Tervetuloa aurinkokeräimen itserakentamiskurssille
Johdanto Teoriaa Aurinkoenergia on ehtymätön ja puhdas energialähde, sitä on aina pidetty tärkeänä energialähteenä. Auringonsäteily sisältää parhaimmillaan 1 kw energiaa neliömetriä kohden. Kesän auringon paisteessa musta peltikatto lämpenee helposti polttavan kuumaksi. Aurinkoenergia on uusiutuvaa energiaa ja sen tuotannosta syntyy päästöjä ja jätettä vain laitteiden valmistuksessa ja kierrätyksessä. Kaupallisia toimittajia löytyy jo Suomestakin ja se on lisääntymässä. Löytyy myös ratkaisuja jossa aurinkokeräin on integroitu valmiiksi kattopeltiin tai seiniin.
Teoriaa Aurinkoenergiaa voidaan käyttää aktiivisesti tai passiivisesti. Aktiivinen käyttö tarkoittaa aurinkokeräimen (lämpö) tai aurinkopaneelin (sähkö) käyttöä. Passiivisessa aurinkolämmityksessä itse rakennus tai sen rakenneosat hyödyntävät auringonsäteilyä. Säteily tunkeutuu esimerkiksi ikkunan läpi huoneeseen ja tila lämpiää. Lämpö varastoituu rakenteisiin ja vapautuu yön aikana. Erillistä aurinkokeräintä tai lämmönsiirtämistä ei tarvita.
Teoriaa Aurinkoenergia voi kuulostaa maallikosta vieraalta ja vaikealta. Aurinkolämpötekniikka on kuitenkin hyvin ihmisläheistä teknologiaa. Ohjeilla ja talonpoikaisjärjellä onnistuu oman aurinkojärjestelmän rakentaminen. Itserakennettuja aurinkokeräinjestelmiä löytyy Suomestakin jo muutamia tuhansia. Suomen aurinkokeräinten yhteenlaskettu pinta-ala oli v. 2012 noin 20000 m², mutta Euroopan maissa luku on huomattavasti suurempi, esim. Itävallassa v.2012 4 mil. m²
Teoriaa Itse tehty aurinkokeräinjestelmä mielletään joskus mustaksi patteriksi talon katolla. Sitä se ei ole tänä päivänä, vaan vuosikymmenen kehityksen kautta siitä on muodostunut tekninen tuote. Itserakennettu aurinkokeräin on yhtä hyvä ja toimiva kuin teollisesti valmistettu tuote. Ulkonäöltään saattaa olla jopa parempi. Aurinkolämmitysjärjestelmän rakentamisessa ei tarvita periaatteessa mitään erityistaitoja, joten sen toteuttaminen onnistuu myös omatoimiselta rakentajalta. Ammattimiestä tarvitaan liitettäessä aurinkolämmitys-järjestelmä vesijohtoihin ja peruslämmitysjärjestelmään. Myös sähkötyöt on teetettävä ammattimiehellä.
Teoriaa Motiivit aurinkolämmön itserakentamiselle ovat moninaiset. Jotkut henkilöt pitävät rakentelusta, toiset haluavat tehdä jotain ympäristön hyväksi, joku haluaa sulkea lämmityskattilan kesäksi. Toisaalta energian jatkuva hinnannousu motivoi ihmisiä säästämään. Oman energian tuottaminen vaikuttaa ostettavan energian määrässä ja hinnassa. Euro on hyvä konsultti. Jos omille työtunneille ei laske hintaa, niin omana työnä rakennettu keräin tulee kaupallista aurinkokeräinjärjestelmää selvästi edullisemmaksi.
