av de viktigaste momenten vid installation av en solvärmeanläggning är överlämnandet av anläggningen. Det är viktigt att kunden förstår det mest elementära av solvärmeanläggningens drift och vet t.ex. vilka ventiler som ska ställas om vid övergång från sommardrift till vinterdrift, om en sådan omställning är aktuell. Anläggningen ska framstå som enkel och lättbegriplig, så att även en icketekniker kan begripa anläggningens funktionssätt och utföra elementär driftkontroll. Enklaste driftskontrollen! Stäng av elpatronen under en bra sommardag -> Vattnet i tanken skall bli varmt ändå! 6.1 Idrifttagande av en solvärmeanläggning Vid idrifttagandet av en solvärmeanläggning är det viktigt att följa den aktuella tillverkarens anvisningar. Olika anvisningar gäller för olika anläggningstyper. Vätskepåfyllning Vid påfyllning av värmebärare bör man använda den av tillverkaren rekommenderade vätskan. Om vatten ska blandas med någon fryspunktsnedsättande vätska (normalt glykol), ska värmebäraren blandas före fyllning. På detta sätt undviks sönderfrysning. Placera en märkskylt vid påfyllningen där du anger vilken värmebärare som fyllts på, hur mycket och när. En solvärmeanläggning får inte fyllas på i starkt solsken. Temperaturen i absorbatorn är vanligen så hög, att värmebäraren förångas lika snabbt som den fylls på. Dessutom kan farliga tryckstötar uppstå i större anläggningar-explosionsrisk! Värmebäraren fylls vanligen på genom påfyllningsventilen med en påfyllningspump. Efter påfyllning avluftas anläggningen. Därefter fylls mera vätska på, och anläggningen avluftas eventuellt igen. Efter avluftningen påfylls vätska på nytt, tills anläggningen uppnår det rekommenderade arbetstrycket. Om det finns möjlighet till det, ställs det rekommenderade arbetstrycket in på manometerns fasta visare, samt max. och min. arbetstryck. Tryckförhållandena beskrivs i avsnitt 3.9. Se även avsnitt 3.11 Värmebärare/frostskydd. Om solen inte lyser vid starten av anläggningen ska pumpen tvångsstartas (normalt via styrutrustningen) och sedan köras en stund. Ofta har det samlats smuts i ett eventuellt filter, som ska rengöras före leveransen av anläggningen. Injustering Vid idrifttagande av solfångaranläggningen ska flödet injusteras. Pumpen ställs normalt på steg 1 eller 2. Man kan bestämma rätt inställning genom att se på temperaturökningen över solfångaren, när anläggningen är i drift. En temperaturskillnad på mellan 10 och 20 C är ett bra riktvärde vid full solinstrålning för en vanlig solvärmeanläggning med pumpcirkulation. I ett lågflödessystem kan temperaturökningen över solfångaren vara C. En rekommendation från tillverkaren bör alltid följas. Kontroll av styrning Att styrningen av solfångarkretsen fungerar som avsett ska kontrolleras. Det görs enklast genom att man väntar med att placera givaren i lagringstanken. Genom att avkyla respektive uppvärma givaren, kan man undersöka om pumpen startar respektive stoppar som den ska. En kall dag kan man avkyla givaren; det ska medföra att cirkulationspumpen startar. När givaren värms upp igen ska cirkulationspumpen 62

