Preliminära Provningsresultat för sol- och pelletvärmesystem Framtaget inom projekten Biosol och SWX-Energi Systemet inlämnat av Svesol värmesystem / Solentek AB Provning genomförd vid SERC/Högskolan Dalarna Preliminär version December 21 Provningsresultat inom projekten SWX-energi som delfinansieras av Europeiska Unionen, Region Dalarna och Region Gävleborg och Integrerade system för bio- och solvärme som finansieras av Energimyndigheten, och, sol- och pelletbranschen.
Projektet Detta projekt genomförs vid SERC/Högskolan Dalarna och SP Energiteknik med Jan-Olov Dalenbäck vid Chalmers Universitet. Projektägare är Region Gävleborg och Svensk Solenergi. Projektet har finansierats av bl.a deltagande företag, Energimyndigheten och Europeiska regionala utvecklingsfonden m.fl. Projektet syftar bl.a. till att utveckla en provningsmetod för att kvalitetssäkra sol- och pelletvärmesystem för villamarknaden. Systemtestet skall ge ett mått på systemverkningsgraden och hur väl de olika komponenterna fungerar under verklighetstrogen drift i förhållande till ett referenssystem och andra testade system. Då dessa tester genomförts i ett projekt som avser att utveckla testmetoden har inte alla system testats under exakt samma förhållanden vilket innebär att resultaten inte är helt jämförbara mellan de olika systemen som har testats. Systemtestet Systemtestet består av en totalt åtta dagars testsekvens (192 timmar) varav de två första två dygnen syftar till att balansera systemet så att systemet uppnår realistiska driftsförhållanden. Varmvattentappningar görs under denna period som visar ev begränsningar i systemets varmvattenkomfort under vinterdrift utan tillgänglig solvärme. Under de följande sex dygnen i testsekvensen utvärderas energibalansen vilken redovisas i denna provningsrapport. Tabell 1 visar lasten för de sex dygnen. Sekvensen består av två vinterdagar, två vår/höstdagar och två sommardagar (se figur 1). Efter sexdagarssekvensens slut görs en varmvattentappning vid,3 l/s som startar samtidigt som brännaren startar, vilket innebär att tappningen sker när tanken är som mest urladdad. Tabell 1. Testförutsättningar för de sex dygnen. Värmelast 218,5 kwh Maximal effekt uppvärmningsbehov 5, kw Tappvarmvattenlast 48,2 kwh Maximal effekt VV-last 36,3 kw Största enskilda tappning 5,44 kwh Solinstrålning mot solfångaren (45º lutning) 19,2 kwh/m2 Medeltemperatur utomhus 8,8 ºC Systemet testat hos SERC/Högskolan Dalarna Värmeavgivning till pannrummet från ackumulatortank och panna räknas inte in i värmelasten och räknas därför som värmeförluster, liksom förluster genom skorstenen och är inte del av värmelasten. för pelletkaminer som avses att placeras i bostadsutrymmet räknas värmeavgivningen till rumsluften som nyttig värme under förutsättning att andelen värme till rumsluften inte överstiger 25% av total avgiven värme. Under de två sommardagarna (dag 4 och 5) är pelletbrännaren avslagen. En el-patron används som tillsatsvärmekälla.
