Aurinkolämpöjärjestelmien itserakennuskurssin lyhennetty ohjekirja SOLPROS 1999 SOLPROS 1999
1 AURINKOENERGIAN HYÖDYNTÄMINEN... 4 1.1 AURINGON SÄTEILYENERGIA... 4 1.1.1 Kokonaissäteily... 4 1.2 AURINGON SÄTEILYN MUUNTAMINEN KÄYTTÖENERGIAKSI... 4 2 AKTIIVISET AURINKOLÄMMITYSJÄRJESTELMÄT... 4 2.1 ERILAISET AURINKOKERÄIMET... 4 2.1.1 Muovikeräin uima-altaisiin... 4 2.1.2 Keskittävät keräimet... 5 2.1.3 Tyhjiöputkikeräin... 5 2.1.4 Tasokeräin... 5 2.2 SYSTEEMIVAIHTOEHDOT... 6 2.2.1 Lämmin käyttövesi... 6 2.2.2 Huonetilan lämmitys... 7 3 JÄRJESTELMÄMITOITUS (LKV)... 7 3.1 LÄMPIMÄN KÄYTTÖVEDEN TARVE... 7 3.2 VARAAJAKAPASITEETTI... 7 3.3 LÄMMÖNVAIHDIN... 7 3.4 KERÄIN PINTA-ALA... 8 3.4.1 Keräintyypin valinta... 8 3.4.2 Kallistus ja sijoitus... 8 3.4.3 Mitoituksen perusteet... 8 3.5 PUTKISTO... 8 3.5.1 Putken halkaisija... 8 4 AURINKOLÄMMITYSJÄRJESTELMÄN KOMPONENTIT... 9 4.1 AURINKOKERÄIN... 9 4.2 VARAAJA... 10 4.2.1 Kerrostuneisuus... 10 4.2.2 Varaajan eristys... 10 4.2.3 Lisälämpö... 10 4.2.4 Lkv:n sekoitusventtiili... 11 4.2.5 Liitäntä pesu- tai tiskikoneeseen... 11 4.2.6 Olemassa olevan varaajan hyödyntäminen... 11 4.2.7 Varaajan sijoitus... 12 4.3 PUMMPUYKSIKKÖ... 12 4.3.1 Kiertovesipumppu... 13 4.3.2 Varoventtiili ja yksisuuntaventtiili... 13 4.3.3 Paisunta-astia... 13 4.3.4 Säätö... 14 4.4 SÄÄTÖJÄRJESTELMÄT... 14 4.4.1 Suurten järjestelmien säätö... 14 5 KOMPONENTTIEN ESIVALMISTUS... 14 VALMISTUSVAIHEET... 15 5.1.1 Puuraami... 15 5.1.2 L-puuprofiili... 15 5.1.3 Alumiini T-profiili... 15 5.1.4 Tiivistemateriaalit... 15 5.1.5 Absorbaattorien juottaminen... 15 5.1.6 Anturitasku... 17 5.1.7 Jakoputki... 17 5.1.8 Kuristin ja yhdysputket... 17 5.1.9 Lasinpitimet ja tiivistekourut... 17 SOLPROS 1999 2
6 KERÄINTEN KOKOMAMINEN... 17 6.1 ASENNUSMAHDOLLISUUDET... 17 6.1.1 Kattoasennus telineille... 17 6.1.2 Kattointegrointi... 18 6.2 AURINKOKERÄINRAKENNE... 19 6.2.1 Absorbaattorin asentaminen... 21 6.2.2 Lämpötila-anturin anturitasku... 21 6.2.3 Keräimen painetesti... 22 6.2.4 Lasin asennus... 22 6.3 KERÄINTEN HYDRAULINEN LIITTÄMINEN... 24 6.4 ILMANPOISTOVENTTIILIN ASENNUS... 25 6.5 PUTKISTON ASENNUS... 25 6.5.1 Sisäänmenoputki... 26 6.5.2 Ulostuloputki... 26 6.5.3 Putkien järjestäminen... 28 6.5.4 Putkiston eristäminen... 28 6.6 JUOTOSLIITOKSET... 29 6.6.1 Pehmeä juotos... 29 6.7 VARAAJAN LIITTÄMINEN HYDRAULISEEN JÄRJESTELMÄÄN... 29 6.8 SÄÄTÖJÄRJESTELMÄN ASENTAMINEN... 30 6.8.1 Sähköiset yhteet... 30 6.8.2 Lämpötila-anturien asentaminen... 30 6.8.3 Varaaja-anturi... 30 6.8.4 Anturiyhdyskaapeli... 30 7 KÄYTTÖÖNOTTO... 30 7.1 JÄRJESTELMÄN HUUHTELU... 31 7.2 JÄRJESTELMÄN TÄYTTÄMINEN... 31 7.3 VESI-JÄÄNESTO SEOS... 31 8 AURINKOLÄMPÖJÄRJESTELMÄN HUOLTO... 32 SOLPROS 1999 3