64 stanna. För att uppvärma/ avkyla givaren kan man t.ex. använda två glas vatten, ett varmt och ett kallt. Men doppa inte givaren i vattnet, använd plastpåse! Avluftning Luft i solfångarkretsen kan leda till att utbytet från solfångarna helt uteblir. Det är därför viktigt att man i samband med idrifttagandet avlägsnar all luft ur solfångarkretsen. Det kan ibland behövas flera avluftningar med några dagars mellanrum. Se även vidare under kapitel Felsökning på solfångaranläggning I det följande behandlas några av de problem som kan förekomma i solfångaranläggningar. Det finns problem som kan uppstå vid idrifttagandet eller efter många år, men förhoppningsvis inträffar de aldrig. Problem: Temperaturen i solfångaren är hög, utan att temperaturen i lagertanken är hög i motsvarande grad. Symptom: Temperaturskillnaden mellan solfångaren och lagertanken över stiger 20 C. Denna temperaturskillnad är naturligtvis beroende av den enskilda anläggningens utformning, men en temperaturskill nad på 20 C är oftast för stor (gäller inte lågflödesanläggningar). Lösning: 1 Värmebärarflödet kan vara för lågt. Pumpen ställs ett steg högre. Det här är ofta ett problem i nya anläggningar. 2 Trycket i systemet för lågt. Kontrollera storleken på expansionskärlet och eventuellt också förtrycket och fyll sedan systemet. Vanligaste orsaken till för lågt tryck är att säkerhetsventilen lättat och dränerat en del av värmebäraren. 3 Det kan finnas luft i anläggningen. Om pumpen går, stoppas denna och anläggningen avluftas, varefter eventuellt vätska påfylls. I svåra fall kan en kraftig extern pump behöva anslutas (se 3.8) för att få upp hastigheten i rören så att luften följer med ut. 4 Kontrollera inställningarna för start och stoppdifferens för styrutrustningen. Om pumpen inte startar: differenstermostatens elektronik kan vara utslagen. Den kan eventuellt återställas genom att bryta spänningsmatningen tillfälligt. Någon av temperaturgivarna kan vara förstörd som en följd av för hög temperatur eller blixtnedslag (se 6.1 Kontroll av styrning ). 5 Om det finns en backventil eller en magnetventil som hinder för självcirkulation i solfångarkretsen, kan denna vara igensatt eller trasig. 6 Det kan finnas smuts i smutsfiltret. Om pumpen går, stoppas den och silen i smutsfiltret rengörs. Det här är också ett vanligt problem i nya anläggningar därför att det ofta finns lite smuts i anläggningen. 7 Pumpen kan ha satt sig. Kontrollera att den går runt. * * * Problem: Det finns inte varmvatten. Symptom: Elpatronen kan ha slutat fungera. I vissa anläggningar indikeras detta på kontrollpanelen. Lösning: Elpatronerna är försedda med en reset-knapp som ska tryckas in. Om detta inte fungerar kan det eventuellt också vara en säkring som har gått. Om inte heller detta hjälper tillkallas en elinstallatör. * * * Problem: Solvärmeanläggningen ger inte så mycket som förväntat. Symptom: Det kan vara självcirkulation. Temperaturen i botten av lagertanken faller avsevärt under natten, då det inte förbrukas varmvatten. Rören i solfångarslingan är varma även under de perioder då pumpen inte går. Detta kollas säkrast vid en kall natt efter en dag med god 63

65 Lösning: solinstrålning. Även inställningarna av start och stoppdifferens för styrutrustningen kan vara felaktiga. Det kan ha fastnat smuts i backventilen. Denna rengörs. Om problemet återkommer, är en möjlig lösning att byta ut backventilen mot en magnetventil. Om det inte finns någon backventil i anläggningen, är det en tänkbar lösning att montera in en. En olämpligt vald backventil kan förstöras av hög temperatur eller av mediet den arbetar i. Byt till en annan typ! Om inte leverantören av styrutrustningen säger annat så är lämplig inställning för start och stoppdifferenserna 5 respektive 2 grader. Symptom: Pumpen i solfångarkretsen går kontinuerligt, även då solen inte skiner. Lösning: Differenstermostatens elektronik kan vara utslagen. Den kan eventuellt återställas genom att bryta spänningsmatningen tillfälligt. Någon av temperaturgivarna kan vara förstörd som en följd av för hög temperatur eller blixtnedslag (se 6.1 Kontroll av styrning ). * * * Symptom: Inga särskilda symptom dvs. flödet är normalt, systemet är avluftat, styrutrustningen fungerar felfritt, ingen självcirkulation. Lösning: Tanken kan vara för stor i förhållande till installerad solfångararea liter per m 2 solfångare är vad som gäller. Öka solfångararean eller minska tankvolymen. Eventuellt kan den solvärmda delen av ett ackumulatorsystem begränsas till en av flera tankar eller till en mindre del av en stor tank. Kontrollera lutning, orientering och eventuell skuggning av solfångarna och åtgärda om möjligt grova brister i dessa avseenden. Kontrollera isoleringen på tankar och rör. Förbättra vid behov. Vakuumförlust i ett vakuumrör indikeras som regel genom att glaset färgas vitt i botten. Handpåläggning avslöjar också förlorat vakuum; rören ska vara svala! Frost eller snö som smälter från enstaka rör visar samma sak. Var kanske förväntningarna orealistiska från början? Motsvarar förbrukningen dimensioneringsdata? 6.3 Överlämnande av solfångaranläggningar När solfångarinstallationen är färdig skall den avlämnas till anläggningsägaren eller annan berörd personal. Avlämning bör om möjligt försiggå medan anläggningen är i drift. Ägaren skall här få en genomgång av systemets olika delar och tips och råd angående tillsyn och skötsel av systemets olika delar. Köparen skall även ges möjlighet att ställa frågor samt veta vem han skall kontakta vid eventuella problem. All information om anläggningen ska sammanställas i en pärm som installatören överlämnar när allt är klart. Pärmen bör minst innehålla följande: Uppgift om installatören Användarvägledning Förteckning över vanliga reservdelar som kan behöva bytas Säkerhetsbestämmelser och åtgärder vid olycka eller brand Produktbroschyrer Garantier Solfångaranläggningens styrning Styrprincipen för solslinga, elpatron och eventuell kompletteringsslinga genomgås, så att anläggningsägaren vet hur anläggningen ska fungera. Vid genomgången av principskissen förklaras de olika komponenterna och deras funktion. Det är viktigt att kunden kan översätta principskissen till den 64