Effekt (W) Temperatur (C) Den uppmätta energibalansen för de sex dygnen korrigeras schablonmässigt för eventuella avvikelser i värmelasten mot önskad last. Korrigering görs också för skillnaden i laddstatus vid början och slutet av sexdagarssekvensen. För mer detaljerade uppgifter om testet hänvisas till projektets slutrapport. 35 3 25 Radiatorlast Solinstrålning 1m2 Varmvatten Utetemp 25 2 15 2 1 15 1 5 5-5 48 Dag 1 72 Dag 2 96 Dag 3 12 Dag 4 144 Dag 5 168 Dag 6 192 Figur 1. Värme och varmvattenlast, utetemperatur samt solinstrålning mot 1 m 2 solfångare. -1 Beskrivnig av det testade systemet Det testade systemet har levererats av Svesol värmesystem / Solentek AB och är uppbyggt kring en ackumulatortank på 75 liter och en vattenmantlad pelletkamin. Varmvatten bereds i en extern plattvärmeväxlare (tappvattenautomat). Även solvärmen laddas in till tanken via en extern plattvärmeväxlare och ett ventilkoppel styr om övre eller nedre delen av tanken laddas. Flödet varieras i solkretsen för att uppnå optimal laddtemperatur Solfångaren är en plan glasad solfångare. För specifikation av systemet, se Tabell 2. Tabell 2. Data för det testade systemet System levererat av Svesol värmesystem / Solentek AB Typ av system Vattenmantlad kamin kopplad mot solvärmd ackumulatortank Fabrikat Pelletkamin EVO AQA Kaminens vattenvolym 2 liter Styrning kamin ON/OFF tanktemperatur, två givare i tanken Ackumulatortank? Tankvolym 75 liter Varmvattenberedning Tappvattenautomat (plattvärmeväxlare) Radiatorshunt Bivalent shunt Fabrikat solfångare L2 AR Typ av solfångare Plan Aperturyta solf 9.44 m 2 Årsutbyte enligt testprotokoll 525 kwh/(m 2,år) Solfångarregulator? Solvärmekoppel Plattvärmeväxlare med ventiler för laddning i två nivåer
Effekt (W) Temperatur (C) Provningsresultat Provningsresultaten redovisas i Tabell 3 och de relateras till ett referenssystem som utgörs av en kombipanna och ett teoretiskt system som är möjlig mål för denna typ av system. Det som är tydligt för denna typ av system är att besparingen i pellet blir mycket större än solvärmetillskottet. Det beror på att en traditionell pelletpanna måste vara i drift under hela sommaren, vilket innebär stora värmeförluster till skorsten och pannrum. Genom att kombinera med solvärme täcker solvärmen hela värmebehovet under sommaren och även värmeförluster från ackumulatortanken under sommarperioden. Pannan/kaminen behöver endast användas under vinterhalvåret då värmebehovet är högre vilket ger bättre arbetsförhållanden för pannan med betydligt högre årsverkningsgrad. Systemverkningsgraden beräknades till 96,8% och energibetyget är preliminärt B enligt den skala som definierats inom projektet. Pelletförbrukningen är avsevärt mycket lägre än för referenssystemet och ingen el till el-patronen behövs. Detta visar att systemet i princip fungerar bra och genererar en reell energibesparing. Systemet har fungerat mycket bra under testperioden vilket syns bl.a. på de låga utsläppen av CO och att antalet start/stop för kaminen är relativt få jämfört med referenssystemet. Kaminens verkningsgrad är hög (86%) under 6-dagarssekvensen och andelen värme till vattenkretsen är nästan lika hög under 6-dagarssekvensen som under stationär drift vilket tyder på att kaminen har goda driftsförhållanden med tillräckligt långa gångtider. Varmvattenkapaciteten är mycket hög då 1,6 kwh utgör 3 liter 4-gradigt varmvatten, vilket motsvarar två standardbadkar. 