Teoriaa Aurinkolämpö sopii hyvin yhteen öljy-, pelletti-, puu-, hake-, sähkö- ja maalämpöjärjestelmien kanssa. Se sopii erityisen hyvin lämmitysjärjestelmään, jossa on ennestään vesivaraaja (esim. puutai hakelämmitys). Se sopii hyvin myös lämpöpumppujärjestelmän rinnalle. Öljy- ja aurinkolämmön yhdistämiseksi on kehitetty tarkoitukseen sopiva öljykattila. Sähkölämmitteisessä talossa aurinkolämpö voidaan kytkeä lämminvesivaraajaan. Taloissa, joissa on vesikiertoinen lattialämmitysjärjestelmä, saadaan enemmän energiaa aurinkolämpöjärjestelmästä, kuin patterilämmitysjärjestelmässä. Tämä johtuu siitä, että lattiassa kiertävän nesteen lämpö on alhaisempi kuin pattereissa kiertävän nesteen lämpö. Kun aurinkolämpöjärjestelmää mitoitetaan, lähtökohtana on kesäkuukausien lämpöenergiakulutus, lähinnä käyttöveden tarve. Varaajan kapasiteetin tulee riittää muutaman päivän kulutukseen. Talvikaudella keräin toimii muun lämmitysjärjestelmän ohella.
Teoriaa Laskentaohjelma aurinkolämpölaitteiston mitoitukseen SOLPROS on suunnitellut helppokäyttöisen SELFSOL 2000 -ohjelman aurinkolämpöjärjestelmien mitoitukseen ja energialaskentaan. Ohjelma soveltuu erityisesti aurinkolämmön suunnitteluun lämpimän käyttöveden ja lämmityssovelluksissa. Yksityishenkilöt saavat käyttää SELFSOL 2000 -ohjelmaa ilman korvausta. Ohjelman voi ladata SOLPROSIN verkkosivuilta.
Teoriaa Erilaisia keräimiä Tyhjöputkikeräin Tasokeräin
Teoriaa Itserakentaminen tapahtuu helpoiten pienessä ryhmässä, jolloin osa työvaiheista voidaan tehdä yhdessä, mikä käy helpommin kuin yksin. Samoin porukasta löytyy usein erilaista osaamista, joka on hyödyksi työn toteutuksessa. Ostamalla yhdessä tarvikkeet saadaan myös selvästi paremmat alennukset kuin yksin toimittaessa. Varsinaisia erityistaitoja itserakentajilta ei vaadita. Rakentamiseen voi kulua muutama viikonloppu parhaassa tapauksessa pari kolme päivää, riippuen miten valmiista osista järjestelmä tehdään. Laitteistolla on käyttöikä 20-30 vuotta.
Aurinkolämmön hyödyntäminen Suomen olosuhteissa Suomessa saadaan auringonsäteilyä yleisesti luultua enemmän. Meillä kylmyys yhdistyy mielessä usein pimeään. Kesällä Suomi on aurinkoinen ja silloin aurinkolämpöä voidaan hyödyntää tehokkaasti. Suomessa lämmityskausi ulottuu usein kesäkuukausiin saakka ja aurinkoenergia voi toimia apulämmönlähteenäkin. Kesällä auringon säteilyä tulee Suomessa pitkistä päivistä johtuen enemmän kuin Keskisessä Euroopassa. Talvikuukausina tilanne on päinvastainen ja talvella auringon paistetta ei riitä hyödyksi keräimessä. Suomessa aurinkoenergiaa aurinkokeräimeen voidaan käytännössä hyödyntää helmikuun lopulta lokakuun alkuun. Lokakuusta helmikuun alkuun tulee niin vähän auringon paistetta, ettei sen hyödyksi ottaminen juuri kannata. Kaavio 1 havainnollistaa tilannetta.
Aurinkokeräimen tuotto Aurinkokeräimen tuotto kwh/m², tasokeräin 80 70 60 50 40 30 20 10 0
Aurinkokeräimen tuotto Aurinkokeräimen vuosituotto on noin 700 1200 kwh/m² ja hyötysuhde 41 62%, riippuen valmistajasta. Kaavion tuotto on suurin piirtein Oulun korkeudelta. Muissa Suomen kaupungeissa vuoden esimerkiksi kokonaistuotto kwh/m² /v on: Sodankylä 979 kwh Jyväskylä 1042 kwh Helsinki 1152 kwh Paikkakunnittain katsottuna etelä- ja länsirannikko on Suomessa aurinkoisinta. Keräintasolle saadaan noin 700-1200 kwh/m2 vuodessa. Kesäpäivänä etelä- ja länsi Suomessa sijaitsevan talon katolle tulee neliömetrille keskimäärin 6 kwh auringon säteilyä. Sadepäivänä ei tietenkään saada juuri mitään, mutta aurinkoisena päästäänkin jopa lähes 10 kwh:iin. Puolipilvisenäkin päivänä aurinkokeräin tuottaa vähän lämpöä.
