kombinerede solvarme- og …€¦ · m1 t4h t4l stoker t1h t1l m2 t2h t2l m3 t3h t3l 500 l m4 160...
TRANSCRIPT
KOMBINEREDE SOLVARME- OGBIOBRÆNDSELSANLÆG Analyser og forslag til design
December 2000
ENERGY SUPPLY TRANSFER, STORAGE, CONTROL AND DISTRIBUTION LOAD
M1
T4H
T4L
Stoker
T1H
T1L
M2T2H
T2L
M3T3H
T3L
500 l
M4
160 l
KOMBINEREDE SOLVARME- OG BIOBRÆNDSELSANLÆG Analyser og forslag til design
EnergistyrelsenJournalnr.: 51181/97-0062December 2000
Udgivelse og tryk: Teknologisk Institut, EnergiKongsvang Allé 29, 8000 Århus CTlf.: 7220 1200
SEC-R-13ISBN-nr.: 87-7756-603-3ISSN: 1600-3780
KOMBINEREDE SOLVARME- OGBIOBRÆNDSELSANLÆG Analyser og forslag til design
EnergistyrelsenJ.nr. 51181/97-0062
December 2000
Projektmedarbejdere:
Klaus Ellehauge, Teknologisk Institut, SolEnergiCentretArne Sæbye, Teknologisk Institut, Biobrændsler
Teknologisk InstitutEnergidivisionenKongsvang Allé 298000 Århus CTlf.: 7220 1200
1
ForordProjektet Kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg er udført under Energistyrel-sens udviklingsprogram for vedvarende energi (UVE) i perioden fra d. 1. januar 1998 –1. oktober 2000 (j.nr. 51181/97-0062).
Formålet med projektet har været at designe forslag til et moderne effektivt opvarm-ningssystem baseret på solvarme og biobrændsler, idet der især er lagt vægt på anlæg tilenfamiliehuse.
I samme periode er følgende projekt udført ”Måling på enkeltgodkendte solvarmeanlægi kombination med biobrændselskedler”. I dette projekt er i alt 12 kombinerede solvar-me- og biobrændselsanlæg blevet inspicerede, og der er endvidere blevet foretaget må-linger på 3 af disse anlæg, således at det har været muligt at vurdere installationspraksis,virkemåde, ydelser, effektiviteter og årsvirkningsgrader (ref. 1).
De indhøstede erfaringer i måleprojektet er blevet brugt i nærværende projekt.
Projektets målgruppe er fabrikanter af solvarmeanlæg og biobrændselskedler samt in-stallatører og brugere.
Projektet er udført i samarbejde mellem SolenergiCentret og Prøvestationen for mindreBiobrændselskedler på Teknologisk Institut.
2
3
ResumeRapporten omhandler design af integrerede opvarmningssystemer baseret på solvarmeog biobrændselsanlæg.
Der er set på kombinationen af solvarme og brændekedel og på kombinationen af sol-varme og træpillefyr (med stoker).
Enkelte erfaringer med kombinationen haves herhjemme bl.a. fra projektet ”Måling påenkeltgodkendte solvarmeanlæg i kombination med biobrændselskedler”.
I rapporten er der vist systemløsninger fra det hjemlige og det udenlandske marked.
Endvidere er de mest interessante systemløsninger blevet vurderet ved simuleringer afydelser, størrelser m.m., og der er udført overslag over økonomien.
Det er vurderet, at et interessant system i kombination med en brændekedel er et anlæg,der benytter fælles lager for solvarmen og brændekedelen samt har en god solvarme-dækning af husets varmeforbrug (herunder rumvarmen) i sommerhalvåret.
Ved et sådant system kan solvarmen bevirke, at brændekedlen kun skal benyttes megetlidt eller slet ikke i sommerperioden. Endvidere kan solvarmedelen opføres uden væ-sentlig forringelse af det samlede anlægs rentabilitet.
For træpillefyret er det vurderet, at der ikke er behov for at lagre varme fra stokeren,men derimod at solvarmeanlægget bevirker, at dette kan slukkes i sommermånederne.I kombinationen med træpillefyret vil solvarmeanlægget ofte kunne opføres med enfornuftig rentabilitet.
Der er endvidere redegjort for specielle driftsproblemer i forbindelse med anlægstypen(kogning i solfangerkreds, returtemperaturer fra radiatorer m.m.), og der er udført speci-fikationer for et anlæg med brændekedel.
Endelig omtales en påbegyndt produktion af anlægstypen på Samsø.
4
5
IndholdFORORD.....................................................................................................................................................1
RESUME.....................................................................................................................................................3
INDHOLD...................................................................................................................................................5
1 PROBLEMSTILLING/INDLEDNING..............................................................................................61.1 KONKLUSIONER FRA PROJEKTET: MÅLING PÅ ENKELTGODKENDTE SOLVARMEANLÆG I
KOMBINATION MED BIOBRÆNDSELSKEDLER ...................................................................................81.2 PROJEKTBESKRIVELSE.....................................................................................................................91.3 KONKLUSIONER ............................................................................................................................12
1.3.1 Sol/brændekedel ..................................................................................................................121.3.2 Sol/biostoker........................................................................................................................12
2 SOL/BRÆNDEKEDELDESIGN PÅ MARKEDET I DANMARK OG I UDLANDET..............132.1 DANSKE ANLÆG............................................................................................................................132.2 UDENLANDSKE ANLÆG .................................................................................................................162.3 VURDERING AF ANLÆGSTYPER FOR KOMBINATION MED BRÆNDEKEDEL ......................................19
3 SOL/BIOSTOKERDESIGN PÅ MARKEDET I DANMARK OG I UDLANDET......................213.1 ANLÆG I DANMARK......................................................................................................................213.2 ANLÆG I UDLANDET......................................................................................................................233.3 VURDERING AF ANLÆGSTYPER FOR KOMBINATION MED BIOSTOKER ............................................24
4 BEREGNINGSMÆSSIG VURDERING OG OPTIMERING AF DESIGN –SOL/BRÆNDEKEDEL .....................................................................................................................254.1 SPECIFIKATIONER..........................................................................................................................254.2 SIMULERINGER..............................................................................................................................26
4.2.1 Ydelser af Østrig A ..............................................................................................................264.2.2 Østrig B ...............................................................................................................................32
4.3 SEPARAT SOLVARME-BRUGSVANDSANLÆG OG KEDEL MED BIOLAGER .........................................334.4 ØKONOMISK VURDERING ..............................................................................................................334.5 KONKLUSIONER SOL/BRÆNDEKEDEL ............................................................................................35
5 BEREGNINGSMÆSSIG VURDERING OG OPTIMERING AF DESIGN – SOL/BIOSTOKER .........................................................................................................................375.1 SPECIFIKATIONER - SOLVARME/TRÆPILLEFYR..............................................................................375.2 SIMULERINGER..............................................................................................................................385.3 SOLVARMEANLÆG KUN TIL BRUGSVAND ......................................................................................425.4 ØKONOMISK VURDERING ..............................................................................................................425.5 KONKLUSIONER SOL/TRÆPILLEFYR...............................................................................................44
6 DRIFTSPROBLEMER......................................................................................................................456.1 KOGNING I SOLFANGERKREDS.......................................................................................................456.2 RETURTEMPERATUR......................................................................................................................466.3 OPBLANDING I TANK .....................................................................................................................47
7 AVANCERET STYRING..................................................................................................................517.1 SOLVARMEANLÆG I KOMBINATION MED BRÆNDEKEDEL ..............................................................517.2 SOLVARMEANLÆG I KOMBINATION MED TRÆPILLEFYR ................................................................52
6
8 FORSLAG TIL KOMPONENTER ..................................................................................................558.1 SOL/BRÆNDEKEDEL ......................................................................................................................558.2 SOLVARME/TRÆPILLEFYR .............................................................................................................59
8.2.1 Separat solvarmeanlæg og træpillefyr ................................................................................598.2.2 Solvarme- rumvarmeanlæg i kombination med træpillefyr .................................................60
9 VIDEREUDVIKLING – SAMSØ .....................................................................................................619.1 ANLÆGSINSTALLATION SAMSØ ....................................................................................................619.2 PRODUKTION AF ANLÆG PÅ SAMSØ ..............................................................................................63
REFERENCER ........................................................................................................................................64
SYMBOLER .............................................................................................................................................68
BILAG 1: EMGP3 BEREGNINGSFORUDSÆTNINGER .................................................................70
BILAG 2: REFERENCEHUS .................................................................................................................72
7
1 Problemstilling/indledningHovedparten af mindre fyringsanlæg til biomasse installeres i område 4, og de er om-fattet af “Standardtilskud til vedvarende energi”. Der er p.t. siden opstarten i juni 1995installeret over 13.000 anlæg med tilskud. Hertil kommer skønsmæssigt yderligere ca.5.000 – 10.000 anlæg, som er installeret uden tilskud.
Til trods for en ofte ganske simpel opbygning kan de fleste biobrændselsanlæg opnå envirkningsgrad på 80-90% og en CO-emission på ca. 100 ppm. En betingelse for at opnådisse gode resultater er imidlertid, at ydelsen ligger tæt på anlæggets nominelle ydelse.
I langt den største del af året vil effektbehovet imidlertid være meget lavere. En beting-else for at opnå tilskud til et træpillefyr er, at det kan køre med en acceptabel effektivitetved ydelser ned til 30% af den nominelle ydelse.
Om sommeren og i overgangsperioden vil effektbehovet imidlertid typisk være mindreend 30% af den nominelle ydelse, og træpillefyret vil derfor køre med dårlig effektivi-tet og forhøjet miljøbelastning i disse perioder. Den bedste udnyttelse af et træpillefyrfås ofte, hvis dets nominelle effekt er på ca. 70% af husets dimensionerende effektbe-hov. Dette er imidlertid kun muligt, hvis den oprindelige energiforsyning (oliefyr m.m.)bibeholdes som supplement, og ofte vil selv de mindste kedler på markedet være forstore.
Et solvarmeanlæg i kombination med et træpillefyr vil kunne bevirke, at træpillefyretslukkes i de perioder, hvor det ellers kører med dårlig effektivitet.
En brændekedel bør altid udføres i kombination med en akkumuleringstank, og hvisdenne er rigtigt dimensioneret, vil brændeovnen altid kunne køre med god effektivitet.Om sommeren vil varmetabet fra akkumuleringstanken dog udgøre en stor del af varme-behovet og således forringe den samlede systemeffektivitet.
En kombination med brændekedel, lager og solvarme bevirker, at kedlen kan slukkes isommerperioden. Derved undgås perioder med dårlig systemeffektivitet, og man undgåri perioder besværet med at passe brændekedlen. Der er således gode grunde til, at der er- og har været - en stigende interesse for en kombination af biobrændsel og solvarme.
En ulempe er, at det er en kombination med to anlægstunge investeringer. En langt høj-ere integration af de to opvarmningsformer end der hidtil er set, kan forbedre kombina-tionen væsentligt både med hensyn til udnyttelse af sol, virkningsgrad af fyr samt an-lægspris, idet det vil være muligt at nedbringe marginalomkostningerne for investering-en i solvarmeanlægget. For at opnå maksimale fordele bør integrationen omfatte et fæl-les lager, optimering af komponentstørrelser, samt en fælles styringsstrategi af solvar-meanlæg, biobrændselskedel og varmeafsætning i huset bl.a. med henblik på bestem-melse af optimalt tidspunkt for indfyring i tanken.
8
I projektet ” Måling på enkeltgodkendte solvarmeanlæg i kombination med biobrænd-selskedler” er der ud fra godkendelsesoplysninger udvalgt 12 anlæg, som kombinererbiobrændselskedler og solvarme. Disse anlæg er blevet besigtiget, og på baggrund afinterview og teknisk gennemgang af anlæggene er der udvalgt 3 anlæg, hvor der er gen-nemført grundige målinger efter et fast måleprogram. Der er endvidere opsat målere pået fjerde anlæg til mere enkle målinger.
En kombineret løsning med solvarme og biobrændselskedel kan udføres med anvendel-se af en fælles lagertank, og i forbindelse med enkeltgodkendelserne for tilskud er derset flere nye udformninger af denne type anlæg. Nogle anvender f.eks. nye, utraditionel-le tanke, hvor også rumvarmen er tilsluttet.
Det anses for sandsynligt, at der er et stort potentiale for disse løsninger, og at kombina-tionen er god, hvis den udføres rigtigt. Den fælles udnyttelse af lagertank samt kobling-en af solvarmen til rumopvarmningen giver mulighed for en lavere anlægsinvesteringsammen med en forlænget sommerperiode, hvor kedlen kan slukkes. Dvs. nedbringelseaf perioden, hvor fyret skal passes, og hvor dets effektivitet er lav. Den fælles udnyttelseaf lagertanken kræver dog, at anlæg og styring udføres, så de to energikilder ikke bloke-rer for hinanden.
Kombinationen kan også udføres med separate løsninger for sol og biokedel. I ref. 2 erinstallationsvejledninger for denne type anlæg angivet.