1 AURINKOENERGIAN HYÖDYNTÄMINEN 1.1 Auringon säteilyenergia Auringon säteilyteho kirkkaalla säällä on 800-1000 W/m 2 Suomessa tulee auringon energiaa vuodessa 1000-kertaa energian tarpeemme verran 1.1.1 Kokonaissäteily Vuodessa säteilyä tulee etelä-suomessa noin 1000 kwh/m 2 80% säteilystä tulee maalis-lokakuun välillä 250 200 kwh/ m² 150 100 Berlin Helsinki Stockholm Copenhagen London Lisabon Almeria 50 0 Jan Feb Mar April May June July Aug Sep Oct Nov Dec Kuva: Auringon säteily vaakatasolle kuukausittain. Toukokuu-Marraskuu 740 kwh/m 2 Lokakuu-Huhtikuu 240 kwh/m 2 Marraskuu-Helmikuu 50 kwh/m 2 1.2 Auringon säteilyn muuntaminen käyttöenergiaksi Aurinkolämpö (aurinkokeräin) Aurinkosähkö (aurinkopaneeli) 2 AKTIIVISET AURINKOLÄMMITYSJÄRJESTELMÄT Aurinkokeräimellä tuotetaan lämpöä 2.1 Erilaiset aurinkokeräimet 2.1.1 Muovikeräin uima-altaisiin SOLPROS 1999 4
Soveltuu vain mataliin lämpötiloihin 2.1.2 Keskittävät keräimet 2.1.3 Tyhjiöputkikeräin 2.1.4 Tasokeräin 2.1.4.1 Keräinhäviöt Heijastus lasista Lämpöhäviöt lasin ja raamin lävitse ns. selektiivisellä pinnalla voidaan vähentää keräinhäviöitä 2.1.4.2 Keräinparametrit K-arvo (W/m 2 K) Optinen hyötysuhde SOLPROS 1999 5
2.2 Systeemivaihtoehdot 2.2.1 Lämmin käyttövesi Suomessa voi vuosittain saada 40-50% lämpimästä käyttövedestä auringon avulla Aurinkokeräimistä tulevan veden lämpötila on 30-80 o C 2.2.1.1 Termosifoni Etelä-Euroopassa voidaan käyttää aurinkolämpöjärjestelmiä, joissa vesi kiertää painovoiman avulla ilman pumppua. Varaaja on keräinten yläpuolella. 2.2.1.2 Pumpulla varustettu järjestelmä Varaaja talossa ja keräimet katolla SOLPROS 1999 6
(1) aurinkokeräin (2) putkisto (3) varaaja (4) lämmön vaihdin (5) lisälämmitin (6) kiertovesipumppu (7) säätöyksikkö (8) lämpömittarit (9) paisuntasäiliö (10) varoventtiili (11) yksisuuntaventtiili (12) ilmanpoistoventtiili 2.2.2 Huonetilan lämmitys Edellyttää suuren keräinpinta-alan ja varaajan Suomessa korkeintaan 10-20% lämmityksestä voidaan saada auringolla Jos järjestelmässä on suuri varaaja, voidaan omavaraisuusaste nostaa jopa 80 %:iin 3 JÄRJESTELMÄMITOITUS (lkv) 3.1 Lämpimän käyttöveden tarve Lkv:n tarve (litraa/päivä) Lämpötila ( C) Tiskaus /henkilö/päivä 12-15 50 Käsien pese 2-5 40 Tukan pesu 10-15 40 Suihku 30-60 40 Kylpy (pieni) 120-180 40 Kylypy (iso) 250-400 40 Alhainen kulutus (litraa) Keskimääräinen kulutus (litraa) Korkea kulutus (litraa) Pientalo Henkilö per päivä 30 50 60 Urheiluhallit Suihkukerta 30 45 60 Ravintolat Tuolia kohden 10 25 45 Hotelli Vuodetta kohden 30 50 100 3.2 Varaajakapasiteetti 2-3 kertaa päivittäinen kulutus 3.3 Lämmönvaihdin SOLPROS 1999 7