Järkeviä käyttösovelluksia - missä ja milloin? Suomessa aurinkoenergian hyödyntämisessä kannattaa keskittyä sovelluksiin, joissa tarvitaan energiaa maalis-lokakuun välisenä aikana. Paras aurinkoisuus on huhtikuun puolivälistä syyskuun puoliväliin. Aurinkolämmön varaan ei siis kannata rakentaa talviajan energian käyttöä. Mistä sitten löytyvät aurinkolämmön ja itserakentamisen järkevät sovellukset? Tarvitaanko kesällä lämpöä? Sovelluskohteita löytyy runsaasti. Seuraavassa joitakin esimerkkejä: Asuintaloissa: lämpimän käyttöveden tuottaminen, pesu- ja märkätilojen lattialämmitys Kesämökillä: lämmin vesi, kesämökin kevätlämmitys ja kuivaus Maatiloilla: lämmin- ja pesuvesi tuotanto- ja asuintiloihin sekä eläinten juomavesi Muita sovelluksia: uima-altaat, kylpytynnyrit, leirintäalueet, lomakylät
Aurinkokeräimien osat, asennuspaikkoja ja toimintaperiaate Miten aurinkolämpöjärjestelmä toimii? Aurinkolämpöjärjestelmä koostuu useasta komponenteista ja laitteesta. Sen keskeisiä osajärjestelmiä ovat: Aurinkokeräin Varaaja Pumppuyksikkö Yhdysputkisto Paisunta-astia Lämmönvaihdin ja säätöyksikkö.
Aurinkokeräimien osat, asennuspaikkoja ja toimintaperiaate 11 2 3 4
Aurinkokeräimien osat, asennuspaikkoja ja toimintaperiaate Auringon säteily muunnetaan aurinkokeräimessä (1) lämmöksi. Lämpö siirretään putkistossa (2) virtaavan lämmönsiirtonesteen (vesi/jäänestoaine-seos esim. Proyeleeniglykoli) avulla lämpövaraajaan (3), jossa se luovuttaa lämpönsä veteen. Varaajaan asennettu peruslämmönlähde, esimerkiksi lämpövastus (4), varmistaa lämpimän veden saannin pilvisinä jaksoina. Jäähtynyt vesi kierrätetään pumpun avulla takaisin aurinkokeräimelle. Säätöyksikkö huolehtii, että pumppu käynnistyy vain jos Aurinkokeräimen lämpötila on korkeampi kuin lämpövaraajan lämpötila. Säätöyksikössä on kaksi lämpötila-anturia. Keräinputkiston vesitilavuus muuttuu lämpötilan muuttuessa. Nämä kompensoidaan paisunta-astian avulla, joka pitää putkistonpaineen tasaisena. Yksisuuntaventtiili estää käänteisen kierron tai lämmön virtaamisen keräimiin kun pumppu ei käy. Ylipaineventtiili päästää kiertonestettä ulos, jos paine putkistossa kasvaisi liian korkeaksi. Ilmanpoistoventtiili) asennetaan järjestelmän korkeimpaan kohtaan, jotta putkistossa mahdollisesti oleva ilma saadaan poistettua. Kylmän veden sisäänsyöttö ja lämpimän veden ulosotto varaajasta rakennetaan lisäksi.
