Soluppvärmning
Solvärme är en utsläppsfri och förnybar värmekälla. Den lämpar sig för uppvärmning av lokaler och tappvarmvatten i både småhus och bostadsrättsföreningar.
Solvärme kan användas både aktivt och passivt
Passivhus innebär att ljus och värme från solen tas tillvara direkt utan behov av separat utrustning och att värmen lagras i byggnadens konstruktioner. Detta kräver en byggplats där majoriteten av byggnadens fönster kan vändas mot söder utan skuggning. Passiv solenergiåtervinning omfattar också solavskärmning med hjälp av en skuggningsstruktur eller persienn. På vintern värms utrymmet upp av den låga strålning som når insidan, medan solavskärmningen minskar värmebelastningen på sommaren.
Vid aktiv återvinning omvandlas solstrålningen till värmeenergi med hjälp av solfångare. Energin lagras vanligtvis i en vattentank, men den kan också anslutas till andra vattenburna värmesystem eller till fjärrvärmenätet. Solvärmeenergi kan också användas för andra varmvattenapplikationer, t.ex. uppvärmning av utomhuspooler. Värmeöverföringsmediet för solfångare kan vara både luft och vätska.
Vad ska man tänka på när man köper ett solvärmesystem?
Köpet av ett solvärmesystem börjar med en kartläggning av energibehovet och den avsedda användningen. Rätt dimensionering av systemet är en nyckelfaktor för lönsamheten i köpet. Ett typiskt småhussystem har 4-8 solfångarfält om endast tappvarmvatten värms upp och 8-12 solfångarfält om solvärmeenergi även används för uppvärmning av utrymmen.
I Finland får man den högsta årliga avkastningen genom att orientera solfångarna mot söder och i en vinkel på cirka 45 grader. Om du vill maximera utbytet på sommaren ska du välja en svagare vinkel. Om solvärmen används för rumsuppvärmning är det lämpligt att öka utbytet under vår och höst. I så fall höjs solfångarna till en mer vertikal vinkel.
Eftersom vinden kyler ned solfångarna och ökar förlusterna bör de placeras på en skyddad plats. Ofta kan en lämplig skuggig och varm plats hittas på taket till en byggnad. På öppna tomter kan solfångarna också installeras på marken eller på husväggen. Kollektorerna kan också installeras som en del av byggnadens klimatskal och på så sätt bilda ett vind- och vattentätt byggelement som inte bara kan användas för energiproduktion utan också som vattentak, vindskydd, fasadbeklädnad, balustrad eller bullerskydd. Det är också lämpligt att placera solfångarna så nära reservoaren som möjligt för att minimera värmeöverföringsförlusterna.
Innan solfångarna installeras måste takkonstruktionens hållbarhet och skick kontrolleras. Hänsyn måste också tas till snö- och vindlaster. Om möjligt är det lämpligt att montera solfångarna i en vinkel som minimerar snömängden eller på en plats där snön lätt kan avlägsnas. Kontrollera samtidigt hur solfångarna fysiskt kan fästas i huskonstruktionen. Tillståndsförfaranden för installation av solfångare kan variera beroende på typ av byggnad och typ av installation. Det är alltid lämpligt att i förväg kontrollera med kommunens byggnadsinspektion.
Solvärmesystem
I solvärmesystem är det nästan alltid nödvändigt att ha ett värmelager. Värmen lagras vanligtvis under några dagar för att kompensera för temperaturfluktuationer under dagen och väderrelaterade temperaturfluktuationer. I mindre tillämpningar, t.ex. i småhus, lagras solvärmen vanligtvis i vattentankar, golvkonstruktioner, i marken eller i en värmebrunn i marken. I luftkylda system lagras värmen ofta i konstruktioner.
Värmeöverföringsmediet för solfångare kan vara antingen vätska eller luft. I vätskekylda solfångare överförs värmen med en vätska till användningsställena eller till en värmeväxlare. Vätskekylda solfångare kan delas in i två huvudtyper: plana solfångare och evakuerade rörsolfångare. Den cirkulationsvätska som används i kollektorn är vanligtvis frostskyddsvätska, även om vatten har mycket bättre värmeöverföringsegenskaper än andra vätskor. Vatten kan användas som cirkulationsvätska i system där det inte finns någon risk för frysning. I annat fall bör komponenter som kommer i kontakt med utomhusluften dräneras när utomhustemperaturen sjunker under 0 °C.
I luftkylda solfångare överförs värmen med hjälp av luft.
Nivåuppsamlare
I plana kollektorer samlas strålningen upp av ett mörkt kollektorelement. I dessa absorberar nästan hela kollektorns yta strålningen. Elementets mörka yta absorberar större delen av den strålning som faller på den och blir varmare. Elementet är vanligtvis av metall, men värmebeständig plast används också, särskilt när det gäller taklösa solfångare.