3.4 Keräin pinta-ala keräinala riippuu sääolosuhteista, varaajan tilavuudesta, keräimen sijoituksesta ja kallistuksesta 3.4.1 Keräintyypin valinta Yleensä selektiivinen absorptiomateriaali 3.4.2 Kallistus ja sijoitus Yleensä katolle Yleensä etelään suunnattu (+/- 45 o käy) Kallistus 20-60 o, pystysuora pinta käy 3.4.3 Mitoituksen perusteet lkv [litraa/päivä] varaaja [litraa] Keräinala* SV [m 2 ] keräinala* SS [m 2 ] Lämmönvaih din [m 2 ] paisuntaastia [l] 100-200 300 6-8 5-6 1.8 18 24 200-300 500 8-11 6-8 2.5 24 300-500 800 12-15 9-12 3.6 35-50 SV... tavallinen musta pinta SS... selektiivinen pinta 3.5 Putkisto kupariputki 3.5.1 Putken halkaisija keräinala (m 2 ) Putkisto max 20 m halkaisija (mm) Putkisto 20-50 m halkaisija (mm) 5-8 18 18 8-11 18 22 11-15 22 22 SOLPROS 1999 8
4 AURINKOLÄMMITYSJÄRJESTELMÄN KOMPONENTIT 4.1 Aurinkokeräin Itserakennettu keräinpinta. Selektiivinen (ostettu) keräinlevy, joista juotetaan keräinpinta SOLPROS 1999 9
4.2 Varaaja Hyödynnetään olemassa olevaa varaajaa jos mahdollista Teräs, muovi, galvanoidut varaajat 4.2.1 Kerrostuneisuus Kylmä vesi johdetaan alas, lämmin ylös Kuva: Ruostumattomasta teräksestä tehty varaaja. 4.2.2 Varaajan eristys Vähintään 100 mm 4.2.3 Lisälämpö Olemassa oleva kattila tai sähkövastus SOLPROS 1999 10
4.2.4 Lkv:n sekoitusventtiili Pitää lkv:n lämpötilan halutulla tasolla (esim. 50 o C) 4.2.5 Liitäntä pesu- tai tiskikoneeseen Käytetetään 60 o C asetuslämpötilaa 4.2.6 Olemassa olevan varaajan hyödyntäminen SOLPROS 1999 11
Esimerkki kaksoisvaraajasta. Kattila olemassa johon liitetään aurinkolämmitys 4.2.7 Varaajan sijoitus Pyritään sijoittamaan siten, että putkivedot jäävät lyhyeksi 4.3 Pummpuyksikkö Rakennetaan tai hankitaan erikseen SOLPROS 1999 12
4.3.1 Kiertovesipumppu Esimerkiksi GRUNDFOS UPS 25-50 sopii hyvin pieniin (max 12 m 2 ja putkisto max 50m). 4.3.2 Varoventtiili ja yksisuuntaventtiili Varoventtiili 3-6 bar 4.3.3 Paisunta-astia SOLPROS 1999 13
Jos keräin max 8 m 2 and putkisto max 20 m = 18-24 litraa Max 12 m 2 = 35 litraa 4.3.4 Säätö 1,5-2 bar ylipainetta 4.4 Säätöjärjestelmät Aurinkopiirin toimintaa säädetään erillisellä säätölaitteella, joka käynnistää ja pysäyttää piirin pumpun Käynnistys tapahtuu, kun keräin on 3-10 o C lämpimämpi kuin varaaja Ylilämpenemisen yhteydessä pumppu pysäytetään yleensä automaattisesti 4.4.1 Suurten järjestelmien säätö Suuremmille järjestelmille on olemassa omat säästölaitteet esim. PC-pohjaisia 5 Komponenttien esivalmistus Kuva: Esimerkkki säätölaitteesta. Keräimien valmistus kestää noin 0.5 0.8 tuntia/m² keräintä ryhmän koosta riippuen Standardikoko yhdelle keräinmodulille on 0.75 x 2 m lasin mitoista johtuen Tarvittavat komponentit arvioidaan erillisen listan perusteella SOLPROS 1999 14