Aurinkokeräin Aurinkokeräin on aurinkolämmitysjärjestelmän keskeisin osa (kuva 1). Aurinkokeräimen musta pinta absorboi auringonsäteily ja lämpenee. Lämpöhäviöiden pienentämiseksi mustan absorptiopinnan suojana on läpinäkyvä kate ja sen alla on noin 30 60 mm:n eristelevy. Absorptiopinnassa syntynyt lämpö johdetaan siihen liitetyssä putkistossa virtaavan nesteen avulla varaajaan. (kursseilla käytetyn apsorpaattorilevyn valmistaja on ruotsinkielinen Johnny Juthman, osoite Nymossvägen 31 Övermark, gsm 050-3658121 sähköposti: johnny.juthman@gmail.com )
Aurinkokeräimen suuntaus Auringonsäteilyä saadaan parhaiten eteläsuunnasta. Pienet poikkeamat eivät merkittävästi vaikuta saatavaan auringon säteilyyn. Ilmansuunnat lounaasta kaakkoon ovat hyviä. Jos aurinkokeräin on suunnattu itä-etelä-sektoriin tuottaa se paremmin lämpöä aamupäivällä. Vastaavasti etelä-länsi-sektori antaa paremman tuoton iltapäivällä. Aurinkokeräin kallistetaan mielellään vähintään 20-22ᵒ kulmaan lumikuormasta johtuen. Pienen kallistuskulman yhteydessä keräimet eivät välttämättä puhdistu itsestään ja lika jää lasipinnalle. Pientalon katon kallistus on usein riittävä aurinkokeräimen rakentamiseksi sen päälle. Pieni kallistus lisää aurinkolämmön tuottoa keskikesällä ja suuri kallistus antaa suhteessa enemmän keväällä ja syksyllä. Pystypinta tuottaa enemmän talvella, mutta silloin aurinko paistaa muuten hyvin vähän. Aurinkokeräinten optimaalinen suuntaus on suoraan etelään ja kallistus 30-60 ᵒ. Näistä arvoista poikkeaminen pienentää aurinkoenergian saatavuutta. Suuntauspoikkeama ± 45ᵒ etelästä (lounas-kaakko) pienentää aurinkokeräimien vuosituottoa 10%. Kallistuskulma on 30-60ᵒ ja suuntaus etelään ± 30ᵒ antaa suurin piirtein saman vuosituoton.
Aurinkolämpöjärjestelmän perusmitoitus - lämmin käyttövesi Aurinkolämpöjärjestelmän mitoituksessa lähdetään liikkeelle lämpimän käyttöveden tarpeen arvioimisesta. Lämpimän veden tarve riippuu hyvin paljon käyttötottumuksista. Oletetaan, että pientalo jossa on 3-hengen perhe. Lämpimän veden tarve on n. 120 litraa päivässä. Taloon on rakennettu itse 2 m²:n aurinkokeräin ja se on yhdistetty 300 litran vesivaraajaan, jossa on sähkövastus. Perheen lämpimän käyttöveden kulutus vastaa vuodessa 2646 kwh energiaa. Itserakennettu aurinkolämpöjärjestelmä tuottaa 1400 kwh eli puolet kaikesta lämpimästä käyttövedestä. Keskikesällä aurinko tuottaa lähes 100 % tarpeesta. Aurinkolämpöä saadaan käytännössä maaliskuusta lokakuuhun. Suuntaa antavia mitoitustietoja aurinkolämpöjärjestelmälle Käyttövesi litraa/päivä Varaajan koko (l) Keräin m² Paisunta-astia (l) 100-200 300 4-6 18-24 200-300 500 6-8 24 300-500 800 8-10 25-50 500-800 1000 10 15 40-50
Aurinkokeräimen rakenne, tasokeräin Tätä mallia on käytetty pohjois-pohjanmaalla, pohjanmaalla, pohjoisessa ja etelä-pohjanmaalla RST-ruuvi jolla alumiinikulmakisko kiinnitetään U-profiiliin Puulista,jonka korkeus on hieman korkeampi kuin lasi jonka alla on tiiviste Alumiikulmakisko 40x40x4 Tiiviste Lopuksi laitetaan säänkestävä silikoni koko kehän ympäri Lasi POP eli vetoniitti jolla absorbaattori kiinnitetään peltiluskaan 3 kpl Absorbaattotilevy Eriste, joka kiertää koko sisäpuolen Peltiliuska johon absorbaattori kiinnitetään. Peltiliuska pitää absorpaatorin paikallaan, peltiliuska tulee molempiin päätyihin Eristelevy esim. UPS (alumiinipintainen) paksuus 30 mm. Käytettäessä kovaa eristettä, ei tarvita aluslevyä
Aurinkokeräimen pumppuryhmä Aurinkolämpöjärjestelmän nestepiirin toiminnan ytimenä on pumppuryhmä, jossa on tarvittavat lvi-laitteet aurinkopiirin ohjaamiseksi. Pumppuryhmän voi hankkia valmiina tai sen voi valmistaa komponenteista itse. Ohjattava kiertovesipumppu: pumpun koko riippuu putkiston pituudesta, keräinten lukumäärästä ja erilaisista virtausvastuksista. Pientalon aurinkolämpöjärjestelmässä riittää 40 60 W:n kiertovesipumppu. Pumpun tulee olla ohjattavissa (on/off). Sopivia pumppumerkkejä ovat esimerkiksi Grundfors ja Wilo. Säätö- ja ohjausyksikkö: säätöyksikön tehtävänä on käynnistää aurinkopiirin kiertovesipumppu, kun keräimen lämpötila ylittää varaajan lämpötilan. Säätöyksikköön kuuluu 2 lämpötila-anturia, jotka tulevat varaajan alaosaan ja keräimen yläosaan.