66 verkliga anläggningen. Märk gärna rör och komponenter med flödespilar och namn. Sommar- och vinterdrift Om en omställning krävs för övergång från sommardrift till vinterdrift (det bör helst undvikas eftersom det ofta glöms bort så småningom), kan den förenklas väsentligt med hjälp av en skiss med ventilinställningar i de båda situationerna. Den bästa lösningen är att sätta markeringar på de olika ventilerna, som visar sommar- och vinterinställningar. Detta gör det lätt att ställa om från vinter- till sommardrift. Det ska också vara möjligt att slå av och på elpatronen, om det finns komplettering med elvärme. Användarvägledning Det är ett krav i BBR att det medlevereras en användarvägledning på svenska. Vägledningen ska innehålla relevanta ritningar och anvisningar om energiekonomisk drift samt om skötsel och underhåll. Följande övergripande innehåll skall en användarvägledning innehålla: Dokumentationen skall beskriva aktuellt system (om systemet består av en ackumulatortank med inbyggd solslinga och en förrådsberedare så skall text och skrift beskriva just en sådan tank). Skisser och förklaringar skall skapa förståelse för anläggningens drifts och funktionsprincip. Anvisningar till användare och servicepersonal skall innehålla enkla råd om funktionskontroll och felsökning på anläggningen. Även innehålla uppgifter om leverantör, installatör och garantier. För samtliga solfångare på SPs lista är installations-, drifts- och skötselanvisningarna genomgångna och godkända. Dessa skall medfölja anläggningen vid överlämnandet. Ägarens tillsyn av anläggning Solvärmeanläggningens ägare kan se till sin anläggning genom att hålla ett öga på följande: 1 Hur stor är skillnaden mellan in- och utloppstemperatur från solfångaren? 2 Ligger arbetstrycket inom de angivna gränserna? 3 Har anläggningen kokat? 4 Är det kondens på solfångarna? 5 Är isoleringen på rör m.m. intakt? 6 Finns det varmvatten efter en fin sommardag om tillskottsvärmen kopplats bort? Vid problem kan VVS-installatören tillkallas. Smuts och löv på solfångaren förs som regel bort med regnvattnet. Vid solfångare med en begränsad lutning kan det bli aktuellt att rengöra solfångaren. Till detta kan användas trädgårdsslangen eller en spann såpvatten och en trasa. Garantitillsyn/serviceordning Det bör vara inkluderat i köpet av en solvärmeanläggning att det ska företas en garantitillsyn, innan garantin går ut. Det bör även ingå ett återbesök inom 14 dagar efter idrifttagning för att göra en ordentlig avluftning av anläggningen och säkerställa att den går som den skall. Även om all luft har luftats ut vid igångsättningen så finns det alltid löst syre i vattnet som 65