I forbindelse med et bio-stokeranlæg er det ikke sikkert, at et fælles lager er en fordel,idet dette måske ikke indebærer fordele for stokeren. Dette skal derfor også undersøges iprojektet.
1.1 Konklusioner fra projektet: Måling på enkeltgodkendtesolvarmeanlæg i kombination med biobrændselskedler
Erfaringer og konklusioner er angivet i ref. 1, hvorfra følgende kan anføres:
• Besigtigelsen af de 12 udvalgte anlæg, der kombinerer solvarme og biobrændsels-kedler, har afsløret både veldesignede og velfungerende anlæg såvel som uhensigts-mæssige anlægsudforminger med dårligt fungerende anlæg til følge.
• Der er flere eksempler på anlæg, hvor de enkelte anlægskomponenter i form af sol-fangere, lagertank og kedel m.v. ikke er afpasset i forhold til hinanden og/eller i for-hold til det aktuelle forbrug. Desuden er isoleringsstandarden i hovedparten af de 12besigtigede anlæg utilstrækkelig eller af tilfældig karakter.
• Grundige målinger på tre af de 12 besigtigede anlæg over en måleperiode på næstenet år har for det første vist, at der var tale om tre vidt forskellige anlæg. Der var bl.a.betydelige forskelle vedrørende isoleringsstandard, forbrug, forbrugsmønstre, tem-peraturforhold, solvarmeydelser, antal dage om året, hvor biokedlen kunne holdesslukket, samt opfyringsmønster ved anvendelse af biokedlen.
9
• Et af de målte anlæg er et meget kompliceret anlæg, der er blevet opbygget, udbyg-get og justeret hen ad vejen. Det har resulteret i et svært gennemskueligt system meduforholdsmæssigt mange rørforbindelser og –tilslutninger og deraf følgende storevarmetab. Endvidere har uhensigtsmæssig udformning og håndtering af brugsvands-cirkulationen medvirket til en lav nettoydelse, og til at biobrændselskedlen måtteholdes i gang også om sommeren.
• Et andet af de målte anlæg, der er mere enkel i sin opbygning, er samtidig særdelesvelisoleret. Dette anlæg har trods anvendelse af to parallelt forbundne lagertanke(fremfor én stor) et meget begrænset varmetab.
• Det vurderes, at der uden for de fjernvarmeforsynede områder eksisterer en langrække anlæg, der på tilsvarende måde er blevet til hen ad vejen uden den store sansfor anlæggets overordnede funktion og betjeningsvenlighed.
• Det sidste af de grundigt målte anlæg har et automatisk stokerfyr, hvor de andre haren manuelt fyret kedel til brændestykker. Dette anlæg har haft en god solvarmeydel-se. I modsætning til de andre anlæg har der dog ikke været tale om at benytte lagerettil lagring af bioenergi, da anlægget kører sammen med en stoker. Dette har givetsolvarmeanlægget enklere driftsbetingelser. På biovarmesiden er anlægget imidlertidikke særligt hensigtsmæssigt udformet. Den anvendte kedel har en overkapacitet påca. 200% i forhold til det aktuelle behov på ca. 15 kW.
• Det har for alle tre anlæg vist sig, at returtemperaturerne fra radiatorerne har værethøje eller meget varierende, hvilket har forhøjet temperaturniveauet i solvarmean-lægget og dermed formindsket solfangernes ydelse. Et iagttaget fænomen har været,at manglende fyring i perioder har afkølet huset, hvorefter radiatorventiler ved denefterfølgende fyring har stået vidt åbne med deraf følgende højt flow og høje retur-temperaturer, samt nedbrydning af temperaturstratificering i lageret. Nedbrydningenaf stratificeringen har endvidere betydet, at det har taget længere tid at varme husetop.
Der er i rapporten for ovennævnte projekt endvidere angivet nogle retningslinier for in-stallation og udformning baseret på erfaringerne. Det er meningen, at disse erfaringerskal benyttes i nærværende projekt.
1.2 Projektbeskrivelse
Der designes et eller flere forslag til kombinerede løsninger:
• hvor der lægges vægt på at benytte den nyeste og mest hensigtsmæssige teknologiinden for solvarme, lagring og biobrændselskedler.
• hvor der lægges vægt på at optimere størrelsen af solfanger, lager og kedel m.m. iforhold til husets energibehov og forbrugsmønster.
10
• hvor der også lægges vægt på at beskrive en optimeret styringsstrategi for hele sys-temet (solvarmeanlæg, biobrændselsfyr og varmeafgivelse), således at lager og beg-ge energikilder udnyttes optimalt. For brændekedler kan styringsstrategien f.eks. an-give tid for fornyet indfyring ud fra måling af energiindholdet i tanken.
Designet udføres bl.a. ud fra EDB-simulering af mulige løsninger.
På baggrund af erfaringerne fra tidligere projekter er der specificeret følgende ønskerfor at opnå et solvarme-/biobrændselsanlæg, der fungerer bedre:
Solvarme/brændekedel
Et anlæg med brændekedel bør altid udføres med lager, således at kedlen kan brændeved optimal konstant effekt, når der fyres. Med et tilstrækkeligt lager kan der såledesogså opnås gode fyringsforhold for kedlen om sommeren.
Kombinationen med solvarme er således begrundet i, at solvarmen kan bevirke, at der iperioder ikke skal fyres op - altså mindre besvær.
Nogle få opfyringer om sommeren kan accepteres, da disse kan ske med god brændsels-økonomi.
• Solvarmen skal således i princippet dække hele sommeren, men ikke med 100% sik-kerhed. Endvidere skal anlægget have et solfangerareal, der er rentabelt og (idet derleveres varme til rumopvarmningen) samtidig skal være med til at udstrække perio-den, hvor opfyring ikke er nødvendig.
Endelig skal anlægget udformes således, at:
• kedeleffekt, lagerstørrelse, solfangerstørrelse samt forbrug passer sammen, og såle-des at anlægget sikrer bedst mulig håndtering og udnyttelse af temperaturniveauer.
• der sikres så lave returtemperaturer fra radiator- eller gulvvarmeanlægget sommuligt.
• brændekedlen skal være med iltmålerstyring og høj effektivitet ved de planlagtedriftsforhold.
11
Solvarme/træpillefyr
Træpillefyret vil i de fleste tilfælde om sommeren kun skulle levere til brugsvandet dvs.i mange tilfælde med moderne velisolerede installationer ikke mere end ca. 8 kWh/døgneller svarende til en middeleffekt på 0,3-0,4 kW.
Selvom det er en betingelse for tilskud, at træpillefyr afprøves til at have acceptabel ef-fektivitet på ydelser ned til 30% af den nominelle ydelse, vil træpillefyr i sommerperio-den ofte køre med ydelser under 30% med deraf følgende meget dårlig effektivitet.
Med et lager vil fyret kunne køre med højere effektivitet i perioder, men problemet er,at fyret normalt aldrig slukkes helt og derfor altid har et tomgangstab. (Der er dog kom-met enkelte træpillefyr på markedet, der selv kan slukke og tænde).
Det gælder således om, at træpillefyret slukkes helt i sommerperioden, og at optændingindimellem ikke er acceptabel, da denne er mere besværlig end ved brændekedler, og dabrugeren nok i mindre grad end ved brændekedler er indstillet på at passe fyret. Da sy-stemet nok ikke 100% kan baseres på solvarme om sommeren, vil det være nødvendigtmed el-backup til sommerperioder med meget lidt sol.
Det bør vurderes nærmere, hvad der sker i overgangsperioden, når fyret kører på laveffekt; om solvarmeanlægget bør gøres større for at undgå disse perioder, om der børvære en speciel pulsdrift m.v.
• Solvarmeanlægget evt. med el-backup skal således kunne klare hele sommerfor-bruget.
Det bør vurderes nærmere, hvad der sker i overgangsperioden, når fyret kører på laveffekt.
Det gælder endvidere her, at anlægget skal udformes således, at:
• kedeleffekt, lagerstørrelse, solfangerstørrelse samt forbrug passer sammen, ogsåledes at anlægget sikrer bedst mulig håndtering og udnyttelse af temperatur-niveauer.
• der sikres så lave returtemperaturer fra radiator- eller gulvvarmeanlægget sommuligt.
• træpillefyret skal være med iltmålerstyring og høj effektivitet ved de planlagtedriftsforhold.
12
1.3 Konklusioner
1.3.1 Sol/brændekedel
Ud fra gennemgang af forskellige systemopbygninger på markedet samt ved simulering-er af anlæg, er det vurderet, at der kan udføres en god kombination af et solvarmeanlægog en brændekedel for et enfamiliehus bestående af:
• ca. 12 m² solfanger• et fælles lager for solvarmen og brændekedlen på ca. 1200 liter • en varmeveksler eller separat varmtvandsbeholder for brugsvandsproduktion, samt• en brændekedel på 20 kW med iltmålerstyring.
Solvarmen vil kunne dække ca. 20 % af varmebehovet og betyde, at der ikke (eller kun isjældne tilfælde) skal fyres op om sommeren. Lagerbeholderstørrelsen på 1200 liter erden mindste størrelse, der er acceptabel og forudsætter, at kedlen i perioder med lavlastkun fyldes halvt.
Nærmere konklusioner vedrørende økonomi m.m. er angivet i afsnit 4.5, side 35. Så-fremt der konverteres fra f.eks. oliefyring, vil solvarmeanlægget kunne tilføjes udenvæsentlig forøgelse af tilbagebetalingstiden.
Særlige driftsproblemer for anlægstypen (f.eks. risiko for kogning i solfangerkredsen)kan løses som angivet i kapitel 6, side 45.
Specifikationer er angivet i afsnit 8.1, side 55.
En produktion af lagertanke baseret på anlægstypen er under opstart på Samsø.
1.3.2 Sol/biostoker
Det er vurderet, at der ikke er fordele ved at lagre varme fra stokeren om sommeren.
Derimod er det en fordel at udføre et solvarmeanlæg, der kan klare hele forsyningen omsommeren, idet stokeren kører med meget lav effektivitet i denne periode.
Udformningen af solvarmeanlægget afhænger af, om det skal levere varme til rumvar-men eller ej. I sidstnævnte tilfælde kan der benyttes et traditionelt solvarme- brugs-vandsanlæg. I førstnævnte tilfælde kan anlægget udføres som skitseret for brændekedlermen med mindre lager.
Nærmere konklusioner vedrørende økonomi m.m. er angivet i afsnit 5.5, side 44.
Såfremt der konverteres fra f.eks. oliefyring, vil solvarmeanlægget kunne tilføjes udenvæsentlig forøgelse af tilbagebetalingstiden.
13
2 Sol/brændekedeldesign på markedet i Danmark og iudlandet
2.1 Danske anlæg
I det følgende skal løsninger for kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg, sommarkedsføres i Danmark eller i udlandet, kort omtales.
I Danmark er det få eller ingen firmaer, der har udviklet færdige sammensætninger afbiobrændselsanlæg og solvarmeanlæg. I de fleste tilfælde er det således op til installa-tøren om at sammensætte den rigtige kombination.
Anlæg med separate lagre til sol og brænde
I mange tilfælde består en sammensat løsning af et separat solvarmeanlæg med brugs-vandsbeholder og et separat brændekedel-lageranlæg f.eks. som vist i figur 1.
Figur 1: Anlæg med separate lagre for sol og brænde.
14
Fordelene ved at have separate anlæg er, at der kan benyttes gennemprøvede standard-løsninger, som styringsmæssigt fungerer uafhængigt af hinanden.
Ulempen er, at løsningen måske er dyrere end en integreret løsning, samt at solvarme-anlægget ikke kan levere solvarme til rumopvarmningen og derved ikke udstrække peri-oden, hvor opfyring ikke er nødvendig. I ref. 2 er der angivet installationsvejledningerfor denne type anlæg.
Tank i tank
Det vides, at et enkelt kedelfirma markedsfører (og rådgiver om) lagertanke for kombi-nationen af brændekedel og solvarme (EB kedler). Det samme gælder for solvarmefir-maer som Aidt Miljø, Sol & Træ m.fl.
Løsningerne fra EB kedler og Aidt Miljø drejer sig om tank i tank lagre dvs. lagre medneddykket varmtvandsbeholder. Se figur 2.
Figur 2: "Tank i tank" anlæg.
I kombination med en brændekedel er en enkelt af tankene på det danske marked forlille, hvorfor anlægget sammensættes af flere tanke som vist på figuren. I udlandetfindes anlægstypen med større tanke.
ENERGY SUPPLY TRANSFER, STORAGE, CONTROL AND DISTRIBUTION LOAD
M1T1H
T1L
T4HM4
T4L
750 l
M3
T3LT3H
1000 l
T2H
M2
T2L
T2LT2L
15
Fordelen ved anlægstypen er, at den, hvis den kan udføres med én tank, formentligt kanudføres forholdsvist billigt.
