BENGT PERERS. Byggforskningsradet

Transkript

1 BENGT PERERS Byggforskningsradet

2 INLEDNING Denna projekteringshandledning ar avsedd att underlatta projektering, uppbyggnad och installation av solvarmesystem for storre badanlaggningar. Mycket ar dock tillampligt aven for mindre anlaggningar. Den totala Miga energianvandningen i Sverige tor badanlaggningar beraknas till ca,5 TWh. En mycket stor del av detta energibehov ar IAgtemperaturvarme under sommarhalvaret. Solvarme ar dartor en utmarkt varmekalla. I detta fall kravs dessutom inget energilager utan solfangarna kan kopplas direkt till bassangen. Soluppvarmt tappvarmvatten till duschar etc ingar inte i systemforslagen i denna handbok utan separata solvarmesystem antas finnas tor bassanguppvarmning och varmvattenberedning. Detta ar den helt dominerande systemuppbyggnaden utomlands dar nastan uteslutande oglasade solfangare anvands for bassanguppvarmningen. (Danmark, England, Holland, Tyskland t ex). Ett solvarmesystem som anvander samma solfangare for bassanguppvarmning och tappvarmvattenberedning kan vara ett alternativ for s k kombibad med bade simhall och utebad. Underlag for en jamforelse finns dock inte for narvarande. Projekteringshandledningen omfattar darfor inte detta driftfall. Tappvarmvattenanvandningen motsvarar dock normalt en mindre andel ca 1-2 % av den totala energianvandningen for en badanlaggning. Det vore darfor oekonomsikt att utforma hela solfangarytan for produktion av tappvattentemperaturer (5-6 C) nar bassanguppvarmningen bara kraver 25-3 C levererad temperatur. For en utomhusbassang utan energibesparande Atgarder ar energianvandningen ca 7 kwh/m 2 bassangyta och Ar vid uppvarmning till 25 C. Energianvandningen varierar dock starkt med bassangtemperaturen och yttre klimatfaktorer sasom vind, utetemperatur och solinstralning. Bassangtackning utanfor oppettiderna kan reducera energianvandningen med ca 4%. Lagivande omgivning kan ge en ytterligare reduktion med ca 3%, se figur 1. Det har framkommit att en utomhusbassang i UmeA faktiskt inte behaver mer energi an en bassang i Lund eller Stockholm, trots kallare och solfattigare klimat. Detta beror pa att medelvindhastigheten ar markant lagre dar, se figur 2. Tendensen finns ocksa generellt att medelvinden under sommaren (och aven Aret) ar hogst i sodra Sverige och vid kusterna och lagre i inlandet och norrover. De lokala formllandena (t ex omgivande skog eller byggnader) kan ocksa reducera medelvindhastigheten nara marknivan kraftigt. Detta ger ocksa en positiv effekt tor de badande. SolinstrAlningen per m 2 markyta ar ca 6 kwh/m 2, Ar under perioden maj-augusti. Redan i dag utnyttjas ca 3-5 kwh/m 2, Ar genom direkt absorbtion av solljus i vattnet i bassangen och i materialet i bassanginkladnaden. Undantag ar dock grunda (mindre djup an 1 m) bassanger dar absorbtionen ar mycket IAg i vattnet, se figur 3. Har skulle den passiva solenergiinsamlingen kunna okas vasentligt med fargat kakel. Av figur 4 framgar att det ar framst blatt och gront ljus som kan ga IAng vag genom vattnet (darav den blagrona fargen pa vattnet i djupa bassanger). Med ett solvarmesystem som har en solfangaryta som ar 5-1% av bassangytan kan 2-4 kwh/m 2 solfangare insamlas. Det innebar att mer an halva energianvandningen kan ersattas med solvarme eller ca 1-2 MWh till ett varde av 5-1 kkr per sasong tor ett normalt utomhusbad med 1 m 2 bassangyta. Aterbetalningstider pa 5-1 Ar ar realistiska tor denna systemtyp. Har har forutsatts att andra lonsamma energibesparande Atgarder sasom bassangtackning inforts fore dimensioneringen av solvarmeanlaggningen. Driftkostnaden for en solvarmeanlaggning ar mycket IAg om anlaggningen utformas ratt med val utprovade komponenter. Pumparbetet kan t ex nedbringas till nagra procent av energiutbytet. Livslangden pa komponenterna, speciellt solfangarna, ar helt avgorande for ekonomin. I dag borjar det finnas solfangare som varit i drift mer an 1 O Ar. Slutsatser kan darfor dras om vilka konstruktioner som ar lampliga. Typprovning av nya solfangare utgor ocksa en garanti for att undermaliga produkter inte kommer ut pa marknaden.