5.1 Valmistusvaiheet 5.1.1 Puuraami Raami katkotaan määrämittaiseksi mittojen mukaisesti. Kuva: Puuraamitus 5.1.2 L-puuprofiili Kuva: L-puuprofiili 5.1.3 Alumiini T-profiili Profiili katkotaan mittoihin ja esiporataan, jotta ne voidaan ruuvata puuraameihin Vain ylimmat kaksi reikää porataan profiilin syvimpään kohtaan Kuva: Poraus Alprofiiliin 5.1.4 Tiivistemateriaalit Tiivistekumi katkotaan tarvittaviin mittoihin 5.1.5 Absorbaattorien juottaminen Absorbaattorit toimitetaan määräpituisina Absorbaattorit asetetaan pöydälle kytkentäkaavion mukaisesti SOLPROS 1999 15
Absorbaattoriptuket kovajuotetaan yhdysputkeen Liitosten pitävyys testataan 8 bar ilmanpaineella Kuva: Absorbaattorien juottaminen Kuva: Painetesti TeknoTerm absorbaattorit juotetaan usein pehmeällä juotoksella Putki esikäsitellääm metalliharjalla ja putsataan hyvin. Juotetta levitetään sisäputkeen ja yhdysputki työnnetään sisään SOLPROS 1999 16
5.1.6 Anturitasku Putkeen porataan 8.5 mm taskulle reikä ja juotetaan putki tähän 5.1.7 Jakoputki Absorptiopinta kootaan jakoputkella,esim 22 mm kupariputki Reitys noin 2 mm pienempi kuin juotettava putki Tarvittava laite voidaan itse rakentaa, esim. kartiomainen poranterä, 0,2 mm suurempi kuin reikä Kuva: Keräinjakoputken valmistus yksinkertaisella työkalulla. 5.1.8 Kuristin ja yhdysputket Muut pienet osat tehdään itse tai teetetään 5.1.9 Lasinpitimet ja tiivistekourut Valmistetaan tai hankitaan piirustusten mukaan 6 Keräinten kokomaminen 6.1 Asennusmahdollisuudet 6.1.1 Kattoasennus telineille Katolle asennus valmiina moduleina SOLPROS 1999 17
6.1.2 Kattointegrointi Helpoin ja halvin tapa asentaa keräimet katolle on integroida ne osaksi kattoa Kuva: kattointegrointu aurinkokeräin SOLPROS 1999 18
6.2 Aurinkokeräinrakenne Keräimen puuosat suojataan esim. mustalla erikoismaalilla Lasit voidaan asettaa päällekkäin Puuraamin dimensiot ovat 35 x 90 mm Puuraamin keskipuu sijoitetaan 730 mm:n välein SOLPROS 1999 19
Kuva: Puuraamin ja alumiiniprofiilin kiinnitys. Keräimen taustaan porataan putkelle reikä (35-40 mm). Tässä on myös otettava huomioon kupariputken lämpölaajeneminen (1.7 mm/m and 100 o C). Keräimen taustaeristys (1950 mm x 730 mm x 60 mm) asennetaan Keräimen alaosaan asennetaan kaksi lasin pidikettä (n 15 cm reunoista) SOLPROS 1999 20
Kuva: Lasinpidike 6.2.1 Absorbaattorin asentaminen Absorbaattorit juotetaan etukäteen yhdeksi absorptiolevyksi Absorbaattorilevy asennetaan keräinraamiin eristyksen päälle Kuva: Absorptiolevyjen asennus käynnissä. 6.2.2 Lämpötila-anturin anturitasku Lämpötila-anturi asennetaan erilliseen anturitaskuun SOLPROS 1999 21