Aurinkokeräimen pumppuryhmä Pumppuyksikkö lämmönvaihtimella ja tehomittarilla Pumppuyksikkö lämpö- ja painemittarilla
Aurinkokeräimen rakentamisjärjestys 1.Tehdään aurinkokeräimen runko eristyslevyineen 1. Tasokeräimen runko tehdään alumiinista, sen pinta-ala on n. 2 m². Runko koostuu kahdesta pitkästä ja kahdesta lyhyestä U-muotoisesta profiilista. 2. Runkoprofiilien liittämiseen käytetään alumiinisia kulmakappaleita. Kulmakappaleet kiinnitetään vetoniiteillä, ne on kooltaan 4,8x16 mm ja reiät 5 mm. Ensin niitataan ( 3 kpl) kaksi kulmakappaletta lyhyiden sivujen päihin. Seuraavaksi kiinnitetään pitkät sivut, vain toiseen lyhyeen sivuun. 3. Suositellaan paineilmatoiminen vetoniittipihti. Sitä on kevyempi käyttää kuin käsitoimista
Aurinkokeräimen rakentamisjärjestys 4. Seuraavaksi leikataan ja asennetaan eristepohjalevy (alumiinipintainen esim. SPU AL) paikoilleen ja toinen lyhyt sivu niitataan kiinni. Tämän jälkeen on syytä tehdä ristimittaus kehään, ristimitta ei saa heittää. 5. Seuraavaksi laitetaan peltisoirot kehän lyhyihin päihin absorbaattorin kiinnitystä varten. Pelti tulee sivussa olevien eristesoirojen alle. 6. Sitten asennetaan reunoihin eristesoirot ja laitetaan liimapohjainen alumiinipaperi reunaan ja pohjalevyn kulmaan.
Aurinkokeräimen rakentamisjärjestys 2. Absorbaattorilevyn ja tiivisteiden asentaminen 7. Absorbaattorilevy laitetaan kehään jotta saadaan mitoitettua ja porattua putkien ulostuloreiät rasiaporalla. Reikien koko n. 30 mm. 8. Reikien porausten jälkeen asennetaan absorbaattori paikalleen ja kiinnitetään se päädyissä oleviin peltisoiroihin vetoniiteillä.
Aurinkokeräimen rakentamisjärjestys 9. Seuraavaksi asennetaan EPDM tarrapintainen tiiviste 6x20mm kehän sisäreunaan. 10. Asennetaan karkaistu lasilevy (1015x2155x4-5 mm) kehän päälle. Lasilevyn ympäri reunalle asennetaan myös EPDM tiiviste. 11. Sahataan puulistat 20x15 mm. 2 kpl 2200 mm ja 2 kpl 1010 mm. Laitetaan ne kehälle lasin ympärille. Puulistojen tarkoitus on ettei runkolistoja kiinnitettäessä ruuveilla rikota lasia.