Ulempen ved anlægstypen er, at der ofte ikke ses nogen særlig god temperaturlagdelingi tanken, idet det kolde brugsvand midt i tanken medvirker til at skabe omrøring i tank-en.
Sol & Træ
En anden løsning er løsningen fra Sol & Træ. Der er her tale om, at tre tanke kombine-res, som vist i figur 3.
Figur 3: Sol & Træ (fra ref. 3).
Sol/Lagertanken er på 500 liter og benyttes udelukkende som lager for solvarmen.
I løsningen fra Sol & Træ udføres solfangerkredsen med drain-back, og ofte benyttesden eksisterende varmtvandsbeholder.
Løsningen fra Sol & Træ er velgennemtænkt og fungerer godt, men det anses for enulempe, at der er tale om hele tre beholdere.
16
2.2 Udenlandske anlæg
Fra den danske deltagelse i IEA task 26 Combisystems er der opnået kendskab til enrække udenlandske anlæg, som er beskrevet i ref. 4.
Østrig A
Især i Østrig har man erfaringer med anlægskombinationen. En almindelig anlægstypeer vist i figur 4 (symbolliste er angivet efter kapitel 9).
Figur 4: Østrig A (fra ref. 4).
På figuren sker varmtvandstilberedningen i en varmtvandsbeholder, men anlægstypen erogså almindelig med en varmeveksler for varmtvandstilberedning.
I anlægstypen er det forsøgt at integrere lagring af både solvarme og varme fra brænde-kedlen samtidigt med, at der er benyttet standardkomponenter eller modifikationer afdisse.
Trevejsventilen i sekundærkredsen efter solfangerkredsen sender solvarmen til denøverste del af beholderen, hvis den er varmere end temperaturen her, ellers sendesvarmen til den nederste del.
17
Østrig B
En anden udformning er vist i figur 5.
Figur 5: Østrig B (fra ref. 4).
Også her benyttes standardkomponenter, og anlægget er opbygget således, at lager-tanken kan lukkes ned om sommeren, hvis der ikke er behov for rumvarme.
Sverige
I Sverige har man erfaringer med anlæg opbygget f.eks. som vist i figur 6.
Varmtvandsproduktionen sker i rør i lagertanken, og anlægget er således billigt at pro-ducere. Det har været diskuteret, om anlægstypen kan benyttes i områder med kalkhol-digt vand, idet der er stor risiko for, at kalken afsætter sig på indersiden af rørene og til-stopper disse. Der er tilsyneladende erfaringer med, at dette kan undgås også i områdermed kalkholdigt vand, hvorfor det eventuelt kunne være interessant at afprøve et sådantanlæg også i Danmark.
Et nyt produkt på det svenske marked er opbygget som vist i figur 7. Biostokeren er in-tegreret med akkumuleringstanken, således at den virker direkte på den øverste del afdenne. Systemet har tilsyneladende store fordele og kan således være et godt bud påfremtidens kombination af solvarmeanlæg og biostoker.
18
Figur 6: Sverige (ref. 4).
Figur 7: Sverige, integreret stoker og akkumuleringstank (ref. 12).
19
2.3 Vurdering af anlægstyper for kombination medbrændekedel
Af de oven for nævnte anlægstyper vurderes det især interessant at se nærmere på de toløsninger fra Østrig. Begge løsninger kan nemt opbygges i Danmark ud fra de fabrika-tionsmuligheder, der er for tanke m.v. i Danmark. Endvidere vil de kunne have en godlagdeling samt integreret lagring af sol- og biovarme. Endelig vides fra ref. 5, at ØstrigA har potentiale som et godt solvarme- rumvarmeanlæg.
"Tank i tank" løsningen har vanskeligt ved at opnå optimal lagdeling, og løsningen fraSol & Træ har i forbindelse med en brændekedel tre tanke, hvilket måske er fordyrende.
Den svenske løsning vurderes at være for risikabel at satse på i Danmark, før den er af-prøvet med hensyn til kalkudfældninger.
Der vil således blive arbejdet videre med at vurdere de to østrigske løsninger samt atsammenligne disse med en separat løsning bestående af et solvarmebrugsvandsanlæg oget separat biolager.
20
21
3 Sol/biostokerdesign på markedet i Danmark og iudlandet
3.1 Anlæg i Danmark
For sol/biostokeranlæg er spørgsmålet, om der er behov for lagring af biostokervarmen,samt om solvarmeanlægget skal kunne levere varme til rumopvarmningen.
Figur 8: Traditionelt brugsvands-solvarmeanlæg.
Figur 9: Solvarme-rumvarmeanlæg med veksler i solfangerkredsen.
22
Såfremt der hverken er behov for lagring af varme fra biostokeren eller behov for rum-varme om sommeren, vil en traditionel opbygning med et brugsvandssolvarmeanlægsom vist i figur 8 være den mest enkle løsning. Solvarmeanlægget skal være forsynetmed en elpatron, så brugsvandsopvarmningen kan klares 100% i sommermånederne.
Med et mindre rumvarmebehov om sommeren, men stadig uden behov for lagring afvarmen fra stokeren, vil den traditionelle solvarme-rumvarmeløsning med en varme-veksler i solfangerkredsen, som vist i figur 9, kunne anvendes. Rumvarmkredsen skal såom sommeren kunne omskiftes, således at flowet ikke går igennem biokedlen.
Med et rumvarmebehov om sommeren opnås den største sikkerhed for, at det ikke ernødvendigt at starte stokeren om sommeren, ved at solvarmeanlægget udføres således,at der kan lagres den varme, der benyttes til rumopvarmningen. Denne problematik ernærmere beskrevet i ref. 5.
I så fald vil løsningerne beskrevet i kapitel 2 kunne anvendes med mindre lagre (idet derikke lagres varme fra kedlen).
Endvidere kan et Sol & Træ anlæg uden ekstra lager (figur 10) være velegnet.
Figur 10: Sol & Træ anlæg til kombination med biostoker.
ENERGY SUPPLY TRANSFER, STORAGE, CONTROL AND DISTRIBUTION LOAD
M1
T4H
T4L
Stoker
T1H
T1L
M2T2H
T2L
M3T3H
T3L
500 l
M4
160 l
23
Såfremt der ikke behøves solvarme til rumopvarmningen om sommeren, kan et almind-eligt solvarmeanlæg kun til brugsvand og uden lagring af varmen fra stokeren være denbedste løsning.
3.2 Anlæg i udlandet
Velegnede anlægstyper kan være Østrig A (figur 4) som også har mulighed for at benyt-te lageret til lagring af biovarmen.
Såfremt der ikke skal ske lagring af biovarmen, men hvis der skal suppleres solvarme tilrumopvarmningen, så findes der i udlandet en række mere sofistikerede løsninger, hvorbestræbelserne har gået på at opnå god temperaturlagdeling m.m.
Om bestræbelserne er de ekstra produktionsomkostninger værd, er et spørgsmål, somendnu ikke er afklaret, men som behandles i IEA Task 26 (ref. 4).
Eksempler på sådanne anlæg er vist i figur 11 og figur 12.
Figur 11: Tyskland (Solvisanlæg).
24
Figur 12: Tyskland (Consolar).
3.3 Vurdering af anlægstyper for kombination med biostoker
Ved de videre vurderinger af kombinationen sol/biostoker vil det især være afgørende atafklare, om der er fordele ved at lagre biovarmen i et lager. Såfremt dette er tilfældet,vurderes anlæg som Østrig A (figur 4, side 16) og Østrig B (figur 5, side 17) at væreinteressante, og da det fra ref. 5 vides, at Østrig A har potentiale som et godt solvarmerumvarmeanlæg, kan dette også være interessant ved anlæg uden lagring af biovarmen.
Ligeledes er et anlæg fra Sol & Træ interessant samt naturligvis et separat solvarmebrugsvandsanlæg.
25
4 Beregningsmæssig vurdering og optimering afdesign – Sol/brændekedel
4.1 Specifikationer
Det har i projektet været diskuteret, hvilke krav, der skal stilles til en moderne kombina-tion af et solvarmeanlæg og en brændekedel. Neden for er givet de specifikationer, derer arbejdet videre med.
Systemet
Der arbejdes som nævnt i afsnit 2.3 videre med systemløsningerne Østrig A og Østrig Bsamt en separat løsning.
For komponenterne i systemet specificeres følgende:
Lager
Der skal være ca. 80 liter vand pr. kg brænde ofte svarende til ca. 20 liter vand pr. literbrændselsvolumen. Derudover skal der være tilstrækkelig lagerkapacitet for solvarmen.Ved simuleringer undersøges den optimale størrelse.
Solvarmeanlæg
Det forventes fra tidligere beregninger af rumvarmeanlæg, at en solfangerstørrelse mel-lem 10 og 15 m² vil være optimal med henblik på at opnå en lang periode med solvar-medækning og en acceptabel økonomi.
Brændekedel
For brændekedlen stilles krav om en så moderne teknologi som muligt. Dvs. følgendeskal være til stede eller være gældende:
• Iltmålerstyring• Højest effektivitet• Mindst mulig brændselsmagasin• Separat varmtvandsbeholder• Nem at rense
Centralvarmeanlæg
Der regnes med, at systemet skal installeres i et hus med moderne radiator eller gulv-varmesystem, og at dette indrettes, så det fungerer hensigtsmæssigt i forbindelse medanlægget.
26
Dvs. at følgende forudsættes i beregningerne:
• Tostrenget radiatorsystem• Fremløbstemperaturstyring med udeføler og shunt• Shunten styrer kedeltemperatur, så der er 90-95°C ud og 65-70°C ind til kedel• Returtemperaturbegrænser med termostat eller flowkontrol• Ved simuleringerne regnes med 60/40 system med radiatorfaktor 2.5, som er den
mindste, acceptable radiatorstørrelse for at få rimelig stor temperaturdifferens ogdermed rimelig udnyttelse af akkumuleringstankens akkumuleringsevne.
• Systemet skal også kunne benyttes ved gulvvarmeanlæg m.v.
Varmebehov
Der tages udgangspunkt i et typisk parcelhus på 150 m² med et varmebehov på 100kWh/år/m², dvs. ca. 15.000 kWh/år samt et brugsvandsforbrug på 160 liter 50°C varmtvand pr. døgn svarende til ca. 2.700 kWh/år.
4.2 Simuleringer
Der er med solvarmesimuleringsprogrammet EMGP3 udført simuleringer af anlægs-typerne Østrig A og Østrig B, som vist i figur 4 og figur 5. I bilag 1 og 2 er angivetnærmere specifikationer vedrørende EMGP3-beregningerne.
4.2.1 Ydelser af Østrig A
For de to anlægsudformninger er gennemregnet 3 forskellige solfangerstørrelser i for-hold til et lagervolumen af den store tank på 1500 liter.
I det følgende omtales beregningerne for Østrig A, medens beregningerne for Østrig Bomtales i afsnit 4.2.2.
I figur 13 er solfangerydelsen samt dækningsgraden og kedlens antal driftstimer omsommeren (maj/september) angivet som funktion af solfangerarealet.
27
Figur 13: Ydelser og kedlens driftstimer ved forskellige solfangerarealer (Østrig A og Østrig B).
Det ses af figuren, at et solfangerareal på 10-15 m² giver en rimelig ydelse pr. m² sol-fanger (260- 300 kWh/m²) og et lille antal driftstimer (og dermed opfyringer) af kedlenom sommeren. Endvidere opnås en rimelig dækningsgrad på 20-25% af husets samledeforbrug. Tidligere undersøgelser viser, at der for kombinerede anlæg generelt kan opnåsen optimal økonomi i området med 10-15 m² solfanger. I nærværende undersøgelse vur-deres anlæg i denne størrelsesorden også at være interessante, da de samtidig giver et sålille antal af kedlens driftstimer om sommeren, så det i praksis påregnes, at opfyring heltkan undgås, såfremt en lidt mindre brugsvandskomfort tolereres.
Der er i det følgende taget udgangspunkt i et solfangerareal på 12 m². I figur 14 ses re-sultatet af beregninger med 12 m² solfanger og varierende beholdervolumen. Beholder-voluminerne er givet i tabel 1. På figuren angiver de venstre kurver solydelsen, som an-givet på den venstre skala som funktion af solvolumenet (det volumen, der udelukkendeopvarmes af solvarme). De højre kurver angiver den nødvendige kedelydelse, som angi-vet på den højre skala og som funktion af det totale volumen.
Ydelse, Dækningsgrad, driftstid sommer
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 5 10 15 20
Solfangerareal m²
Soly
dels
e kW
h/m
² sol
fang
er p
r. år
0
20
40
60
80
100
120
140
Drif
tstim
er a
f ked
el o
m s
omm
eren
, sa
mt s
olva
rmed
ækn
ings
grad
i %
Solydelseanlæg A
Solydelseanlæg B
Driftstimersommer A
Driftstimersommer B
DækningsgradA
DækningsgradB
28
Figur 14: Solvarmeydelse og kedelydelse ved forskellig beholdervolumen.