3 ci::: u.l r:o ci:::,8 ::;s,6 f-< u.l ::::> j,4 > <!.'....l,2 u.l ' I r BASSANGDJUP [m]. 3 4 Figur 3. Absorbtion av sol/jus i vatten vid olika bassangdjup. Solhojden har an tag its till 45"'. /dealt vitt kakel med 1% reflektans har antagits for bassanginkladnaden. En viss forlust av solljus uppstar i vattenytan genom reflektion specie/it vid laga solhojder. Detta har dock inte beaktats har. 15 a ;::J * N 6 '-' 1 ci::: - 5 ci::: u.l Vattenytan,5 1,5 vaglangd [um] 2 2,5 3 Figur 4. Absorbtion av solljus som funktion av vaglangd och vag genom vattnet. Blatt och grant /jus nar mycket djupt medan liingre vaglangder absorberas snabbt.

4 KOMPONENTER Solfangare Det finns ett flertal solfangartyper sasom oglasade och glasade, plana solfangare, vakuumsolfangare och koncentrerande. For badbassanger ar det oglasade och plana solfangare som anvands mest pa grund av de mycket laga temperaturkraven. Valet av solfangare paverkas framst av om det ar fraga om utomhusbad eller ett kombinerat bad med bade inomhusbad och utomhusbad. Oglasade solfangare ar lampligast for utomhusbad eftersom utbytet utanfor badsasongen maj-augusti ar mycket lagt. Glasade solfangare ar lampligast for kombinerade bad dar varmeproduktionen under var och host kan utnyttjas effektivt. Ovanstaende slutsater galler i princip over hela norden men ar baserade pa berakningar for Lund, Stockholm och Umea. Den viktigaste klimatfaktorn geografiskt har visa! sig vara vindhastigheten nast efter solinstralningen. I Umea liksom stora delar av Norrland kompenseras den nagot lagre instralningen av att vindhastigheten ar lagre i medeltal. Delta galler ocksa vid jamforelse mellan inlands- och kustklimat. Lokala laeffekter fran t ex skog, buskar och hus paverkar dock mera i det enskilda fallet. Bassangtackning En mycket stor andel av varmeforlusterna fran en bassang sker fran valtenytan. Genom overtackning av vattenytan kan forlusterna reduceras kraftigt utanfor oppettid. En reduktion av energiforbrukningen av storleksordningen 4% kan forvantas. Flera typer av bassangtackningsmaterial finns tillgangliga. Enkla plastfolier, dubbla plastfolier med isolerande luftskikt emellan eller cellplast med slutna celler. Dessa folier kan vara genomskinliga. En genomskinlig bassangtackning utnyltjar solinstralningen direkt mot bassangytan effektivare men bara utanfor oppettid varfor inverkan pa den totala energianvandningen ar begransad. Den viktigaste funktionen for en bassangtackning ar att minska avdunstningsforlusterna. Det ar darfor viktigt alt den ar utformad sa alt det inte star kvar vatten pa oversidan efter utrullning eller efter regn. Avdunstningen fran dessa ovanliggande vattenytor kyler da bassangen nastan lika effektivt som om man inte haft nagon bassangtackning. Det ar viktigt att tanka pa sakerhetsaspekter eftersom en bassangtackning normal! inte bar en manniska. Del ar givetvis livsfarligt alt simma eller ramla ner under en bassangtackning. Reglerutrustning Reglerutrustningen ska se till alt det ar flode genom solfangaren bara nar det finns en positiv neltoeffekt tillganglig fran soltangarna, inberaknat rorforluster och pumpenergi. En differentialtermostat som startar flodet vid positiv temperaturskillnad mellan bassangtemperaturen och temperaturen vid solfangarens utlopp klarar delta utmarkt. Vid de forhallandevis hoga floden som tillampas kravs dock en noggrannhet av ca ±,5 C i temperaturdifferens. En startdifferens pa omkring 2-3 C och en stoppdifferens pa,5-1 C maste kunna stallas in for att undvika oscillation och ta hansyn till pumparbete och rorforluster. Givaren for bassangtemperatur bor placeras nara inloppet till filterkretsen i god termisk kontakt med vattnet. Givaren i solfangaren bor placeras pa absorbatorn nara utloppet och i god termisk kontakt med utloppsflodet. Material For ett direktkopplat system ar det viktigt att materialet i vatskekanalerna i solfangarna tal bassangvattnet vid de aktuella temperaturerna. Polymermaterial sasom polypropylen, polyeten och EPDMgummi av ratt kvalitet klarar kraven bra medan metalliska material ar mindre lampade pa grund av korrosionsrisken. Koppar klarar kraven bra om man haller ph vardet over 7,2 och vattenhastigheten i kanalerna under 1,5 mis. Syrafast rostfrilt stal kan anvandas vid drifttemperaturer upp till ca 5-6 C. Aven for indirekta system bor man se upp med korrosion. Galvanisk korrosion kan uppsta om man blandar olika metaller i systemet och samtidigt har en viss syreinlackning i systemet. Polymermaterial maste vara av sadan kvalitet att de tal utomhusmiljo (kombinationen av UV-straining, fukt, temperatur) under tillrackligt lang tid.