Vakuumrörsamlare
Vakuumrörsolfångaren är nästan helt avluftad, vilket avsevärt minskar ledningsförlusterna och bibehåller en högre verkningsgrad än en plan solfångare vid höga drifttemperaturer. Vakuumet i glasröret fungerar som en effektiv värmeisolator och förhindrar effektivt att värme läcker ut till utomhusluften, vilket gör att en större andel av värmen kan återvinnas. Därför kan vakuumrör ha högre värmeeffekt än platta pannor, särskilt under kalla årstider. Under varmare årstider är det inte så stor skillnad mellan värmeproduktionen hos platt- och vakuumrörsolfångare, men vakuumrörsolfångare är betydligt dyrare.
Temperaturen inuti en vakuumrörsolfångare kan nå upp till 250 grader Celsius medan solfångarens yttemperatur förblir betydligt svalare. Värmeöverföringen från vakuumröret till värmeöverföringsvätskan sker antingen med genomströmning eller med värmeledning. I genomströmningsvakuumrörsolfångare strömmar vätskan antingen i ett u-format rör eller i ett koaxialt rör som bildas av nästlade rör.
Luftkompressor
Luftbatteriet använder luft som värmeöverföringsmedium. I luftcirkulerande kollektorer överförs värmen med hjälp av luft. Den cirkulationsvätska som används i kollektorn är vanligtvis frostskyddsvätska, även om vatten har mycket bättre värmeöverföringsegenskaper än andra vätskor. Vatten kan användas som cirkulationsvätska i system där det inte finns någon risk för frysning. I annat fall bör komponenter som kommer i kontakt med utomhusluften dräneras när utomhustemperaturen sjunker under 0 °C.
Eftersom luft har en lägre värmeabsorptions- och värmeöverföringsförmåga än vätska, erhålls välfungerande enheter genom att bygga absorptionselement med en stor värmeöverföringsyta.
Anslutning av solvärme till andra värmesystem
Ett solvärmesystem lämpar sig väl som en del av det övriga värmesystemet som ett så kallat hybridsystem, där solvärme används för att ersätta köpt energi eller för att lagra värme. Solvärme används oftast för att värma tappvarmvatten, men det kan också integreras med andra vattenvärmesystem för att minska bränsle- eller elförbrukningen. Om solvärmen endast används för tappvarmvatten och systemet är relativt stort kan överskottsvärmen användas för att värma upp t.ex. en utomhuspool.
Direkt anslutning till eluppvärmning
När en byggnad värms upp med direktverkande el kan solvärmen användas passivt för rumsuppvärmning och aktivt för tappvarmvatten. I det här fallet används en solvärmd varmvattenberedare med en solspiral för tappvarmvatten i stället för en konventionell varmvattenberedare.
Anslutning till elektrisk uppvärmning av lagringsutrymme
När en byggnad värms upp med direktverkande el kan solvärmen användas passivt för rumsuppvärmning och aktivt för tappvarmvatten. I det här fallet används en solvärmd varmvattenberedare med en solspiral för tappvarmvatten i stället för en konventionell varmvattenberedare.
Anslutning till oljeuppvärmning
Det är tekniskt förnuftigt att ansluta solvärme till oljepannan, eftersom oljepannans värmeförluster elimineras och oljepannan till och med kan stängas av under långa perioder på sommaren. Vattenvolymen i en oljepanna är normalt cirka 150-200 liter, vilket är otillräckligt för solvärmeanvändning. För att lagra den energi som produceras av solfångarna parallellkopplas ett separat energilagringssystem.
Anslutning till vedeldning
Solenergi lämpar sig väl för att kombineras med uppvärmning med ved eller annan biomassa. Utanför uppvärmningssäsongen överhettas interiören av värmelasten från en vedpanna som används på sommaren. En annan fördel med att kombinera solvärme med vedeldning är att det frigör bränsletillförseln för uppvärmning under sommaren. Solvärme ansluts till vedeldning enligt samma principer som vid elektrisk vattenuppvärmning.
Anslutning till geotermisk uppvärmning
Solfångaren kan också anslutas till ett geotermiskt system för att förbättra effektiviteten och effekten hos geotermisk uppvärmning, eller alternativt använda den geotermiska kollektorn som ett värmelager, eller tillsammans med fjärrvärme för att minska fjärrvärmeförbrukningen.
Lagring av solenergi i en vattentank
I solvärmesystem är den absolut vanligaste lösningen att använda en vattenlagringstank för att lagra värmeenergi. Detta är vanligtvis ett system för dagtidslagring, vilket innebär att solvärmen är tillgänglig under alla tider på dygnet under de soliga årstiderna och även under molniga och regniga dagar.