Tabel 1: Beregningsforudsætninger for lager.
Beregning Totalvolumen (m³) Solvolumen (m³) Biovolumen (m³)a1 1,250 0,100 1,150a2 1,250 0,250 1,000a3 1,250 0,500 0,750b1 1,500 0,100 1,400b2 1,500 0,250 1,250b3 1,500 0,500 1,000c1 1,170 0,020 1,150c2 1,350 0,200 1,150c3 1,650 0,500 1,150d 1,200 0,150 1,050
Solydelse og kedelydelse 12 m² solfanger og forskellige størrelser lager
2900
3000
3100
3200
3300
3400
3500
3600
0 0,5 1 1,5 2Sollagervolumen og totalvolumen m³
Soly
dels
e kW
h/år
16500
17000
17500
18000
18500
19000
19500
Ked
elyd
else
kW
h/år Solydelse a
Solydelse bSolydelse cSolydelse dKedel aKedel bKedel cKedel d
29
I tabel 1 på foregående side henviser totalvolumen til lagerets samlede volumen, som ersammensat af den nederste del af lageret, som udelukkende opvarmes af solvarme (sol-volumen) og den øverste del, som opvarmes af biokedlen (biovolumen).
• Ved beregning a ses effekten af at forøge den solopvarmede volumen på bekostningaf den bioopvarmede volumen.
• Ved beregning b ses effekten af at forøge den solopvarmede volumen på bekostningaf det bioopvarmede volumen men ved et større totalvolumen end ved beregning a.
• Ved beregning c ses effekten af at øge solvolumenet ved et fastholdt biovolumen.
• Beregning d, er en beregning ved den volumen, der er arbejdet videre med.
Figur 15: Solydelse og driftstimer af kedlen om sommeren ved forskellig beholdervolumen.
I ovenstående figur 15 er kedlens antal driftstimer om sommeren vist ved de forskelligebeholdervoluminer, som angivet i tabel 1.
Det ses af figurerne, at en beholderstørrelse på 1200 liter, hvor de 150 liter i bunden re-serveres solvarmen, både har et rimeligt lille volumen men stadig stor solvarmeydelseog et lille antal opfyringer om sommeren. Det ses dog også, at solydelsen kan forøgesved større lagervolumen, men derimod kan antallet af driftstimer ikke formindskes. Derregnes derfor med, at det videre design udføres med denne størrelse.
Der er endvidere udført simuleringer for at undersøge betydningen af indløbsplacering,foranstaltninger til øget stratificering m.m.
Solydelse og driftstimer kedel om sommeren ved 12 m² solfanger og forskellige størrelser lager
29003000310032003300340035003600
0 0.2 0.4 0.6Sollagervolumen m³
Soly
dels
e kW
h/år
30405060708090100
Drif
tstim
er a
f ked
len
om
som
mer
enSolydelse aSolydelse bSolydelse cSolydelse dDriftstimer aDriftstimer bDriftstimer cDriftstimer d
30
For at undersøge betydningen af stratificeringsforanstaltninger for indløb fra solfanger-en er der udført simuleringer, hvor solvarmen indlægges i et, to eller tre niveauer i lag-eret, således at solvarmen tilføres i det lag, der så vidt muligt har samme temperatursom indløbet fra sekundærkredsen.
Det forventes, at jo flere indløbsniveauer, der kan vælges imellem, desto bedre kan stra-tificeringen opbygges, og des bedre vil ydelsen af solvarmeanlægget være.
Figur 16: Betydning af antal indløbsniveauer for solvarmen i tanken.
Resultaterne af simuleringerne fremgår af figur 16. Der er på figuren endvidere angiveten simulering, hvor solvarmen tilføres i toppen af beholderen, men hvor flowet i sol-fangerkredsen varieres således, at solfangertemperaturen er højere end 65°C, når sol-fangeren kører. På x-aksen er angivet beregningerne med henholdsvis et, to eller treindløbsniveauer, samt beregningen med variabelt flow i solfangerkredsen.
Figur 16 angiver solvarmeydelsen samt antallet af driftstimer for kedlen i sommerperi-oden. Det ses som forventet, at jo flere niveauer der er, des bedre bliver solvarmeydel-sen, og jo færre timer skal der køres med kedlen om sommeren.
Imidlertid er det overraskende, at der ikke er større forskel på beregningerne. En an-lægsudformning, hvor solvarmen lægges ind i to niveauer som forudsat i referenceud-formningen, må således være tilstrækkelig. Og en udformning, hvor solvarmen altidlægges ind i underste del af beholderen, kan overvejes, idet den ifølge beregningerneikke har en ydelse, der er meget dårligere.
Såfremt der udføres en udformning, hvor der tilstræbes indlæggelse af solvarme i flereniveauer, kan dette udføres med såkaldte ”stratifiers”, som er nogle rør med klapper,som anbringes i lageret, og som anbringer væsken i røret i det niveau i beholderen, somhar samme temperatur som den strømmende væske.
Betydning af antal indløbsniveauer for solvarm en i tanken
0500
10001500
2000250030003500
en to tre var
Soly
dels
e kW
h/år
0102030
40506070
Drif
tstim
er k
edel
som
mer
ydelsetim er
31
Figur 17: Betydning af udløbsniveau for radiatorkreds.
Rørene markedsføres i Tyskland af firmaet Solvis. Ydelsesmæssigt vil der formentligt(jf. beregningerne) ikke være den helt store fordel, men derfor er det ikke udelukket, atudformningen med hensyn til pris og pålidelighed kan betale sig.
Konklusionerne gælder for det beregnede solfangerareal, medens det ved mindre sol-fangerarealer formentligt bedre vil kunne betale sig at gøre noget ud af stratificeringen.
Beregningen med det varierende flow i solfangerkredsen har dårligere ydelse og er så-ledes ikke anbefalelsesværdig.
Det menes at være indlysende, at udtag til solfangerne skal ske fra beholderens lavesteniveau, samt at udtag til varmtvandsveksler skal ske fra beholderens top og gå retur tilbeholdens bund.
Placering af ud- og indtag til radiatorkreds skal formentlig ske i nogle mellemniveauerpå beholderen, men hvor er ikke helt indlysende.
Der er derfor yderligere foretaget simuleringer med forskellige ud- og indløbsniveauerfor radiatorkredsen.
Simuleringer, hvor udtaget er varieret, fremgår af figur 17. Betegnelserne på x-aksenhenviser til den lagnummerering, som er benyttet i beregningerne (se figur 32, side 70).
B e ty d n in g a f u d lø b s n iv e a u fo r rad ia to rk re d s
3 0 0 0
3 0 5 0
3 1 0 0
3 1 5 0
3 2 0 0
3 2 5 0
3 3 0 0
u d lø bla g 5 7
u d lø bla g 5 9
u d lø bla g 6 3
u d lø bla g 6 7
Soly
dels
e kW
h/år
3 8
4 0
4 2
4 4
4 6
4 8
5 0
5 2
5 4
Drif
tstim
er k
edel
som
mer
yd e lsetim e r
32
Det ses, at den optimale placering er mellem lag 59 og 63, dvs. ca. ¼ fra beholderenstop (med et volumen over udløbet på ca. 300 liter).
Figur 18: Betydning af indløbsniveau for radiatorkreds.
Simuleringer, hvor indløbet er varieret, fremgår af figur 18.
Det fremgår, at den optimale placering er ca. 1/8 af højden fra beholderens bund (med etvolumen under indløbet på ca. 150 liter), men at en placering ved bunden, således at derkan benyttes samme indløb som fra brugsvandsvarmeveksleren, kun er lidt dårligere.
4.2.2 Østrig B
I figur 13 (og figur 19) er endvidere angivet resultatet af beregninger af anlægsudform-ningen Østrig B, som vist i figur 5.
Ved at sammenligne kurverne for anlæg A og B ses, at der for de to anlæg ikke er væs-entlige forskelle i beregnet solvarmeydelse og solvarmedækningsgrad, idet anlæg A doger lidt dårligere ved små solfangerarealer (5m²), men en anelse bedre ved de større are-aler (10-15m²).
Til gengæld er anlæg A ved de gennemregnede størrelser bedst med hensyn til at mini-mere antallet af driftstimer for kedlen om sommeren.
Der er ikke udført yderligere simuleringer af anlæg B, idet det anses for sandsynligt, atden benyttede dimensionering af anlægget i beregningerne er nogenlunde optimal. Be-regningsforudsætninger m.m. fremgår i øvrigt af bilag 1 og 2.
Betydning af indløbsniveau for radiatorkreds
318031903200321032203230324032503260
indløb lag68
indløb lag72
indløb lag76
Soly
dels
e kW
h/år
474848484848494949
Drif
tstim
er k
edel
som
mer
ydelsetimer
33
4.3 Separat solvarme-brugsvandsanlæg og kedel medbiolager
I figur 19 er endvidere indtegnet beregninger for et anlæg med et separat solvarmeanlægkun til brugsvand og en brændekedel med et separat lager.
Det ses, at ved 5 m² solfanger er der ikke megen forskel på dette anlæg og de to andreanlæg Østrig A og Østrig B både med hensyn til ydelse, og hvor mange driftstimer ked-len har om sommeren.
Ved større arealer er det separate anlæg imidlertid klart dårligere.
Figur 19: Ydelse og driftstimer af kedel - sommer.
4.4 Økonomisk vurdering
Ved kombinationen af solvarme og brændekedel er det ofte ikke det økonomiske incita-ment, der er afgørende for valg af solvarme, men derimod den arbejdsbesparelse, derligger ved at etablere solvarme.
Ofte er det meget forskelligt, hvilken pris husejeren betaler for brænde. I nogle tilfældeer han endda selvforsynende og får således brænde gratis.
Ydelse, Dækningsgrad, driftstid sommer
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 5 10 15 20
Solfangerareal m²
Soly
dels
e kW
h/m
² sol
fang
er p
r. år
0
20
40
60
80
100
120
140
Drif
tstim
er a
f ked
el o
m s
omm
eren
, sa
mt s
olva
rmed
ækn
ings
grad
i %
Solydelseanlæg A
Solydelseanlæg B
Solydelseanlæg C
Driftstimersommer A
Driftstimersommer B
Driftstimersommer C
DækningsgradA
DækningsgradB
DækningsgradC
34
Alligevel kan det være på sin plads med nogle få økonomiske overslag. Det skal under-streges, at en vurdering er udført overslagsmæssigt med hensyn til anlægspris og bespa-relser. Der er f.eks. ikke medtaget udgifter til drift.
Tabel 2: Økonomi ved solvarmeanlæg.
I tabel 2 er angivet de brændebehov, der er angivet ved simuleringerne, idet der er reg-net med kapacitetstab i kedel og kedelkreds, og idet der er regnet med en konstantkedelvirkningsgrad på 90%. Besparelserne i brænde er omregnet til besparelser i kr. vedat benytte en brændepris på 0,29 kr./kWh (som svarer til en pris på ca. 400 kr. pr. rum-meter).
Endvidere er angivet skønnede merpriser for solvarmeanlægget, idet der er regnet med,at der i forvejen skal være en akkumuleringstank og varmtvandsbeholder m.m. (anlægs-type Østrig A). De skønnede priser er taget fra ref. 5.
For 5 m² solvarmeanlægget gælder skønnet også et separat solvarmebrugsvandsanlæg,idet merprisen for et 5 m² solvarmeanlæg kun til brugsvand vil være omtrent den sammesom i tabel 2 (som det vil kunne ses af afsnit 5.4, tabel 6). I det ene tilfælde erstatter sol-varmeanlægget den varmtvandsbeholder, der ellers skulle have været der. I det andet til-fælde benytter solvarmeanlægget brændefyrets lagertank.
Det ses, at de fundne tilbagebetalingstider ikke i sig selv berettiger et solvarmeanlæg,men at det især er arbejdsbesparelsen, der tæller. Hvis man f.eks. antog, at der normaltbenyttes 15 min. pr. dag (dvs. 91 timer om året) til at passe kedlen, og hvis disse timerprissættes til f.eks. 100 kr. pr. time, så vil brændeprisen i stedet for 0,29 kr./kWh være0,68 kr./kWh, hvilket bringer tilbagebetalingstiden ned på omkring 9 år.
Det ses endvidere af figur 20 at uanset energiprisen, så er den optimale anlægsstørrelsemellem 10 og 15 m² solfanger.
Hvis man ser på en samlet konvertering fra f.eks. olie til brændekedel med solvarme, såvil økonomien f.eks. være som vist i tabel 3 (der er for anlægspriser benyttet en billigerekedel end den, der er specificeret i dette projekt).
Det ses her, at der ikke er megen forskel i tilbagebetalingstid, hvis brændekedlen kom-bineres med et solvarmeanlæg.
Solvarmeanlæg
Solfangerareal
Vame-behov (rum+VV)
Brænde-forbrug
Bespar-else brænde
Bespar-else kr.