67 kommer att frigöras vid höga temperaturer under de första driftdagarna. I underhållsschemat framhävs följande: Kontroll av en eventuell anod i lagertanken varje år. Kontroll av värmebäraren, se kapitel Kontroll av fryspunkt behöver normalt bara göras vart tredje år, men om systemet har efterfyllts med vatten under det gångna året bör en kontroll utföras före vintern. Märk: Vid en tömning av solfångaranläggningen får värmebäraren inte ledas ut i avloppet, utan ska återanvändas eller överlämnas till kommunen för destruktion. 6.4 Energimätning Med enkla medel är det inte svårt att grovt mäta en solvärmeanläggnings täckningsgrad (%), besparingsgrad (%) eller energibidrag (kwh). Det enklaste sättet är om ägaren av huset tidigare har mätt upp sin elförbrukning till tappvattenuppvärmningen. Då är det lätt att jämföra med efter bytet till solvärme. I vissa fall kanske anläggningsägaren kan uppskatta hushållets tappvarmvattenbehov och på så viss göra en grov uppskattning av täckningsgraden för sitt solvärmda tappvattensystem enligt nedan. Mätning kan ske över kortare perioder eller som helårsmätningar. Ju längre period som mäts desto mindre blir mätosäkerheten. Tappvattenanläggning För en noggrannare uppmätning av täckningsgraden eller besparingsgraden för en vanlig tappvattenanläggning behövs följande utrustning: Värmemätare för uppmätning av tappvarmvattnet (QVV). Värmemätaren är lämpligen av samma typ som används vid fjärrvärmemätning och kostar runt 2000 till 4000 kr inkl. moms. Elmätare för uppmätning av tillförd elenergi (QEL). En elmätare kostar från ett par hundralappar för 1-fas till några tusenlappar för 3-fasmätning. Täckningsgraden (TG) för ett tappvattensystem kan då skrivas som TG = (QVV QEL) / QVV. Enligt denna beräkning så antas solvärmen täcka förlusterna från varmvattenberedaren (Qlager) som ligger runt kwh per år för 300 liters varmvattenberedare. Med hänsyn till varmvattenberedarens värmeförluster så blir besparingsgraden (BG) enligt följande: BG = (QVV QEL + Qlager) / QVV. Kombisystem För ett kombisystem för uppvärmning och tappvarmvatten och flera värmekällor så blir det mer komplext och utrustningen dyr. För den anläggningsägare som vill hålla kolla på sitt kombisystem så rekommenderas att inköpa en elmätare till eventuell elförbrukning till elpatronen sommartid. På så sätt kan en uppskattning av täckningsgraden sommartid göras i likhet med tappvattensystemet ovan. Ett dyrare alternativ är att installera en värmemätare i solvärmekretsen och mäta solfångarnas energibidrag till tanken. Värt att veta är att en ackumulatortank på 1000 liter har en ungefärlig värmeförlust på mellan 1500 och 2500 kwh per år för den normalt eluppvärmda övre delen uppvärmd 66

68 till 70 C. 67

69 7. Produktcertifiering, P-märkning och Solar Keymark P-märkning är ett kvalitetssystem som har etablerats av SP för att tillgodose ett behov hos tillverkare att på ett opartiskt sätt få sina produkters egenskaper redovisade. För köpare, bidragsgivande myndigheter och tillverkare medför P-märket en förvissning om att produkten uppfyller angivna krav vad det gäller funktion, hållbarhet m m. P-märkta produkter kontrolleras löpande vid tillverkningen vilket övervakas genom stickprov av SP. En Europeisk motsvarighet till P-märket är Keymark, den blågula nyckeln. Solfångare (och solvärmda tappvarmvattensystem) kan efter provning på SP eller motsvarande institut i Europa certifieras med Solar Keymark som accepteras i de flesta Europeiska länder. P-märkningen är däremot enbart känd i Sverige. Kraven i de två systemen är i stort sett identiska. Från och med 2011 kommer Solar Keymarkcertifiering i praktiken att vara ett krav för bidrag till solvärme i Sverige. Symbolen för en P-märkt produkt och för dess Europeiska motsvarighet Solar Keymark Inledande teknisk utvärdering Före P-märkning eller Solar Keymarkcertifiering måste solfångartyper genomgå ett antal kontrollprovningar utan haveri, läckage, materialsönderfall eller liknande. Provningsmoment som respektive solfångartyp måste genomgå kan variera något beroende på konstruktionsutformning, egenskapsprofil och funktionsprofil. Vanligen genomförs följande moment: Granskning av ritningsunderlag och materialspecifikationer Granskning av installations-och skötselanvisningar Provtryckning Stagnations-och termiskt chockprov Hållbarhet mot vind-och snölast Täthet mot regn Bestämning av termiska prestanda Beräkning av årsutbyten vid 25, 50 och 75 C Hållbarhet mot nedfrysning (ej obligatoriskt) Upprättande av egenskapsredovisning Rutin före P-märkning av termiska solfångare Före P-märkningen av solfångaren tillkommer även utomhusexponering under 30 dagar i fullt solsken. Även denna exponeringen skall genomgås utan haveri, läckage, materialsönderfall eller liknande Om alla fastställda provningskrav uppfyllts och rutiner för framtida kvalitetskontroll överenskommits med tillverkaren, får nu solfångartypen P-märkas. Beräknade årsutbyten Årsutbytena är beräknade för solfångare vända mot söder i 45 lutning. Väderdata som använts gäller Stockholm Totalt tillgängligt var då 1062 kwh/m2. Beräkningarna har gjorts med simuleringsprogrammet Minsun och SPs provningsresultat har använts. Observera att beräknade årsutbyten i första hand skall tjäna som jämförelsemått. Förutom tillgänglig solinstrålning beror verkligt utbyte i ett system av systemutförande, solfångarorientering, brukarvanor m m. 68

