Solvärmesystem för småhus

Transkript

1 Solvärmesystem för småhus Kursmaterial för installatörer Kursmaterialet uppdaterades i samarbete mellan SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut och Svensk Solenergi i september 2010 och är för närvarande, i februari 2012, under förnyad revidering. Kontakt hos SP är Peter Kovács, E-post peter.kovacs@sp.se, tel Kontakt hos Svensk Solenergi är Jan-Olof Dalenbäck, E-post Jan-Olof.Dalenback@chalmers.se, tel

2 1

3 2

4 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

5 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

6 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. 5

7 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 % 6

8 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. 7

9 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. 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. 8

10 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. 9

11 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. 10

12 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 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. 11

13 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 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 12

14 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 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 13

15 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 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 14

16 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. 15

17 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. 16

18 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

19 290 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 18

20 m2 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 19