Kuva: Tyypillinen anturitasku 6.2.3 Keräimen painetesti Keräinkentän tiiveys koestetaan max 8 barilla Kuva: Keräinkentän koestus kompressori-ilmalla. 6.2.4 Lasin asennus Alumiiniset T profiilit asennetaan ja tiivistemuovit niiden päälle SOLPROS 1999 22
Kuva: Läpileikkaus keräimestä Lasi puhdistetaan ja kiinnikeeseen asetetaan pieni muovitiiviste Ylä- ja alaosaan laitetaan silikonia Lasi työnnetään varovasti paikalleen. Kuva: Poikittaistiiviste kun kaksi lasia on päällekkäin. Lasiraamin päälle tulee kumitiiviste SOLPROS 1999 23
Kuva:Suojamuovin asentaminen 6.3 Keräinten hydraulinen liittäminen Virtaus absorbaattoreissa tulisi olla tasainen Tyypillinen virtausnopeus on 40-60 litres/m 2 keräinpinta-alaa kohde Keräimen sisäänmenon ja ulostulon välinen lämpötilaero tyypillisesti 10-12 C. Pienille järjestelmille suositetaan yksittäisten keräinten rinnakkain liittämistä. Isoissa järjestelmissä sarjaan-rinnan liitäntää Kuva:Liitäntä SOLPROS 1999 24
6.4 Ilmanpoistoventtiilin asennus Ilmanpoistoventtiili asennetaan järjestelmän korkeimpaan kohtaan Venttiili asennetaan aina pystysuoraan Kuva: Manuaalinen ja automaattinen ilmanpoistoventtiili. Kuva: Manuaalinen ilmanpoistoventtiili 6.5 Putkiston asennus SOLPROS 1999 25
Yleensä käytetään kupariputkea Pehmeä kupariputki käy, mutta juottaminen on vaikeampaa kuin kovalla kuparilla Asennuksessa tulee ottaa huomioon kuparin lämpölaajeneminen Kupariputket eristetään ja kiinnitetään noin 1.5 m välein seinään 6.5.1 Sisäänmenoputki Ilmanpoistoventtiili asennetaan keräimen ulostulon puolelle Sisäänmeno puolelle varaajan lähellä asennetaan lämpötila-anturi 6.5.2 Ulostuloputki Puolivalmis pumppuyksikkö asennetaan Kupariputken laajenminen otetaan huomioon Kuva: Esimerkkejä miten putkien lämpölaajeneminen voidaan ratkaista SOLPROS 1999 26
Kuva: Erilaisia liitoskappaleita SOLPROS 1999 27
Kuva. Liitoskappaleita pronssille ja teräkselle 6.5.3 Putkien järjestäminen Putket talon sisällä vedetään yleensä ilmankanavan tai savupiipun kautta 6.5.4 Putkiston eristäminen Putkisto tulisi kokonaisuudessaan eristää SOLPROS 1999 28
Kuva: Putkien eristäminen 18 mm kupariputki tulisi eristää vähintään 20 mm eristeellä ja suuremat putket vähintään 30 mm. lämpötilakestävyys 175 C 6.6 Juotosliitokset Kova- tai pehmeäjuotoksia Pehmeäjuotokselle L-SnCu3 juote. 6.6.1 Pehmeä juotos Putken sisä- ja ulkopinta puhdistetaan tarkoin 220-250 C juotoslämpötila Kun putki punertaa, käännetään liekki pois ja annetaan tinan juosta liitoksen Kuva:Pehmän juotoksen työvaiheet 6.7 Varaajan liittäminen hydrauliseen järjestelmään Aurinkopiirin liittäminen ei eroa tavallisesta kuuma- tai kylmävesiputkiston liittämisestä käytetään galvanoituja teräs-, kupari- tai muoviputkia galvanoituja putkia ei saa käyttää kupariputken yhteydessä SOLPROS 1999 29