Merpris solfanger (incl. moms)
Merpris solfanger efter tilskud
Simpel tilbagebe-talingstid
m² kWh/år kWh/år kWh/år kr./år kr. kr. år0 16.110 23.6825 16.110 21.316 2.366 686 20.928 14.650 21
10 16.110 19.703 3.979 1.154 34.531 24.171 2115 16.110 18.696 4.986 1.446 46.302 32.411 22
Brændepris 0,29 kr./kWh
35
Figur 20: Simpel tilbagebetalingstid for solvarme i forbindelse med brændekedel.
Tabel 3: Økonomi ved komplet installation.
4.5 Konklusioner sol/brændekedel
Ud fra de foregående afsnit kan følgende konklusioner uddrages:
• Såfremt der ikke er varmebehov om sommeren, kan brændefyret suppleres med etca. 5 m² brugsvandssolvarmeanlæg.
• Brændefyret kan suppleres med et solvarmeanlæg, hvor brændefyrets lager også be-nyttes som lager for solvarmen. Dette anlæg kan også levere solvarme til rumvar-men og kan således ved større solfangerarealer udstrække perioden, hvor der ikkeskal fyres i brændekedlen.
Komplet installation
Solfangerareal
Vame-behov (rum+VV)
Bespar-else
Merpris solfanger efter tilskud
Kedel efter tilskud Anlæg i alt
Tilbage-betalings-tid
m² kWh/år kWh/år kr./år kWh/år kr./år kr./år kr. kr. kr. år0 16.110 20.138 12.0830 16.110 23.682 6.868 5.215 0 62.500 62.500 125 16.110 21.316 6.182 5.901 14.650 62.500 77.150 13
10 16.110 19.703 5.714 6.369 24.171 62.500 86.671 1415 16.110 18.696 5.422 6.661 32.411 62.500 94.911 14
Olieforbrug Brændeforbrug
Brændepris 0,29 kr./kWh Oliepris 0.6 kr./kWh
Sim pe l tilba ge be ta lingstid for solva rm e
0
5
10
15
20
25
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Solfange rare al (m ²)
Tilb
ageb
etal
ings
tid (å
r)
36
• En velegnet anlægstype er i sidste tilfælde Østrig A (figur 4) med solfangerarealermellem ca. 7 og 15 m².
• I kombination med det valgte brændefyr foreslås en lagertank på ca. 1200 liter, hvorca. 150 liter er reserveret solvarmen. Anlægstypen kan kombineres enten med envarmtvandsbeholder eller en varmeveksler for varmtvandsproduktion.
• Såfremt der vælges et anlæg med et rimeligt stort solfangerareal, vil der ikke være etstort behov for specielle stratificeringsanordninger ud over indløb, der nedsætterindløbshastigheden. Muligheden for at lægge solvarmen ind i to niveauer vurderes atvære nok.
• Et simpelt økonomisk overslag retfærdiggør i sig selv ikke kombinationen med sol-varme (i mange tilfælde får husejeren gratis brænde). Derimod betyder kombina-tionen en besparelse i arbejdstid, som er væsentlig, og hvis den prissættes, så vil deni de fleste tilfælde give en god økonomi.
• Ved konvertering fra andre energikilder vil kombinationen med solvarme kun havelidt dårligere tilbagebetalingstid end en brændekedel uden solvarme.
37
5 Beregningsmæssig vurdering og optimering afdesign – Sol/biostoker
5.1 Specifikationer - Solvarme/træpillefyr
Det har været diskuteret, hvilke krav, der skal stilles til en moderne kombination af etsolvarmeanlæg og et træpillefyr.
Systemet
Det vil senere blive beskrevet, at der med et moderne, velmodulerende biostokeranlæg,som ikke er for stort i forhold til behovet, ikke kan forventes nogen videre fordel ved atlagre varme fra biostokeren.
Kravet til solvarmeanlægget må derfor være, at der i så lang en periode om sommerenhelt kan slukkes for biostokeren.
Der arbejdes videre med anlægsopbygning Østrig A samt med et separat solvarme-brugsvandsanlæg.
Solvarmeanlæg
Som for kombinationen med brændekedel forventes fra tidligere beregninger af rum-varmeanlæg, at en solfangerstørrelse mellem 10 og 15 m² vil være optimal med henblikpå at opnå en lang periode med solvarmedækning og en acceptabel økonomi. Der skalvære ca. 40 - 50 liter lager pr. m² solfanger.
Denne størrelse vil dog være for stor, hvis der vælges en løsning, hvor der kun leveressolvarme til brugsvandet.
Stoker/kedel
Der stilles krav om at benytte moderne teknologi, dvs. følgende skal gælde:
Lavest mulig max. effekt (Dimensionerende effekt kan måske klares med kedel + elpatron) Størst mulig modulering Størst effektivitet Iltmålerstyring
38
Centralvarmeanlæg
Som for kombinationen med brændekedel regnes der med, at systemet skal installeres iet hus med moderne radiator eller gulvvarmesystem, og at dette indrettes, så det funge-rer hensigtsmæssigt i forbindelse med anlægget.
Dvs. der forudsættes i beregningerne:
• Tostrenget radiatorsystem• Fremløbstemperaturstyring med udeføler og shunt• Returtemperaturbegrænser med termostat eller flowkontrol, såfremt der skal leveres
solvarme til rumvarmen• Der regnes ved simuleringerne med et 60/40 system med radiatorfaktor 2.5.
Systemet skal også kunne benyttes ved gulvvarmeanlæg m.v.
Varmebehov
Som for kombinationen med brændekedel tages udgangspunkt i et typisk parcelhus på150 m² med et varmebehov på 100 kWh/år/m², dvs. 15.000 kWh/år samt et brugsvands-forbrug på 160 liter 50°C varmt vand pr. døgn svarende til ca. 2700 kWh/år.
5.2 Simuleringer
Der er med solvarmesimuleringsprogrammet EMGP3 udført simuleringer på et systemopbygget som figur 8 med separat brugsvandssolvarmeanlæg og et system med solvar-me også til rumvarmen (Østrig A), som opbygget i figur 4. I sidstnævnte tilfælde regnesikke med anden lagring af varme fra biostokeren end den, der benyttes til at supplerebrugsvandsopvarmningen. Derfor er der kun regnet med et lagervolumen på 50 liter pr.m² solfanger.
For at undersøge effekten af et større solvarmeanlæg til rumopvarmning og derfor medmulighed for at slukke fyret i længere tid, er det sidste system blevet gennemregnetførst.
Det vil her være interessant at se på fyrets effektivitet, som ved de små belastninger ikkeer stor.
Med udgangspunkt i den specificerede kedel er der regnet med den i figur 21 viste ef-fektivitetskurve som funktion af den effektive ydelse fra kedlen.
Kurven er optegnet ud fra nedenstående skønnede værdier for tab m.v. Skønnene byggerpå afprøvning af kedlen. Imidlertid afprøves kedlerne ikke til under ca. 30% af denmaksimale ydelse, hvorfor værdier herunder må skønnes. Endvidere er den specifice-rede kedel ikke afprøvet i udgaven med iltmålerstyring.
39
Figur 21: Skønnet effektivitet af biostokerkedel, Baxi Mulitiheat 1.5.
Multiheat 1.5Dellast Effektiv
ydelseRøgtab Varmetab Virknings-
gradIndfyreteffekt
% KW % kW % kW % kW100,0 15,0 5,8 1,0 4,9 0,8 89,3 16,833,3 5,0 4,0 0,2 8,7 0,5 87,3 5,70,0 0,0 4,0 0,0 96,0 0,5 0,0 0,5
Tabel 4: Nyttevirkning af biostokerkedel.
Ud fra simulerede timeværdier er der endvidere i figur 22 optegnet en varighedskurveover nødvendig tilført effekt i tilfældet uden solvarmeanlæg og med solvarmeanlæg påhenholdsvis 5, 10 og 15 m² solfanger.
Det ses, at det simulerede effektbehov i huset altid er under 5 kW dvs. langt under ked-lens nominelle ydelse samt under 30% af den nominelle ydelse altså uden for kedlensafprøvningsområde. Kun i nogle få timer (ved opstart af koldt hus) er effektbehovetstørre.
Det ses endvidere, at tilstedeværelsen af solvarmeanlægget nedsætter eller helt fjernereffektbehovet i den lave ende (dvs. om sommeren), men ikke i den høje ende (om vin-teren).
Da kedlen især kører med lav effektivitet om sommeren, er der set på, hvor længe fyretkan slukkes om sommeren.
Skønnet virkningsgrad af bio-stoker (multiheat 1.5)
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0
effektiv ydelse (kW)
Virk
ning
sgra
d (%
)
40
Figur 22: Varighedskurve - varmebehov i enfamiliehus.
I figur 23 er varmebehovet i løbet af året vist med 3 forskellige størrelser solvarmean-læg og uden solvarmeanlæg.
Da timeværdierne svinger meget inden for kort tid, er der optegnet udjævnede værdier(dvs. effektværdier midlet over 2 døgn).
Figur 23: Effektbehov (midlet) ved enfamiliehus.
Effektbehov
0
1
2
3
4
5
6
0 20 40 60 80 100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
Dag
Effe
ktbe
hov
(kW
)
0 m² solfanger5 m² solfanger10 m² solfanger15 m² solfanger
Effektkurve - varmebehov
0
1
2
3
4
5
6
365 345 325 305 285 265 245 225 205 185 165 145 125 105 85 65 45 25 5
Antal dage
Effe
ktbe
hov
(kW
)
0 m² solfanger5 m² solfanger10 m² solfanger15 m² solfanger
41
Ud fra ovenstående er det skønnet, at stokerfyret med rimelighed kan slukkes i de perio-der, hvor det midlede effektbehov er under 0,8 kW, idet dette svarer til 148, 157 og 160dage ved henholdsvis 5, 10 og 15 m² solfanger. De 0,8 er valgt, idet de giver perioder,som svarer til det antal dage, erfaringerne viser, at fyret kan slukkes.
I figur 24 er de nye varighedskurver samt varighedskurver optegnet over den nødven-dige indfyrede effekt, vist, når der tages hensyn til fyrets virkningsgrad.
Figur 24: Varighedskurve over indfyret effekt og sommerstop.
Det ses, at slukning af fyret kan medføre store besparelser.
I nedenstående tabel 5 og i figur 25 er besparelserne angivet.
Tabel 5: Besparelse ved solvarmeanlæg.
Besparelser ved stoker - effektkurve
0
1
2
3
4
5
6
365 345 325 305 285 265 245 225 205 185 165 145 125 105 85 65 45 25 5
Antal dage
Mid
del t
ime
effe
kt (k
W) 0 m² solf. Indfyret
5 m² solf. Indfyret
10 m² solf. Indfyret
15 m² solf. Indfyret
0 m² solf. effektiv
5 m² solf. effektiv
10 m² solf. effektiv
15 m² solf. effektiv
Solfanger-areal Solvarme
Kedelydel-se effektiv Indfyret
Besparel-se indfyret
Kedelydel-se effektiv Indfyret
Besparel-se indfyret
m² kWh/år kWh/år kWh/år kWh/år kWh/år kWh/år kWh/år0 0 16.682 21.9145 1.703 15.203 20.048 1.865 14.195 17.366 4.547
10 2.932 14.324 18.510 3.404 13.658 16.704 5.21015 3.881 13.694 17.522 4.392 13.249 16.233 5.681
Uden sommerstop af kedel Med sommerstop af kedel
42
Figur 25: Besparelser ved solvarmeanlæg og stoker med sommerstop.
Det har været diskuteret, om stokerfyret kunne få en bedre drift ved om sommeren atkøre med pulsdrift, således at den nødvendige energi blev produceret under større effektpå få tidspunkter i døgnet. Med det nuværende kendskab til biostokeres effektivitet, så-dan som det kommer til udtryk ved effektivitetskurven i figur 21 og tabel 4, vil der dogikke være fordele ved pulsdrift, idet effektiviteten over døgnet bliver omtrent den sam-me i de to tilfælde.
5.3 Solvarmeanlæg kun til brugsvand
Et solvarmeanlæg kun til brugsvand kan anvendes, når der ikke er rumvarmebehov omsommeren. Ydelsen vil være omtrent, som angivet i figur 19 for det separate anlæg, ogbesparelsen af indfyret energi vil være omtrent som for 5 m² anlægget angivet i tabel 5.
5.4 Økonomisk vurdering
Neden for i tabel 6 er angivet en simpel økonomisk vurdering for installation af solvar-meanlæg i forbindelse med træpillefyr. Det skal understreges, at vurderingen er udførtoverslagsmæssigt med hensyn til anlægspris og besparelser. Der er f.eks. ikke medtagetudgifter til drift.
For solvarmeanlægget er der regnet med det normale solvarmetilskud på 4 kr./kWh, ogfra prisen er trukket den varmtvandsbeholder, som ellers skulle have været der.