35 3 25 2 15 Varmvatten Radiator Kamin Solvärme Solinstrålning 1m2 Utetemp 25 2 15 1 5 1 5-5 48 Dag 1 72 Dag 2 96 Dag 3 12 Dag 4 144 Dag 5 168 Dag 6 192 Figur 2. Drift av pelletkamin, värme och varmvattenlast samt tillgänglig solenergi och insamlad solvärme för det provade systemet Värmeförlusterna från ackumulatortanken är inte höga i en jämförelse med vad som är vanligt på marknaden, men något höga jämfört med vad som är teoretiskt möjligt. För att ytterligare effektivisera systemet kan det rekommenderas att åtgärder vidtas för att minska värmeförluster via köldbryggor i anslutande rörledningar. Solvärmekretsen arbetar enligt en princip att om möjligt ladda övre delen av tanken i första hand. Detta leder i vissa driftsfall till högre driftstemperatur av solfångaren men samtidigt att användbart varmvatten produceras istället för enbart förvärmning. Undersökningen ger inget svar på om denna laddningsstrategi är optimal, men det kan vara värt att analysera om -1
driftsstrategin är optimal under perioder då det normalt ändå behövs tillsatsvärme från kaminen. Tabell 3. Provningsresultat för sexdagarstestet för det testade systemet samt ett referenssystem med enbart pelletpanna och ett teoretiskt system som utgör en teoretiskt maximal potential Referenssystem Testat system Teoretiskt system Systemverkningsgrad 64,3 96,8 18,6 % Energimärkning (A till E, där A är bäst) E B A Pannverkningsgrad sekvens 65,8 86,1 9 % Pannverkningsgrad stationär 9, % Solandel (solar Fraction) - 25,7 3 % - Energianvändning Pellets 4,7 246,3 233, kwh Pellets korr 41,2 259,8 233, kwh el-patron,,, kwh Övrig el till brännare, pumpar och regulator 5,4 6,3 5, kwh Last Radiatorlast 218,6 169,4 kwh Rums-last 37,3 kwh Tappvarmvatten 47,8 48,4 kwh Totalt (önskad last = 266,7 kwh) 266,3 255,1 266,7 kwh Övrigt Sol till tank 68,6 8, kwh Medeltemp solfångare - 5,3 C Utbyte extrapolerat till helår - 442 487 kwh/m2,år Värme till Skorsten 93,3 34,2 kwh Energi från kamin till tank - 174,9 kwh Kamin, andel till vatten under 6-dygn - 82,4 % KAmin, andel till vatten stationär period - 85, % Laddstatus timme 48 15,8 22,6 kwh Energiinnehåll i pannan och tanken timme 192 13,2 17,2 kwh Ändring intern energi timme 48 till 192-2,6-5,5 kwh Beräknad förlusteffekt tank under 8 dygn 37 216 12 Watt Uppmätt UA-värde tank (separat prov) - 4,9 W/K Kapacitet VV temp 5-6 grader Ja Ja Antal tappningar med temp under 4ºC 4 st st
VV kapacitetsbrist (initieringsperiod) Ja Nej Varmvattenkapacitet tills VV-temp mindre än 4ºC - 1,6 kwh Emissioner C-utsläpp 6 dygn 766 176 g Medelkoncentration CO 218 34 ppm N-utsläpp 6 dygn 89 57 g Medelkoncentration NO 16 11 ppm Antal start/stop brännare 57 21 st Definitioner Nr, Nyckeltal Beskrivning Ekvation Systemets totala verkningsgrad, last Systemverkningsgrad [%] 1 genom köpt energi (kan alltså bli (pannsystem) över 1 %) 2 Systemverkningsgrad [%] (kaminsystem) 3 Pannverkningsgrad [%] 4 Kaminverkningsgrad [%] 5 Solandel Beteckning Q Energi [kwh] G Instrålning, global [kwh/m 2 ] F Andel η Verkningsgrad Systemets totala verkningsgrad, last genom köpt energi (kan alltså bli över 1 %) Pannans värme till tanken genom energiinnehåll i förbrukad pellets Kaminens värme till tanken och rummet genom energiinnehåll i förbrukad pellets Andel solvärme baserat på värmelasten η sys = (Q rad +Q DHW +Q bal )/ (Q pell +Q el 2,5) η sys = (Q rad +Q DHW +Q kam,rum +Q bal )/ (Q pell +Q el 2,5) η panna = Q pann,tank / Q pell η kamin = (Q kam,tank +Q kam,rum )/ Q pell F sol = Q sol / (Q rad + Q DHW ) Index sys pell rad rum DHW pann kam tank el sol bal System Pellets Radiator Rum Tappvarmvatten Panna Kamin Tank El till pumpar och el-patron Solfångare balans, kompensering för lagrad energi i systemet