Kuva: Varaajan ja aurinkopiirin yhdistäminen. Ruuviliitokset tiivisteään esim. hampulla Emaalivaraajassa tarvitaan suoja-anodi 6.8 Säätöjärjestelmän asentaminen 6.8.1 Sähköiset yhteet Pumpun asentamisen yhteydessä tulee noudattaa varovaisuutta, ettei putkistoon johdeta sähköä (hengenvaara!) 6.8.2 Lämpötila-anturien asentaminen Asennetaan anturit oikeisiin paikkohin 6.8.2.1 Keräinanturi Anturi mittaa keräimen ulostulolämpötilaa lähellä keräimiä 6.8.3 Varaaja-anturi varaajassa on yleensä 1/2" tasku anturia varten anturien tulee olla sopivat säästölaitteeseen 6.8.4 Anturiyhdyskaapeli Yleensä anturikaapeli on pidennettävä 7 KÄYTTÖÖNOTTO SOLPROS 1999 30
Aurinkolämpöjärjestelmä pyritään ottamaan käyttöön heti asentamisen jälkeen Tiiviystesti tehdään yleensä ilmalla Ennen vedellä täyttöä tulee tarkastaa kaikki putket juotettu pumppu ja säästö kytketty liitos varaajaan tehty ja varaaja täytetty ruuvit on kiristetty kalvopaisunta-astian paine on asetettu oikein kaikki sulkuventtiilit ovat auki 7.1 Järjestelmän huuhtelu Putkisto huuhdellaan vedellä ennen jäänestoaineella täyttämistä 7.2 Järjestelmän täyttäminen Järjestelmä täytetään veden ja jäänestoaineen sekoituksella Yleensä 0,5 b ylipainetta Ilma poistetaan järjestelmästä, varsinkin pumpusta Pumpun nopeus säädetään siten, että lämpötilaero asettuu tasolle 10-15 C 7.3 Vesi-jäänesto seos Ei käytetä etyleeniglykolia myrkyllisyytensä vuoksi Käytetään propyleeni glykoli/vesiseosta (Antifrogen L, Tyfocor L) Minumiseos jäänestoainetta Jäätymispiste C % Tiheyt 20 C (kg/m 3 ) -10 25 1023-15 32 1027-20 37 1035-30 47 1040 Taulukko: Jäänestoaineen minimipitoisuus. Jos jäänestoaine sekoitetaan kraanaveden kanssa, ei siinä saa olla klooria. Jäänestokyvyn säilyminen tulee testata 2 vuoden välein Nestetilavuuden määräämiseksi voidaan käyttää seuraava taulukkoa Osa Kapasiteetti kupariputki 18 mm 0.201 l/m upariputki22 mm 0.314 l/m lämmönvaihdin (1.8 m 2 ) 1.5 l lämmönvaihdin (2.5 m 2 ) 2.0 l lämmönvaihdin (3.6 m 2 ) 6.0 l keräin K16 1.0 l/absorbaattorii Absorbaattori MTI 0.85 l/m 2 SOLPROS 1999 31
AbsorbaattorTeknoTerm 0.55 l/m 2 Jäänestoaine on erikoisjäte, jota on käsiteltävä voimassa olevien määräysten mukaisesti. Kuva: Jääenestoaineen pakkaskesto. 8 AURINKOLÄMPÖJÄRJESTELMÄN HUOLTO yleensä tarvitaan vähän huoltoa seuraavat tarkastukset tulee tehdä säännöllisesti; onko paine oikea? onko lämpötilaero alle 10 C toimiiko pumppu kun aurinko paistaa pysähtyykö pumppu yöksi aiheuttaako ilma putkissa ääntä Vuosihuolto keräinlasin puhdistus jäänestoaineen pakkaseston tarkistus jäänestoaineen väri (jos muuttuu tummaksi ovat inhibiittorit, jotka estävät korroosioita, kuluneet) SOLPROS 1999 32