5 DPsolt= Tryckfall i solfngarabsorbatorn DPretur= Tryckfall i returledningen frn solfngare till bassangen. [Pa] [Pa] med solrnngaren placerad lagre an bassangen: (Hpool-Hsolt)=(Pin-DPsolf-DPretur)/g g (ekvation 2) g(hso11-hpoo1)=statisk tryckskillnad mellan [Pa] solfngare och vattenytan i bassangen. I figur 5 ar timten hojdskillnad begransad. Enligt ekvation (1) blir den maximal! tilltna hojdskillnaden Vid tryckgransen Pin=,8 bar och utan cirkulation ar den maximala hojdskillnad mellan bassangyta och solfngare ca tta meter enligt ekvation (1 ). Vid cirkulation blir den maximalt tilltna hojdskillnaden lagre. v Hsolf \ Pin Y' Hpool :...,:_-_-_-.=-_-...::-_-_-_:_-_-_-...::-_-_- -_-_-_----=-...::-...: :-_-----_:-_ = _-_ ::-_-_ =-_-_-----_- Figur 5. Solfclngaren ar placerad lagre an bassangytan. Tillclten nivclskillnad ar begransad. Hsolf \ Pin -H P_o_o_I J I figur 6 ar hojdskillnaden (Hso1t-Hpoo1} mycket liten och Pin bestams i torsta hand av tryckfallet i solfclngare och returledning enligt ekvation (1 ). Returledningens langd och diameter mclste dcl avvagas tillsammans med tryckfallet i soltclngaren sa att inte Pin blir tor stor. v Hsolf / Pin '------l({f)----1 "V Hpool I tigur 7 Jigger soltclngaren hogre an bassangytan. Den statiska tryckskillnaden hjalper dcl till att reducera Pin sa att hogre trycktall kan accepteras i solfclngare och returledning, enligt ekvation (1).

6 Solfangarnas placering Placeringen av solfangarna kan valjas ganska fritt efter orienteringen pa tillgangliga tak- och marl<ytor. Lampliga vinklar tor optimal orientering av solfangarytan anges i nasta kapitel. Skuggning av solfangarna under driftsasongen bor undvikas sa mycket som mojligt. Som tumregel for skuggfrihet vid sommardrift kan anges att solfangarytan inte ska placeras narmare foremal i soder an ca 1,4 ganger toremalets hojd. At sydvast och sydost galler faktorn 1,8 och rakt at oster och vaster faktorn 4. Det ar viktigt att solfangarens utlopp och darmed temperaturgivaren for start och stopp av cirkulationspumpen i systemet hamnar pa en sa skuggfri plats som mojligt sa att reglersystemet far ratt information. For oglasade solfangare ar ett vindskyddat lage fordelaktigt. Oglasade solfangare kan med fordel placeras direkt pa marken eller mot en takyta eftersom baksidan pa absorbatorn da automatiskt vindskyddas. Prestanda for oglasade solfangare sammansatta av runda slangar ar nastan oberoende av underlagets lutning eftersom slangarnas solenergiupptagande yta ar nara konstant oavsett solhojd om slangarna breds ut vinkelratt mot lutningsriktningen. Tyvarr maste hansyn tas till eventuell skadegorelse pa solfangarna. En eventuell inhagnad av solfangarytan kan samtidigt utformas som vindskydd. Takplacering kan vara en fordel om inte taket ar latt tillgangligt via stegar eller dylikt. Vid takplacering bor vindlaster och snolaster beaktas. Eventuella takgenomforingar och infastningar maste utformas fackmassigt. Pump Solkrets Filter Viirmeviixlare Pump filterkrets Tillskottsvii rme -----_-_-: = Figur 11. lndirekt slutet system med expansionsktlrl. Expansionskiirl Pump Solkrets Drii neringskiirl Pump Filter Viirmeviixlare Pump filterkrets Tillskottsvii rme i =i= &---- == ::B:a:=n-;;:==== Tillskottsviirme ===[i:f== =----_-_-:.._-_-_-:: Viirmeviixlare Pump filterkrets Fig 12. lndirekt system med oppet expansions- ktirl pa hogsta punkten. Figur 1 o. lndirekt system med frys- och kokningsskydd genom drain back.