Besparelser ved solvarmeanlæg og stoker med sommerstop
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
0 10 20
Solfanger m²
kWh/
år
0
200
400
600
800
1000
kWh/
år p
r. m
² sol
fang
er
Besparelse indfyretkWh/år
Solvarme kWh/år
Besparelse indfyret pr.m² solfanger
Solvarme pr. m²solfanger
43
Det ses her, at der er bedst økonomi i et lille solvarmeanlæg, og såfremt man kan klaresig uden rumvarme om sommeren, kan dette være et solvarme-brugsvandsanlæg.
Det ses endvidere, at på trods af den billige træpillepris kan der selv ved et af de mesteffektive træpillefyr, som beregningen er udført for, opnås en tilbagebetalingstid påunder 20 år.
Tabel 6: Økonomi ved solvarmeanlæg.
I tabel 7 er angivet skønnet økonomi for den samlede installation, og det ses her, atkombinationen med solvarme ikke forøger tilbagebetalingstiden væsentligt.
Tabel 7: Økonomi ved komplet installation.
Komplet installation
Solfangerareal
Vame-behov (rum+VV)
Bespar-else
Merpris solfanger efter tilskud *)
Kedel efter tilskud Anlæg i alt
Tilbage-betalings-tid
m² kWh/år kWh/år kr./år kWh/år kr./år kr./år kr. kr. kr. år0 15.880 19.850 11.9100 15.880 21.914 5.478 6.432 0 48.000 48.000 75 15.880 17.366 4.342 7.568 19.468 48.000 67.468 9
10 15.880 16.704 4.176 7.734 29.147 48.000 77.147 1015 15.880 16.233 4.058 7.852 37.943 48.000 85.943 11
*) og efter fradrag for alternativ varmtvandsbeholder
Træpillepris 0,25 kr./kWh Oliepris 0,6 kr./kWh
Olieforbrug Træpilleforbrug
Solvarmeanlæg
Solfangerareal
Vame-behov(rum+VV)
Træpille-forbrug
Bespar-elsetræpiller
Bespar-else kr.
Merprissolfanger(incl.Moms)
Merprissolfangereftertilskud *)
Simpeltilbagebe-talingstid
m² kWh/år kWh/år kWh/år kr./år kr. kr. år0 15.880 21.9145 15.880 17.366 4.547 1.137 37.478 19.468 17
10 15.880 16.704 5.210 1.302 52.074 29.147 2215 15.880 16.233 5.681 1.420 64.665 37.943 27
*) og efter fradrag for alternativ varmtvandsbeholder
Træpillepris 0,25 kr./kWh
44
5.5 Konklusioner sol/træpillefyr
På baggrund af ovenstående uddrages følgende vedrørende kombinationen af biostokermed solvarme.
• Et moderne biostokerfyr har ikke fordel af at lagre varme fra fyret, men såfremtfyret kan slukkes helt i perioder, er der store besparelser ved dette.
• Et biostokerfyr kan således kombineres med et separat solvarmeanlæg enten kun tilbrugsvand eller til kombineret brugsvands- og rumopvarmning.
• For et separat brugsvandsanlæg er en størrelse på ca. 5 m² solfanger passende. For etkombineret anlæg vil det være en fordel med et anlæg, der kan lagre solvarme tilrumopvarmningen f.eks. anlægstype Østrig A (figur 4) med solfangerarealer på 7 –10 m² .
• Overslag for tilbagebetalingstiden for en kombination med et solvarmeanlæg kanvære under 20 år.
• For den samlede kombination er der ikke stor forskel i tilbagebetalingstiden, omanlægget kombineres med solvarme eller ej.
45
6 DriftsproblemerI det følgende skal der ses på specielle driftsproblemer, som forventes at kunne fore-komme for anlægstypen.
6.1 Kogning i solfangerkreds
I anlægstyperne beskrevet i nærværende rapport, er en af bestræbelserne, at solvarme-anlæggget skal udstrække perioden, hvor solvarme kan klare opvarmningen så længesom muligt. Dette medfører større solvarmeanlæg end normalt og dermed større riskofor kogning i solfangerkredsen, når der ikke er noget varmebehov. Der skal derfor i detfølgende drøftes forskellige muligheder for at håndtere kogningsrisikoen.
Ved mindre solvarmeanlæg ses ofte, at anlægget gives mulighed for at levere solvarmetil radiatorkredsen, hvis der er fare for kogning. Denne løsning anses imidlertid ikke forsærlig sikker (da radiatorerne normalt vil lukke, hvis der ikke stilles på radiatortermo-staten), ligesom det medfører dårlig komfort i huset.
En anden mulighed er natkøling, hvor styringen starter solfangerkredsen om natten, så-ledes at den del af tanken, der er berørt af solfangerkredsen, kan afkøles. Dette bevirkerofte, at solfangeren dagen efter ikke når at bringe lageret op på kogningstemperaturenigen.
Køling kunne eventuelt også ske ved at starte kedelkredsen således, at kedlen opvarmesaf solvarmen.
Med det benyttede solfangerareal på 12 m² og de benyttede varmetab er der imidlertidved simuleringerne ikke fundet for høje temperaturer i solfangerne, selvom der ikke eropvarmnings- eller varmtvandsbehov. Dette skyldes, at hvis solfangeren er overdimen-sioneret om sommeren, så vil det store lager (ved kombinationen af en stor lagringska-pacitet og større varmetab) holde de maksimale temperaturer nede.
Det vurderes dog, at anlæg af den pågældende type vil være i farezonen for kogning, ogat dette problem bør løses i anlægsopbygningen.
En anden løsning af kogningsproblemet er tømning af solfangerkredsen (drain back),som det ses i anlægget fra Sol & Træ (se figur 3 og figur 10). Styringen sørger simpelthen for, at solfangerkredsen tømmes, når temperaturen bliver for høj, idet solfanger-kredsens indhold drænes tilbage i en tømmebeholder.
I løsningen fra Sol & Træ benyttes vand uden glykol i solfangerkredsen, og ulempenved denne løsning er, at solfangerkredsen altid skal udføres med tilstrækkeligt faldtilbage til tømmetanken, så der ikke er mulighed for frysning om vinteren.
46
Løsningen med drain-back kunne eventuelt også udføres med glykol i solfangervæskensåledes at væsken selv koger over i tømmebeholderen, hvis ikke al væsken kan drænesud. Denne løsning indebærer imidlertid afkogning af glykol, hvilket ikke kan anbefales,da det formentligt nedbryder denne. Drain back anlæg bør således kun udføres med rentvand.
I drain back løsningen med rent vand er der endvidere den mulighed, såfremt højdefor-holdene tillader det, at køre med vandet fra centralvarmekredsen direkte i solfangeren.Derved kunne varmeveksleren i solfangerkredsen og pumpen i sekundærkredsen spares.Det er i sidstnævnte tilfælde vigtigt, at solfangerkredsen udformes som et lukket system(dog med sikkerhedsventil), således at ilttilførsel ikke forekommer. Se f.eks. ref. 7.
Endelig er der den sidste mulighed, som fra 1. januar 2001 indføres som krav ved type-godkendte solvarmeanlæg i Danmark, at udføre solvarmekredsen således, at solfanger-ens væskeindhold ved kogning trykkes over i ekspansionsbeholderen. Når solfangerenbliver kold igen, og trykket falder, trykkes væsken automatisk tilbage fra ekspansions-beholderen.
Selvom den sidste løsning i et vist omfang kan medføre høje temperaturer og kogning afsolfangervæsken, vil denne være at foretrække, da det vil være vandfasen, der fordamp-er og ikke glykolen.
Det er dog op til en nærmere vurdering, om solfangervæsken kan klare forholdene. Defleste solfangervæsker reagerer på for høje temperaturer ved at blive stærkt aggressive,og ved kogning kan der udskilles produkter, som ikke opløses igen og derfor tilstopperrør i solfangeren eller solfangerkredsen.
Det vurderes her (indtil yderligere erfaringer er indhøstet), at det mest hensigtsmæssigevil være at forsøge så vidt muligt at undgå kogning ved at køre med tilstrækkelig højttryk i solfangerkredsen (men ikke for højt) samt at indføre natkøling ved hjælp af sty-ringen, samt at benytte løsningen med at solfangervæsken trykkes tilbage i ekspansions-beholderen.
6.2 Returtemperatur
I ref. 5 er angivet beregninger, der viser, hvorledes solvarmeanlæggets ydelse afhængeraf returtemperaturen fra radiatorerne. For et centralvarmeanlæg med høje returtempera-turer kan det således være nødvendigt med dobbelt så stort solfangerareal for at opnåsamme ydelse som ved et centralvarmeanlæg med lave returtemperaturer.
For solvarmedelen er det derfor vigtigt, at anlægget kombineres med bestræbelser på atholde returtemperaturen fra radiator- eller gulvvarmeanlægget nede.
47
I tostrengede radiatoranlæg med radiatortermostater vil returtemperaturen i de flestenormalt dimensionerede radiatorsystemer være lav i de perioder, der er relevante forsolvarmeanlægget (vinter er ikke så vigtigt, da solvarmeanlægget i alle tilfælde ikkeyder så meget her).
Dette gælder dog kun, hvis alle ventiler er indstillet korrekt, således at der ikke er eneller flere, der ”kortslutter” f.eks. ved at være fuldt åben på grund af, at radiatoren eranbragt under et åbentstående vindue, eller ved at der er anbragt et omløb i systemet.
Lave fremløbstemperaturer er ikke nødvendigvis forudsætning for lave returtempera-turer, men begrænser risikoen for høje returtemperaturer ved fejl (”kortslutning”).
Det anses derfor anbefalelsesværdigt dels af hensyn til solvarmeanlægget men også iøvrigt, at der er styring af fremløbstemperaturen ved hjælp af udetemperaturføler ellerrumføler og blandeventil .
Sidstnævnte sikrer dog stadigvæk ikke, at der altid er så lave returtemperaturer sommuligt. Midler hertil kan være termostatventiler, der lukker flowet ned, hvis tempera-turen er for høj. Det bedste er en ventil ved udløb af hver radiator.
I forbindelse med dette projekt anses den indtil videre bedste løsning at være, at cen-tralvarmeanlægget opfylder følgende krav:
• Tostrenget anlæg• Rimelig radiatordimensionering eller gulvvarme• Fremløbstemperaturstyring ved udeføler eller rumføler samt blandesløjfe• Max. flow-begrænser i centralvarmekreds (se senere)• Samt styring, der registrerer returtemperaturen fra radiatorer (eventuelt temperaturen
i bunden af beholderen) og advarer (rød lampe eller lignende), når denne er for høj.• (Eventuelt termostatventil ved udløb af radiatorer).
6.3 Opblanding i tank
I projektet (ref. 1) er det ved anlæg med brændekedel registreret, at driften ofte er så-ledes, at brændekedlen først tændes, når huset er afkølet i forhold til den temperatur,radiatortermostaterne er indstillet til. Dette medfører, at radiatortermostaterne ved op-tænding står vidt åbne med deraf følgende maksimalt flow i centralvarmekredsen.
Det er ofte set, at dette flow er så stort, at det nedbryder temperaturlagdelingen i lager-tanken, hvilket dels betyder, at det tager længere tid for huset at blive varmet op, samt atsolvarmeanlægget får dårligere driftsbetingelser. Det er derfor meget påkrævet, at syste-met indrettes, så denne situation undgås.
Dvs. det maksimalt tilladelige flow i centralvarmekredsen gennem lageret må indrettessåledes, at dette ikke nedbryder lagdelingen i tanken.
48
For normale enfamiliehuse vil det nødvendige flow ofte være under 10 liter/min., ogindløbene i tanken må indrettes, så et flow på denne størrelse ikke forårsager opblandingi tanken. Dette sikres enten ved, at indløbene har tilstrækkelig stor dimension, eller atder opsættes indløbsanordninger inden i tanken, f.eks. T-stykker eller parallelle plader,som angivet i ref. 6. Som tommelfingerregel kan siges, at indløbet i tanken skal forløbevandret, og at den maksimale hastighed i væsken ikke må overstige 3 cm/sek.
I figur 26 er angivet den nødvendige lysningsdiameter i indløbsrøret for at overholdedette ved forskellige flow.
Figur 26: Lysningsdiameter for indløb.
Det ses af figuren, at ved de fleste forekommende maksimale flow i radiatorkredsen vilde normalt anvendte rørdiametre være for små, hvorfor der må udføres et specielt ind-løbsarrangement.
Der haves gode erfaringer med et arrangement, som vist i figur 27.
Nødvendig lysningsdiameter for at undgå opblanding
020406080
100120140
0 5 10 15 20 25
Indløbsflow (liter/min)
Lysn
ings
diam
eter
(mm
)
Maksimal vandretvæskehastighed 3cm/sek
49
Figur 27: Indløbsarrangement (fra ref. 6).
Såfremt anlægget er opbygget med en ekstern varmeveksler til solfangerkredsen eller enladekreds til brugsvandsbeholder eller brugsvandsvarmeveksler, som vist f.eks. i figur 4,må det ligeledes her sikres, at flowet ikke forårsager opblanding i tanken.