Aurinkokeräimen rakentamisjärjestys 3. Reunalistojen asennus 10. Reunalistat tehdään alumiinista 40x40x3 mm. Pituudet 2 kpl 2210 mm ja 2 kpl 1075 mm.. Eli lasi on kahden tiivisteen välissä. Reunalistoihin porataan 6 mm reiät kuvan mukaisesti. 15 93 225 2210 ǿ 6 1075 15 93 225 ǿ 6
Aurinkokeräimen rakentamisjärjestys 11. Tärkeää on, etteivät reiät on 15 mm päässä L-listan kulmasta. Tällöin ruuvit eivät kosketa lasin reunoihin eivätkä riko lasia. 12. Ensin kiinnitetään pitkät reunalistat. Toinen pää sahataan 45ᵒ kulmaan. toinen pää vasta myöhemmässä vaiheessa jolloin reunalistojen kulmaliitokset saadaan tiiviiksi. 13. Reunalista asennetaan paikoilleen ja porataan reiät puulistan ja kehyksen läpi 3 mm poralla. Reunalista kiinnitetään itsekierteittävillä RST-ruuveilla 5,5 32 mm: Ruuvit kiristetään tasaisesti, että liitoksesta tulee tasainen ja tiivis ja tiukka koko pituudeltaan. Reunalistoja asennettaessa on huomioitava, etteivät ne tule liian lähelle lasia. Lasin lämpölaajeneminen saattaa johtaa lasin rikkoutumiseen. Lasi laajenee erityisesti silloin jos keräimen nestekierto pysähtyy, tällöin lämpötila nousee korkeaksi ja lasi laajenee paljon.
Aurinkokeräimen rakentamisjärjestys 4. Loppu tiivistäminen 14. Lopuksi tiivistetään reunalistan kulmat, putkien ulostuloreiät ja reunalistan ja lasin reuna kuumuutta kestävällä Sikafleksillä tai vastaavalla.
Käyttöönotto- ja huolto-ohje Aurinkolämpöjärjestelmän suorituskykyyn ja toimintaan vaikuttavat merkittävästi oikein suoritettu käyttöönotto, toiminnan säännöllinen seuranta ja huolto sekä ylläpito. Tämä ohjeisto on tarkoitettu itserakennetun aurinkolämpöjärjestelmän käyttöönoton avuksi ja ylläpidon ja huollon tueksi. AURINKOLÄMMITYSJÄRJESTELMÄN KÄYTTÖÖNOTTO TARKISTUSPISTE 1. Aurinkokeräimen lasi kunnossa ja puhdistettu (asennettaessa) 2. Aurinkokeräimen tiivisteet on tarkistettu (asennettaessa) 3. Laippojen ruuvit on kiristetty 4. Varaaja on kytketty kylmä- ja kuumavesiputkeen 5. Varaaja on täytetty vedellä 6. Kaikki putket ja komponentit on juotettu kiinni 7. Kiertovesipumppu ja säätöjärjestelmä on kytketty putkistoon 8. Kaikki sulkuventtiilit on aukaistu 9. Paisunta-astian alkupaine on oikea 10. Putkisto on huuhdeltu ennen jäänestoaineen täyttöä 11. Pumpun toiminta on tarkistettu 12. Lämpötila-anturien toimivuus on tarkistettu TARKISTETTU (Suoritettu)
Käyttöönotto- ja huolto-ohje Käyttöönottotoimet: 1. Aurinkokeräinten koeponnistus (kun absorptiopinta on valmis) 2. Aurinkolämpöjärjestelmän tiiviyden tarkistus 3. Koko aurinkolämpöjärjestelmän koeponnistus kun kytkennät tehty 4. Koko aurinkolämpöjärjestelmän huuhtelu 5. Putkiston täyttäminen jäänestoliuoksella (viim. 1.9 mennessä). PROYLEENIGLYKOLI on tähän sopiva aine ei kiehuessaan puuroudu. 6. Järjestelmän ilmaus täytettäessä ja n 1 kk ajan (vain aamuisin) 7. Järjestelmän säätöyksikön säätöarvojen asettaminen
Käyttöönotto- ja huolto-ohje HUOLTO JA YLLÄPITO Tarkastuspiste Oikea toiminta-arvo Järjestelmän arvo Järjestelmän paine vakio keräimen sisäänmenon ja ulostulon lämpötilaero alle 10 Cᵒ toimiiko pumppu auringon paisteessa? kyllä, käy Aiheuttaako ilma putkistossa melua? ei ääntä Pysähtyykö pumppu illalla tai pilvisellä säällä? pysähtyy Varoventtiili kiinni Vuositarkastukset: TARKISTUSPISTE Keräinlasi Putkisto Jäänestoaine Jäänestoaineen väri TOIMENPIDE puhdistetaan, jos on likainen paine ja kunto tarkistetaan tarkistetaan, että pitoisuus on riittävä himmeneminen voi olla merkki korroosionestoaineen loppumisesta
Aurinkokeräinten rakentamiskurssi Tuumasta toimeen ja rakentamaan