70 Referensarean, som vanligen är lika med solfångarens genomskinliga frontarea, har använts vid beräkningar av termiska prestanda och årsutbyten. Med medeltemperaturerna 25, 50 och 75 C avses medelvärdet av värmebärarens ingående och utgående temperatur vid passage genom solfångaren. Vid jämförelse är det viktigt att beakta vid vilken temperaturnivå solfångaren är tänkt att producera värme. Redovisade siffror avser bruttoutbyte vid solfångarens anslutningar. Vid respektive temperaturnivå är följande tillämpningar lämpliga: 25 C Bassänguppvärmning 50 C Tappvattenvärmning, bostadsuppvärmning 75 C Bostadsuppvärmning, fjärrvärme, processvärme Information om solfångarprovning En lista på de solfångare som uppfyller kraven för Inledande kontroll för P-märkning samt P-märkta och Solar Keymarkmärkta solfångare finns att tillgå på Internetadressen: På sidan redovisas årsutbyten samt en aktuell förteckning över tillverkare/återförsäljare. På finns mer information om SP:s arbete med solenergi. Exempel på andra P-märkta produkter inom energiområdet är ackumulatortankar, pelletspannor och värmepumpar. Till och med 2010 finns ett bidrag för installation av solfångare som är godkända enligt SP inledande tekniska utvärdering alternativt certifierade med Solar Keymark eller P-märket. Från 1:e januari 2011 ges bidrag enbart till Solar Keymarkmärkta solfångare (förutsätter politiskt beslut). Bidraget är på 2,50 kronor per kwh i årsutbyte vid 50 C. Upplysningar om P-märkning, Keymark och inledande teknisk utvärdering av solfångare lämnas av Johan Björkman (johan.bjorkman@sp.se ), Ulrik Pettersson (ulrik.pettersson@sp.se ) eller Peter Kovacs (peter.kovacs@sp.se ) 69

71 Bilaga 1 Korrektion för skuggning Nedan visas några figurer som kan användas till att beräkna minskningen av solfångarutbytet för några olika former på skuggkällan. Figurerna gäller för sydvända solfångare. I figur 1 definieras skugghöjd och skuggbredd. Figur 1. Skugghöjd (nederst) och skuggbredd (överst). 70

72 Figur 2. Minskning i utbytet som funktion av skugghöjd, skuggbredd och solfångarlutning. I figur 2 kan man avläsa minskningen i solfångarutbyte i procent av utbytet utan skugga. I de tre översta raderna är skuggbredden 30 och placerad från i första raden, från i andra och från 30 0 i tredje. Skuggbredden framgår av det mörka områdets bredd och höjden framgår av dess höjd. Exempel 1: Exempel 2: En solfångare med lutning 70 skuggas av En solfångare med lutning 45 får skugga ett träd med en bredd på 30 från från en motstående takrygg som sträcker sig Trädets skugghöjd i förhållande till sol-från öst till väst. Skugghöjden av taket i förfångaren är 22,5. I figur 2 avläses en hållande till solfångaren är 15. I figur två reduktion av sommarutbytet med 2,8 % avläses att utbytet sommartid reduceras med och en reduktion av vinterutbytet på 24 %. 7%, vinterutbytet reduceras 31 % och utby-på årsbasis blir reduktionen 8%. tet på årsbasis reduceras med 11%. 71

73 Bilaga 2 Systemkatalog På följande sidor visas några systemlösningar som inte hör till de allra vanligaste och därför inte har tagits med i kursmaterialet direkt. Katalogen är tänkt som en idébank för den som vill ha uppslag på hur ett solvärmesystem kan se ut. För samtliga lösningar gäller att tillverkaren av solfångare, panna etc. i det enskilda fallet alltid bör konsulteras för den slutliga dimensioneringen och utformningen av systemet. OBS! Systemen är ej fullständiga beträffande säkerhetsutrustningar för pannor etc. Systemkatalogen består av följande system: 1) Tappvattenanläggning med självcirkulation 83 72

74 2) Dränerande system 3) Komplettering av befintlig förrådsberedare 4) Solvärme och kökspanna eller vattenmantlad pelletskamin 5) Kombisystem med vedpanna och extern plattvärmeväxlare 73

75 74

76 Med 5 m 2 solfångare integrerad i ett garagetak täcks cirka 50 % av familjens energibehov för varmvatten Ett kombisystem med 20m 2 solfångare och en pelletspanna. Solfångaren gör att pelletspannan kan stängas av under sommarhalvåret 75