I solfangerkredsen køres der ofte med flow mellem 0,2 og 0,75 liter/min. pr. m² solfang-er. Ved et anlæg med 12 m² solfanger er flowet således mellem 2,4 og 9 liter/min.
For ladekredsen til brugsvandet kan det ved en brugsvandsvarmeveksler være nødven-digt med et flow på 30 liter/min., og der må således også her udføres specielle indløbs-arrangementer.
Selvom det forhindres, at lagdelingen nedbrydes i tanken, vil det store radiatorflow vedopstart af fyret imidlertid også bevirke, at returtemperaturen fra radiatorerne bliver høj,hvilket som nævnt er uheldigt for solvarmeanlæggets ydelse.
Det er vanskeligt at vurdere, hvor meget dette betyder for solvarmeanlæggets ydelse, dadet bl.a. afhænger af, hvor ofte situationen forekommer. Det ville dog være godt, hvisdet maksimale flow i centralvarmekredsen blev reguleret så langt ned, at der i opstartsi-tuationen fortsat var en god afkøling over radiatorerne. Dette kan imidlertid gå ud over,hvor hurtigt huset kommer op på ønsket temperatur. Hvis denne tid bliver for lang, kandet overvejes, om det ved opstart skal være muligt at køre retur fra radiatorer uden omlageret til kedlen. Dette kunne eventuelt gøres ved en automatisk funktion, som imidler-tid vil fordyre anlægget, og normalt vil det ikke være nødvendigt.
Ligeledes må det sikres ved reguleringsventiler eller lignende, at det maksimale flow icentralvarmekredsen ikke kan blive større end forudsat.
50
51
7 Avanceret styringErfaringer viser, at når flere energikilder kombineres, så er mange af de problemer, somkan opstå, relateret til at få de forskellige komponenters styringer til at fungere optimaltsammen.
Det vil derfor være en fordel, hvis den samme styring benyttes for hele anlægget, såle-des at anlæggets samlede funktion er velgennemtænkt.
I dette kapitel gennemgås forskellige ønsker til en sådan fælles styring.
7.1 Solvarmeanlæg i kombination med brændekedel
Med udgangspunkt i systemopbygningen for Østrig A (figur 4) kan der opstilles følgen-de ønsker til en integreret styring:
Basisfunktioner vedrørende kedel og solvarmeanlæg
• Start af kedelkreds, når kedlen er blevet varm (80-90°C), og stop af kedelkreds nåral varme er overført til lager (dvs. temp. kedel = temp. lager (udløbsniveau).
• Shunt ved kedel styres af termostatventil eller eventuelt integreret styring, så kedel-temperaturen når 80-90°C.
• Start og stop af solfanger og sekundærkreds, når solfangeren er varmere end bund-lageret.
• Styring af trevejsventil for indlæggelse af solvarme i top af beholder, hvis tempera-turen i sekundærkreds er varmere - ellers nederst i beholder.
• Styring af brugsvandskreds for ønsket brugsvandstemperatur, når der er brugsvands-behov.
Yderligere funktioner vedrørende kedel- og solvarmeanlæg
• Køling af tank ved start af solfanger- og sekundærkreds om natten (eventuelt ogsåved start af kedelkreds).
• Aflæsning af energiindhold i lager med alarmdisplay for tid for næste indfyring.Tidspunkt for indfyring samt indfyret brændemængde kan måske optimeres ogangives i forhold til energiindhold i lager, tilladt natsænkning, sandsynlighed forsolvarmetilskud senere på dagen m.v.
52
Basisfunktioner vedrørende varmeanlæg
• Styring af fremløbstemperatur i varmeanlæg enten ved udetemperaturføler ellerrumtemperaturføler.
Yderligere funktioner vedrørende varmeanlæg
• Registrering af returtemperatur fra radiatorer og alarm, hvis denne er for høj (medhenblik på høj solvarmeydelse).
• Begrænsning af flow i radiatorkreds, således at dette ikke overstiger det maksimalttilladelige for opretholdelse af stratificering.
• Eventuel omstyring af kedelkreds, således at denne kan gå direkte i radiatorer, nårhuset hurtigt skal opvarmes (efter nedkøling). (Normalt ikke nødvendigt).
7.2 Solvarmeanlæg i kombination med træpillefyr
Der tages også her udgangspunkt i systemopbygningen for Østrig A (figur 4), idetkedel- og solvarmeanlæg dog fungerer mere uafhængigt af hinanden.
Basisfunktioner vedrørende kedel og solvarmeanlæg
• Styring af kedeltemperatur.
• Start og stop af solfanger og sekundærkreds, når solfanger er varmere end bund-lager.
• Styring af trevejsventil for indlæggelse af solvarme i top af beholder, hvis tempera-turen i sekundærkreds er varmere - ellers nederst i beholder.
• Styring af brugsvandskreds for ønsket brugsvandstemperatur, når der er brugsvands-behov.
• Styring af elpatron i solvarmebeholder.
53
Yderligere funktioner vedrørende kedel- og solvarmeanlæg
• Køling af tank ved start af solfanger- og sekundærkreds om natten (eventuelt ogsåved start af kedelkreds).
• Aflæsning af energiindhold i lager med alarmdisplay for tid for næste indfyring.
• Registrering af energiproduktion fra solvarmeanlæg, elpatron og kedel samt ud fradette angivelse af, hvornår stoker med fordel slukkes, og hvornår den tændes igen(forår og efterår).
Basisfunktioner vedrørende varmeanlæg
• Styring af fremløbstemperatur i varmeanlæg enten ved udetemperaturføler ellerrumtemperaturføler.
Yderligere funktioner vedrørende varmeanlæg
• Registrering af returtemperatur fra radiatorer og alarm, hvis denne er for høj (medhenblik på høj solvarmeydelse).
• Begrænsning af flow i radiatorkreds, således at dette ikke overstiger det maksimalttilladelige for opretholdelse af stratificering.
54
55
8 Forslag til komponenter
8.1 Sol/brændekedel
Et anlæg opbygget svarende til forudsætningerne i kapitel 4 (Østrig A) er vist i figur 28.Anlægget er opbygget med lukket ekspansion i solfangerkredsen.
I figur 29 er det samme anlæg vist men som drain-back anlæg og med integreret sol-fangerkreds og centralvarmekreds.
På begge diagrammer er vist en løsning med varmeveksler til varmtvandsproduktion,men opbygningen kan også udføres med en varmtvandsbeholder. Ved løsningen medvarmeveksler anvendes en standardvarmeveksler for varmtvandsproduktion ved fjern-varmeanlæg. Denne løsning giver en god afkøling af væsken samt sikrer mod kalkaf-sætninger i veksleren.
En løsning med en varmtvandsbeholder i stedet for en veksler kan også anvendes. Entermostatisk ventil må så indstilles, så den dels kan give tilstrækkelig opvarmning ogdels kan give god afkøling i kredsen.
Anlæggene er optegnet uden integreret styring som omtalt i kapitel 7.
Neden for er givet specifikationer for hovedkomponenterne i systemet.
Brændekedel
Baxi Solo Innova 20 LCNominel ydelse: 20 kWMagasin volumen: 100 liter (ca. 54 kg brænde)Virkningsgrad - fuldlast: 88,9%Virkningsgrad - dellast: 88,8%Dellast i %: 50%Iltmålerstyring
Styring
Avanceret styring, som beskrevet i afsnit 7.1, kan måske udvikles, men er ikke vist.
Lager
Volumen: 1200 liter(Der tillægges dog 10 cm ekstra beholderhøjde som ikke-aktivt volumen) Dimensioner f.eks.: H: 215 cm D: 90 cm
56
Figur 28: Forslag til sol/brændekedelanlæg (principdiagram – ekspansion i solfangerkreds).
57
Figur 29: Forslag til sol/brændekedelanlæg (principdiagram – drain-back i solfangerkreds).
59
Indløbsplaceringer
(Bogstaver henviser til figur 28 og figur 29).A: Beholdertop H = 215 cm over bundB: ca. ¼ fra top H = 160 cm over bundC: 150 liter solopvarmet H = 40 cm over bundD: Beholderbund H = 5 cm over bundE: H = 35 cm over bundF: Beholderbund H = 5 cm over bund
Solfangere
Ca. 12 m² med selektiv overflade og et dæklag.
Varmtvandsvarmeveksler
Der anvendes en varmeveksler for fjernvarme. Pumpekredsen styres af en flow-switch.
Veksler i solfangerkreds
Pladevarmeveksler med kapacitet 12*50 W/K temperaturforskel.
Ekspansionsbeholder i solkreds
Skal kunne indeholde solfangerens væskevolumen + 10% af resten af væsken i sol-fangerkredsen.
Flow i solfangerkredsen
0,2 l/min.12 = 2,4 l/min. (low flow)
8.2 Solvarme/træpillefyr
8.2.1 Separat solvarmeanlæg og træpillefyr
Anlægget opbygges som vist i figur 8. Der er ikke optegnet yderligere principdiagram,idet anlægsopbygningen er standard. Neden for er givet specifikationer for hovedkom-ponenterne i systemet.
Stokerkedel
Baxi Multi-Heat 1,5Nominel ydelse: 15 kWMagasin volumen: 200 literVirkningsgrad - fuldlast: 89%Virkningsgrad - dellast: 86%Dellast i %: 50%Iltmålerstyring
60
Styring
Avanceret styring, som beskrevet i afsnit 7.2, kan måske udvikles.
Solvarmeanlæg
Ca. 5 m² solfanger og 160- 250 liter beholder.
8.2.2 Solvarme- rumvarmeanlæg i kombination med træpillefyr
Anlægget opbygges f.eks. som kombinationen med brændekedel, der er beskrevet ovenfor (figur 28 og figur 29), hvor stokerkedlen indsættes på brændekedlens plads, og hvordimensioner på lagertank f.eks. er:
Lagertank
Volumen: 600 liter(Der tillægges dog 10 cm ekstra beholderhøjde som ikke aktivt volumen) Dimensioner f.eks.: H: 200 cm D: 65 cm
Indløbsplaceringer
(Bogstaver henviser til figur 28 og figur 29).A: Beholdertop H = 200 cm over bundB: H = 135 cm over bundC: Suppl. volumen ca. 250 l. H = 120 cm over bundD: Beholderbund H = 5 cm over bundE: H = 105 cm over bundF: Beholderbund H = 5 cm over bund
Solfangere
Ca. 12 m² med selektiv overflade og et dæklag.
61
9 Videreudvikling – Samsø
9.1 Anlægsinstallation Samsø
Som en del af dette projekt, og projektet beskrevet i ref. 5, blev der i 1999 opført et an-læg efter principperne i afsnit 8.1 (anlægsopbygning som vist på figur 28). I stedet foren kombination med en brændekedel var anlægget til at starte med kombineret med enbrændeovn med ”gris”. Lagertanken er derfor mindre –nemlig 750 liter. Der er dog si-den udvidet med brændekedel. Der er 16 m² solfanger. Som en del af projektet beskre-vet i ref. 1, er der endvidere opsat energimålere til simpel måling af energistrømmene.Beboerne har aflæst disse ugentligt i 2000.
Anlægget er beskrevet i ref. 5. Det endelige design af anlægget er udført af KildemoesSolvarme, og anlæggets tank har været afprøvet på DTU (ref. 10).
I figur 30 og figur 31 er energimængderne vist som daglige energimængder (middel-værdi af ugeaflæsning) samt summeret over året.
Endvidere er vist de med beregningsprogrammet Kviksol beregnede solvarmeydelser udfra referenceårets vejrdata, men med et årligt brugsvands- og rumvarmeforbrug sommålt.
I figur 30 er endvidere vist forholdet mellem målt solindfald ved Danmarks TekniskeUniversitet i Lyngby og solindfaldet i referenceåret, som er benyttet i beregningerne.
Erfaringer fra målingerne er:
• Det ses, at anlægget i det store og hele har ydet som forventet. Dog har ydelsernehar været mindre end beregnet i de perioder, hvor det målte solindfald har væretmindre end i referenceåret, og ydelserne har været større i de perioder, hvor de måltesolindfald har været større end i referenceåret. Endvidere har ydelserne været størreend beregnet hele sommeren, hvilket skyldes at det målte rumvarmeforbrug omsommeren har været større end benyttet i beregningerne.
• En del af det højere rumvarmeforbrug om sommeren skyldes, at beboerne af frygtfor kogning i solfangerkredsen om sommeren i perioder har haft radiatorkredsenkørende ved maksimalt flow. Dette har ved manglende pasning bevirket, at tempe-raturen i perioder i toppen af beholderen er faldet, og elpatronen har sat ind. Lige-ledes har det fået beboerne til at tænde op i brændeovnen. Jf. ovenstående har en delaf rumvarmeforbruget om sommeren således ikke været reelt, men det kan ikke vur-deres, som solvarmeanlægget alene ville kunne have klaret opvarmningen om som-meren.