7 Klimatinverkan SolinstrAlningen ar givetvis den mest betydelsefulla klimatfaktorn. For utomhusbad med oglasade solfangare far dock vindforhallandena en mycket stor betydelse ocksa. Lagivande vegetation eller vindreducerande staket kan har rn mycket positiv inverkan. For perioden maj-augusti ar klimatvariationerna forvanansvart sma mellan Lund, Stockholm och Ume. VindforMllandena ar faktiskt den mest inflytelserika faktorn som gor att en utomhusbassang i UmeA drar nagot mindre energi an en i Stockholm forutsatt identisk laeffekt fran omgivningen. Varmevaxlare Skillnader i utbyte pa grund av systemtyp beror framst pa de temperaturforluster som uppstar i varmevaxlaren i ett indirekt system. For glasade solfangare har temperaturforluster mindre an 1 C Iiten betydelse. Oglasade solfangare ar mycket kansligare for drifttemperaturen och bor kopplas direkt till bassangen. Floden FIOdet i solfangarkretsen bor vara sa hogt som mojligt, cirka 1-2 l/min/m 2 for glasade solfangare och 2-4 l/min/m 2 tor oglasade solfangare. Speciellt viktigt ar detta for oglasade solfangare vars varmeutbyte har ett starkare temperaturberoende. Vid lika stor solfangaryta som bassangyta omsatts en normal bassang (1,5 m medeldjup) under 1-4 dygn. Endast sm energivinster kan uppns genom ytterligare okning av flodet speciellt om okningen i pumparbete beaktas. Lagre floden ger samre energiutbyte eftersom bassangen inte har nagon namnvard temperaturskiktning. SolfAngarens drifttemeperatur blir da onodigt hog. NAgra vinster med avancerad reglering av solkretsen finns inte att hamta i detta fall. Daremot kan till exempel tidsstyrning av tillskottsenergi vara en lonsam Atgard for att utnyttja differentierad eltaxa. Daremot ar det viktigt att reglerutrustningen har tillracklig noggrannhet for att styra p de IAga temperaturdifferenser som ar aktuella (,5-3 C). 45 N' _ _..c: 4 =.. -r-- Cl) :::> 35 (j :::> <!'. I 3 P.l 25 i:o r-- :::> Cl) c:j z Cl) :<!'. Cl) BASSANGTEMPERATUR (MINTEMPERATUR) [CJ GLASAD SOLFANGARE - OGLASAD SOLFANGARE Figur 14. Energiutbyte for glasad respektive oglasad solfangare till utomhusbad som funktion av solfangaryta och bassangtemperatur. Solfangarlutning 3(1>. Klimat Stockholm 1 m2 stor bassang.