Den vanligaste användningen av solvärme är att värma tappvarmvatten, vilket kan kombineras med uppvärmning av tvätt- och basturum eller torkradiatorer. För rumsuppvärmning cirkuleras vattnet från ackumulatortanken i golvvärmerör, radiatornätverk eller en kombination av båda. En blandningsventil reglerar temperaturen på det cirkulerande vattnet, vanligtvis baserat på utomhustemperaturen. En varmvattenslinga i toppen av ackumulatortanken producerar tappvarmvatten. Vid hög varmvattenförbrukning eller för att på annat sätt säkerställa tillräckligt med varmvatten kan ett förvärmningsslinga i botten av lagringstanken förvärma det kalla varmvattnet och därmed öka solvärmesystemets effektivitet.
Ett solfångarsystem är ofta dimensionerat för att täcka ungefär hälften av den energi som behövs för varmvattenberedning. Lagringstankens volym måste stå i proportion till solfångarnas storlek och den värmeenergi de producerar. Volymen på ackumulatortanken bör helst vara minst 100 till 1500 liter per 1,5 m2 solfångararea. En större volym rekommenderas om ackumulatortanken inte töms dagligen under sommarperioden. En ny och välisolerad ackumulatortank på 300-500 liter har en värmeförlust på ca 3 kWh/dag. Den genomsnittliga förbrukningen av tappvarmvatten är 50 l/person/dag.
Årlig avkastning, verkningsgrad och livslängd för ett solvärmesystem
Den årliga avkastningen från ett solvärmesystem beror i hög grad på typen av solfångare, placeringen och orienteringen av de installerade solfångarna samt dimensioneringen i förhållande till anläggningens värmeförbrukning. Typisk produktion för varmvatten är 0,4 MWh per solfångar m2 , medan andra tillämpningar, t.ex. uppvärmning av utrymmen eller pooler, ger ett utbyte på minst 0,5 MWh per solfångar m2 . Under en solig dag kan 2 till 3 kWh värmeenergi produceras per m2 solfångare, vilket höjer temperaturen på 100 liter vatten med 15 till 25 °C respektive 50 liter med 30 till 50 °C.
Endast en del av den solstrålning som når solfångaren kan utnyttjas. Beroende på teknik och förhållanden kan solfångarens verkningsgrad vara så hög som mer än 70%. I praktiken är dock verkningsgraden för hela systemet lägre på grund av faktorer som temperaturförhållanden och lagringskapacitet för termisk energi. För alla vätskecykelkollektorer är värmeuppsamlingseffektiviteten högre när vätskan som kommer in i kollektorn är så kall som möjligt. Detta kräver lägsta möjliga temperatur i energireservoaren eller en motsvarande låg returtemperatur till värmenätet. I lågtemperaturtillämpningar, t.ex. golvvärme, är verkningsgraden således bättre än vid radiatoruppvärmning.
Livslängden för ett solvärmesystem kan uppskattas till cirka 30 år. Underhållskostnaden under dess livslängd är 5-10% av den ursprungliga investeringen. Styrenheten och expansionskärlet behöver vanligtvis bytas ut en gång och värmeöverföringsvätskorna två gånger på 30 år. Pumpen håller vanligtvis under hela solvärmesystemets livslängd.
Underhåll och service av solvärmesystem
Det krävs mycket lite underhåll för platta paket. Hela systemet måste dock inspekteras regelbundet och underhållas vid behov för att säkerställa att det fungerar korrekt under hela sin livslängd.
Normalt rengörs solfångarna tillräckligt av snö och regnvatten. Solfångare bör dock rengöras regelbundet om det finns mycket träd eller annan smuts eller skräp i närheten. Om du misstänker att du har överskridit den tillåtna snölasten på vintern kan du ta bort snön, så länge utrustningen inte skadar solfångarnas glasytor. Det är också en god idé att årligen kontrollera solfångarnas kopplingar, fogisolering och konstruktionsgenomföringar med avseende på eventuella läckage eller fågelskador. På samma sätt bör justeringarna av solvärmesystemet kontrolleras varje år.
Frysskyddet och köldbärarvätskans fryspunkt bör normalt kontrolleras vartannat år för att förhindra att köldbäraren fryser på vintern. Trycket i systemet varierar något med temperaturen, så tryckmätaren bör också övervakas. Om solfångarsystemet inte används, t.ex. under längre perioder av frånvaro, är det bra att täcka över solfångarna för att förhindra att värmeöverföringsvätskan kokar. Det är också en god idé att serva och rengöra ackumulatortanken i samband med service av solfångarna.