62
• Problemet vil formentlig være løst ved at designe solfangerkredsen, så kogning kantolereres, samt eventuelt med flowbegrænser på radiatorkredsen.
• Det kan endvidere ses af målingerne, at der har været en god temperaturstratifice-ring i tanken.
• Endvidere har varmtvandsproduktionen ved hjælp af varmeveksleren fungeret godt.
Figur 30: Energimålinger på Samsø (døgnmiddelværdier).
Energimålinger Samsø kWh/døgn
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
-100 0 100 200 300 400
Nr. dag i året
kWh/
døgn
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
Forh
old
mel
lem
mål
t sol
indf
al
og re
fere
nce
solin
dfal
d
Rumvarme+brugsvandsforbrug
Brugsvandsforbr.
sol+brænde+elydelse
sol+brændeydelse
Solydelse
Sol Bruttoberegnet
Sol nettoberegnet
Forhold mellemmålt sol og solreferenceår
63
Figur 31: Energimålinger på Samsø (summeret).
9.2 Produktion af anlæg på Samsø
Opførelsen af anlægget på Samsø har medført interesse for denne type anlæg, og et lo-kalt maskinværksted (Brdr. Stjerne) er derfor ved at starte en produktion af anlægsty-pen.
I Samsøs plan om at blive 100% selvforsynende med vedvarende energi indgår, at bebo-elser uden for de kollektive forsyningsområder i videst mulig omfang opvarmes medsolvarme i kombination med biobrændsel. Da også biobrændsel er en begrænset res-source på Samsø, er der endvidere behov for, at solvarmeanlæggene udføres med så storsolvarmedækningsgrad som muligt.
Man har fået midler fra Grøn Jobpulje til igangsætning af produktionen, og der plan-lægges opsætning af 12 demonstrationsanlæg inden for det næste halve år.
Der planlægges anlæg både med og uden lagring af varmen fra biokedlen.
Der er endvidere startet en produktion af solfangere på licens fra Batec Solvarme.
Energimålinger Samsø - summeret
02000400060008000
100001200014000160001800020000
-200 0 200 400
Nr. dag i året
kWh
i alt
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
Sum
mer
et d
ækn
ings
grad
(%)
Rumvarme+brugsvandsforbrug
Brugsvandsforbr.
sol+brænde+elydelse
sol+brændeydelse
Solydelse
Sol Bruttoberegnet
Sol nettoberegnet
DG summeret
64
Referencer
1. Erfaringer fra målinger på kombinerede solvarme- og biobrændselsanlægAf Line Louise Overgaard, Klaus Ellehauge, Arne SæbyeSolEnergiCentret, Teknologisk Institut, 2000.
2. Fyring med biomasse, Installationsvejledning Træfyring/SolvarmeDet Fynske Energi- og Miljøkontor, 1995.
3. Varme fra Træ & Sol, KonkurrencematerialeNordvestjysk Folkecenter for Vedvarende Energi, 2000-11-17.
4. IEA SHC-Task 26, Solar Combisystems in Austria, Denmark, Finland, France,Germany, Sweden, Switzerland, the Netherlands and USA, Overview 2000. Dansk deltagelse SolEnergiCentret, Teknologisk Institut.
5. Aktive solvarmeanlæg med større dækning af husets samlede varmebehov –udredning og skitseprojekter.Af Klaus Ellehauge, Troels Kildemoes Møller & Hans Jacob JacobsenSolenergi Center Danmark, Teknologisk Institut, November 1999.
6. Forbedring af varmelagre til mellemstore solvarmeanlæg.Af Peter Fagerlund Carlsson, S. Odgaard MikkelsenLaboratoriet for Varmeisolering, DTU, Københavns Kommunes RådgivendeIngeniørkontor, 1995.
7. Lise Boye-Hansen og Simon Furbo: ”Solvarmeanlæg med tømning”, Laboratorietfor Varmeisolering, DTU, Meddelelse nr. 275, marts 1995.
8. Installationsvejledning – træfyring/oliefyringAf Arne SæbyeUdarbejdet for Energistyrelsen, J.nr. 51161/96-0041Dansk Teknologisk Institut, Taastrup, 1997.
9. Willie L. Dutré: ”CEC: Simulation of Thermal Systems, A modular Program withan Interactive Preprocessor (EMGP3)”, Katholieke Universiteit Leuven, Belgium,1991.
10. Udvikling af brugsvand-/rumvarmeanlæg med stor dækningsgrad. Af Niels Kristian Vejen Sagsrapport SR-9915, Institut for Bygninger og Energi, DTU, (ISSN 1396-402X),1999.
65
11. Evaluation of Solar Thermal Combisystems for The Swedish ClimateAf Klaus Lorenz, Chris Bales and Thomas PerssonSolar Energy Research Center SERC, EKOS, Högskolan DalarnaPaper ved Eurosun 2000, København 2000.
12. Bio-sol pannan, brochure fra Stocksbroverken AB, Sverige
13. Træ til energiformål - teknik - miljø - økonomiudarbejdet af Videncenter for halm- og flisfyring2. udgave, 1999, ISBN 87-80074-24-6Teknologisk Institut, Århus.
14. Beskrivelse af /manual til programmet Biofuel – TI(Arne Sæbye eller Husain Gorei).
15. Klaus Ellehauge: ”Målinger på solvarmeanlæg til kombineret brugsvands- ogrumopvarmning, 5 markedsførte anlæg installeret hos anlægsejerne”, Meddelelse nr.255, Laboratoriet for Varmeisolering, DTU, 1993.
16. Klaus Ellehauge: ”Solvarmeanlæg til kombineret brugsvands- og rumopvarmning,Udvikling af konkurrencedygtige anlæg, Beregninger samt målinger påforsøgsanlæg”, Meddelelse nr. 223, Laboratoriet for Varmeisolering, DTU, 1991.
17. Dansk deltagelse i IEA Task 26 Solar Combi Systems. Se f.eks. internetadressewww.iea-shc.org/task26/.
18. Niels Kristian Vejen: ”Undersøgelse af solvarmeanlæg til rum- ogbrugsvandsopvarmning for Sol & Træ v. NNR”, Institut for Bygninger og Energi,DTU, SR-9803, 1998.
19. Niels Kristian Vejen: ”Undersøgelse af solvarmeanlæg til rum- og brugsvands-opvarmning for grundejerforeningen Bakken”, Institut for Bygninger og Energi,DTU, SR-9821, 1998.
20. BPS publikation nr. 94: ”VVS-detaljer, solvarmeinstallationer - varmt brugsvand -store anlæg”, 3. udgave, PBS-centret, Dansk Teknologisk Institut, Byggeri,november 1996.
21. ”Ændringer og tillæg til: Priskatalog for større solvarmeanlæg tilbrugsvandsopvarmning” PBS-centret, Dansk Teknologisk Institut, Byggeri,november 1996.
66
22. Svend Erik Mikkelsen og Leif Sønderskov Jørgensen: ”Solvarmeanlæg til rumop-varmning. En udredning baseret på 2 års målinger på anlæg i Greve og Gentofte”.Energiministeriets solvarmeprogram, rapport nr. 15. Meddelelse nr. 112,Laboratoriet for Varmeisolering, DTH, 1981.
23. Peter Christiansen og Carsten Wesenberg: ”Måling på rumvarmeanlæg, Sol til gulv-varme” Nordvestjysk Folkecenter for Vedvarende Energi. Udført med støtte fraTeknologirådets Styregruppe for Udvikling af Vedvarende Energi. TR-projektnr.860436.
24. Thomas Genborg og Jan Erik Nielsen: ”Målerapport for solvarmeanlæg til rum-varme og brugsvand. Ans Solvarme”, Prøvestationen for Solvarmeanlæg, Tek-nologisk Institut, oktober 1989.
25. Idékonkurrence om varmeanlæg til lavenergihuse udskrevet af TeknologirådetsStyregruppe for Vedvarende Energi, Industri- & Handelsstyrelsen.Konkurrencesekretær: Prøvestationen for Solvarme, Dansk Teknologisk Institut.
26. Henrik Lawaetz: ”Radiatordimensionering”, Varme- og Installationsteknik,Teknologisk Institut, 1984.
27. Lars Hallgreen og Otto Paulsen: ”Lavtemperatur varmeanlæg, dimensionering afradiatorer”, Varmeteknik, Teknologisk Institut, 1982.
28. Solvarmeoversigten, fås på Solenergicentret Danmarks hjemmesidehttp://www.solenergi.dk/center/oversigt/.
29. Arcon Solvarme: ”Energi i det nye årtusinde”, pris- og systemmappe, april 1998.
30. Bernt J. Hansen, Kristian Kærsgaard og David Tveit: ”Sammenkobling af solvarme-anlæg med eksisterende varmeanlæg”, Dansk Teknologisk Institut, Energi, marts1998.
31. Peter Fagerlund Carlsson: ”Større low flow solvarmeanlæg - lagerudformning ogcirkulationsledningens indflydelse på temperaturlagdelingen i beholderen”.Meddelelse nr. 252, Laboratoriet for Varmeisolering, DTH, april 1993.
67
68
Symboler
Asol: Solfangerareal [m²]V: Volumen [m³]
varmeveksler
lagertank
brugsvands-tank
krydsende røru. forbindelse
kedel m. fastydelse
4-vejs ventil
termostatisk ventil
tappesteder
kedel m.variabel ydelse
3-vejs ventil
temperaturføler
gulvvarme
radiatorer
pumpe
elpatron
antifrostvæske
varmemedium/brugsvand
tømmetank
solfanger
Plade-varmeveksler
2-vejs ventil
krydsende rørm. forbindelse
69
70
Bilag 1: EMGP3 beregningsforudsætningerVed beregningerne af ydelserne er benyttet solvarmesimuleringsprogrammet EMGP3(European Modelling Group Programme 3) (ref. 9).
Dette beregningsprogram er udviklet i begyndelsen af 1980’erne som en del af EU´ssolvarmeprojekter i et samarbejde mellem EU-landene.
Programmet er modulopbygget, således at de solvarmeanlæg, der simuleres, kan sam-mensættes ud fra en lang række komponenter, som findes i programmet (solfanger-element, rørelement, lagerelement osv.). Programmet har gennemgået en omhyggeligvalidering, således at hver komponent så vidt muligt er valideret for sig.
Desværre vedligeholdes programmet ikke mere, og er derfor ved at gå ud af brug.Fremtidige simuleringer vil således hovedsageligt foregå i simuleringsprogrammetTRNSYS.
Figur 32: Eksempel på modelopbygning Østrig A.
I figur 32 er modelopbygningen af system Østrig A vist. Modelkomponenterne harnumre, som er angivet ved den enkelte komponent. 1 er huskomponenten, 2 er kedlen,57 til 76 er lagene i lagertanken, mens 26 til 28 er solfangeren. I trekanter er angiveteksterne funktioner, som påtrykkes systemet, f.eks. solindfald på solfanger (6) og sol-indfald gennem vinduer (2, 3, 4) eller varmetilførsel kedel (5).
Yderligere specifikationer vedrørende beregningerne kan rekvireres ved henvendelse tilforfatterne.
71
72
Bilag 2: ReferencehusModelopbygningen af huset er således, at det årlige energibehov er ca. 17.700 kWh,hvoraf ca. 2.700 kWh antages brugt til opvarmning af det varme brugsvand (svarer til160 liter pr. døgn opvarmet fra 10 til 50°C). For et hus på ca. 150 m² svarer det såledestil et energiforbrug på ca. 100 kWh/m²/år til rumopvarmning. Der er således ikke taleom et lavenergihus, men om et hus af gennemsnitlig stand og med fornuftig (efter-)isolering.
Data for referencehus:
Varmetabskoefficient: 211 W/K
Termisk kapacitet: 50 MJ/K
Gratis varme (personer, eludstyr m.v.): 10 kWh/døgn
Vinduesarealer (syd/øst/vest): 9 + 4+ 4 m²
Energibehov for referencehus:
Transmissions- (og ventilations)tab: 22.000 kWh/år
Gratis varme: -3.650 kWh/år
Solindfald gennem vinduer (i alt 5.880 kWh/år,heraf udnyttes):
-3.350 kWh/år
Varmt vand: 2.700 kWh/år
I alt: 17.700 kWh/år
Radiatorer
Der er regnet med et 2-strengsanlæg, hvor radiatorerne simuleres med en konstant var-meafgivelseskoefficient på 225 W/°K svarende nogenlunde til et radiatorsystem med60°C fremløb og 40°C retur ved en udetemperatur på -12°C.
I simuleringerne er indetemperaturen sat til 20°C. Fremløbstemperaturen til radiatorerneer temperaturen i kedlen (sat til 60°C), eller den er lig med temperaturen i solvarmean-lægget, hvis fremløbet kører uden om kedlen. Der er således ikke shunt eller vejrkom-penseret styring af fremløb.
Flowet i radiatorkredsen styres af en termostatisk ventil, som er helt åben ved 19°C oghelt lukket ved 21°C.
73