8 Utomhusbassanger Det har i praktiken visat sig att det oftast drojer ca ett dygn innan besoksfrekvensen till ett utomhusbad gar upp igen efter en period med daligt vader. Under denna perioden hinner en solvarmeanlaggning tillsammans med passivt soltillskott varma upp bassangen igen till lagom temperatur. Mycket tillskottsvarme kan darfor sparas in om man!ater bassangtemperaturen svanga med klimatet istallet for att halla konstant temperatur. Solvarmeutbytet blir ocksa battre speciellt for oglasade solfangare eftersom de far arbeta vid lagre temperatur en stor del av tiden, se fig 16. Bygglov och byggnormer Byggnadslov kravs i allmanhet for en solvarmeanlaggning. I ovrigt maste foreskrifter foljas vad galler anslutning till vatten och avloppsnat (aktuellt vid uppfyllning/dranering av systemet). Anlaggningen maste vara genomtankt for hantering av frysskyddsvatskor typ glykol vid eventuella reparationer m m. Aktuella normer for snolast och vindlast maste beaktas vid takforlaggning av solfangarna. SolfAngarna ar i sig sjalva ganska latta, ca 1-5 kg/m 2 jamfort med dimensionerande snolast, varfor befintliga tak oftast kan utnyttjas som uppstallningsyta utan problem. Dimensionering och tatning av forankringspunkter maste dock utforas professionellt. Ledningar som forlaggs i mark maste dimensioneras for att tala trafiklast i forekommande fall. Tomningsmojlighet maste finnas vid lfl.gpunkter over frostfritt djup. 45 N'. 4 w - 35 Cl) N 3 :::E - 25 w p... w z w 2 < -..,, I.. 1 GLAS utan tillskottsvarme 1 GLAS Q( 1LASAD utan tillskottsvarme -. OGLASAD' SOLFANGARYTA (VID LUTNING 3 GRADER) [m2] Figur 16. Skillnad i solfcjngarutbyte f6r utomhusbasstlng med och utan tillskottsvtlrme. Glasad re spektive oglasad solfcjngare. Det lir frlimst den oglasade solfcjngaren som 6kar i prestanda. 1 m2 stor bassling. Basslingyta 1 nf. SolfcJngarlutning 3(1>.

9 IDRIFTTAGNING Vid idrifttagning av direktcirkulationssystem ska man kontrollera normalflode i filterkrets och solfangarkrets, luftning, flodesfordelning i solrnngarna, eventuell dranerfunktion i solkretsen och reglersystemets funktion. Vid idrifttagning av indirekt system ska man kontrollera frysskyddsblandning och avluftning heist vid varmt system for att fa bort aven losta gaser. Vid koknings- och frysskydd genom dranering ska denna funktion kontrolleras. Temperaturer och floden pa Mda sidor om varmevaxlaren ska kontrolleras. Var torsiktig vid provtryckning av slutna system. SolfAngarna bor vara overtackta eller kontrollen utforas nar det ar morkt ute for alt undvika kokning i systemet eller missvisande tryckvarden pa grund av temperaturutvidgning. Kontrollera och reparera av eventuella skador under installationsarbetet. Kontrollera ocksa eventuella skador pa taktackning, hangrannor, vaggar, rorisolering m m. Dokumentera delta till besiktningen. Om entreprenor anlitas och arbetet utforts enligt AB 72 har man tva Ars garanti aven p "reparationer". Drift och underhalls instruktioner Systemet ska overlamnas till bestallaren i injusterat skick om det sker under driftsasongen i annat fall avstallt for vinterformllanden for alt undvika frysskador mm. Om solkretsen ar beroende av filterkretsens drift bor pump, reglering och flodet i filterkretsen kontrolleras tillsammans med agaren sa alt inte nagot misstorstand uppstar om systemets nya driftforutsaltningar. Drift och undermllsinstruktioner som overlamnas vid besiktningen skall erhalla funktionsbeskrivning, garantihandlingar for komponenter i systemet, instruktion om uppstartning, normaldrift, avstallning, frysskyddsatgarder, felsokning, manuell korning och underhallsrutiner for kretscheman for reglersystemet. lnstruktionerna bor vidare innehalla adress och telefon till entreprenorer och konsulter, jourtelefon, rorreparationer samt fabrikantbroschyrer. Kontrollera alt solvarmeanlaggningen verkligen omfaltas av forsakring. lnstruktionerna bor aven innemlla vissa sakerhetstoreskrifter t ex alt det kan vara mycket farligt alt stoppa eller strypa flodet i solkretsen under drift (kokningsrisk for glasade solfangare). Om frysskyddsmedel anvands i solkretsen bor en toreskrift monteras pa val synlig plats i systemet och informera om fabrikat, leverantor, blandningsformllande, utbytesintervaller, giftighet. En separat skylt bor ocks ge upplysningen om byggnadsr och installator. -- -

10