AURINKOLÄMMÖN ITSERAKENNUSOPAS
SISÄLLYSLUETTELO JOHDANTO... 3 MITÄ ON AURINKOLÄMPÖ?... 5 AURINKOENERGIAN ERI MUODOT... 5 AURINKOLÄMPÖJÄRJESTELMIEN MARKKINATILANNE... 5 AURINKOLÄMPÖ VUONNA 2010... 6 ITSERAKENNETUT AURINKOLÄMPÖJÄRJESTELMÄT... 7 ITSERAKENNUSTOIMINNAN HISTORIAA... 7 MIKSI RAKENTAISIN AURINKOLÄMPÖJÄRJESTELMÄN?... 8 AURINKOLÄMMÖN HYÖDYNTÄMINEN SUOMEN OLOSUHTEISSA... 9 AURINKOISUUS - ONKO AURINKOA RIITTÄVÄSTI?... 9 JÄRKEVIÄ KÄYTTÖSOVELLUKSIA - MISSÄ JA MILLOIN?... 10 AURINKOLÄMMÖN TUOTTO - PALJONKO KERÄIMISTÄ TULEE LÄMPÖÄ?... 10 AURINKOLÄMMITYSJÄRJESTELMÄN OSAT JA TOIMINTAPERIAATE 12 MITEN AURINKOLÄMPÖJÄRJESTELMÄ TOIMII?... 12 AURINKOKERÄIN... 13 ITSERAKENTAJAN MITOITUSSÄÄNNÖT... 14 AURINKOKERÄIMEN SUUNTAUS... 14 AURINKOLÄMPÖJÄRJESTELMÄN PERUSMITOITUS - LÄMMIN KÄYTTÖVESI... 15 KANNATTAAKO AURINKOLÄMMÖLLÄ TUOTTAA PERUSLÄMPÖÄ?... 17 LVI-OSIEN MITOITUS... 17 AURINKOLÄMPÖJÄRJESTELMÄN MITOITUS SIMULOINTIOHJELMALLA... 18 KOMPONENTIT JA MATERIAALIT... 22 AURINKOKERÄIN... 22 AURINKOPIIRIN PUMPPURYHMÄ... 23 AURINKOKERÄIMEN RAKENTAMINEN JA LIITÄNNÄT... 26 ESIMERKKIKYTKENTÖJÄ... 26 KATTOINTEGROINTI... 28 ESIMERKKI ITSERAKENNETUSTA AURINKOJÄRJESTELMÄSTÄ... 31 MITTAUKSET... 33 RAKENTAMISEN ALOITTAMINEN JA LOPETTAMINEN... 34 KIRJALLISUUTTA... 36 1
LIITE ESIMERKKEJÄ LAITETOIMITTAJISTA... 37 LIITE KÄYTTÖÖNOTTO- JA HUOLTO-OHJE... 39 2
Johdanto Aurinkoenergia on ehtymätön ja puhdas energialähde. Auringonsäteily sisältää jopa 1 kilowattia energiaa neliömetriä kohden. Kesän auringon paisteessa musta peltikin lämpenee helposti polttavan kuumaksi. Jotta aurinkolämpöä riittäisi kunnolla hyödynnettäväksi, ei pelkkä musta pelti juuri riitä, vaan tarvitaan aurinkokeräin. Tästä syntyykin vähitellen sitten kokonainen aurinkolämpöjärjestelmä, jossa aurinkoenergia tulee ulos vaikkapa lämpimän suihkuveden muodossa. Aurinkolämpöjärjestelmän voi jo nyt ostaa valmiiksi asennettuna. Kaupallisia toimittajia löytyy Suomestakin ja meillä myydän satakunta aurinkolämpöjärjestelmää vuosittain. Keski-Euroopassa menee vuosittain tuhatkertainen määrä aurinkolämpöä kaupaksi. Aurinkoenergialaitteet ovat luotettavia ja tuottavat hyvin lämpöä. Hinta on meillä vielä korkea, vaikka se onkin laskenut vuosien varrella. Aurinkoenergia voi kuullostaa maallikosta vieraalta ja vaikealta. Aurinkolämpötekniikka on kuitenkin hyvin ihmisläheistä teknologiaa. Ohjeilla ja talonpoikaisjärjellä onnistuu oman aurinkojärjestelmän rakentaminen. Itserakennettuja aurinkolämpöjärjestelmiä löytyy Suomestakin pari kymmentä, mutta Itävallasta jo kymmeniä tuhansia. Itse tehty aurinkolämpöjärjestelmä 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 kuin kaupallinen aurinkokeräin. Usein arkkitehtoonisesti jopa onnistuneempi. Motiivit aurinkolämmön itserakentamiselle ovat moninaiset. Eräät henkilöt pitävät rakentelusta, toiset haluavat tehdä jotain ympäristön hyväksi, joku haluaa sulkea kattilan kesäksi. Jos omille työtunneille ei laske hintaa, niin itserakennettu tulee kaupallista aurinkolämpöjärjestelmää selvästi halvemmaksi. Jopa niinkin edulliseksi, että syntyy rahallistakin säästöä kun oma aurinkolämpö korvaa perusenergiaa. Ajatus aurinkolämmön itserakentamisen oppaasta syntyi muutama vuosi sitten. Kirjoittajat osallistuivat EU-projektiin, jossa siirrettiin ja muokattiin aurinkolämmön itserakennuskonsepti Suomeen. Projektissa rakennettiin pari prototyyppijärjestelmää ja kokemukset näistä olivat myönteiset. Selvästikin itserakentaminen olisi eräs polku aurinkolämmölle meilläkin. 3
Motiva ja Solpros ideoivat yhdessä laajalle kohderyhmälle tarkoitetun aurinkolämmön itserakentamisoppaan. Motiva on rahoittanut kirjan tekemisen ja sen painamisen. Solpros on vastannut sisällöstä ja tietopaketin muista osista. Tämän tietopaketin tavoitteena on antaa aurinkolämmöstä ja hieman askartelemisesta kiinnostuneelle henkilölle ja rakennusryhmille perusteet rakentaa aurinkolämpöjärjestelmä. Itserakennusoppaan tavoitteena on tuoda esille keskeisiä kysymyksiä aurinkolämmön itserakentamisessa. Toivomme, että tietopaketti edistäisi osaltaan aurinkolämmön hyödyntämistä Suomessa. Helsingissä, toukokuussa 2000 Heidrun Faninger-Lund Peter Lund SOLPROS 4
Mitä on aurinkolämpö? Aurinkoenergian eri muodot Elämä maapallolla perustuu auringon energiaan. Auringon säteilystä ovat peräisin kaikki uusiutuvat energialähteet - tuuli, vesi ja biomassa. Auringonpaiste ylittää 10.000 kertaisesti maapallon energian tarpeen. Aurinko on iso fuusiopallo, jossa palaa vetyä ja syntyy energiaa. Tätä riittää ainakin miljardiksi vuodeksi. Auringon säteilyä voidaan käyttää hyväksi monella eri tavalla. Passiivisessa aurinkolämmityksessä itse rakennuksen tai rakenneosien kautta hyödynnetään auringonsäteilyä. Säteily tunkeutuu esimerkiksi ikkunan läpi huoneeseen ja lämmittää tilaa. Lämpö varastoituu rakenteisiin ja vapautuu yöaikana. Erillistä aurinkokeräintä tai lämmönsiirtämistä ei tarvita. Aktiivisessa aurinkolämmitysjärjestelmässä auringon säteily muutetaan lämmöksi erillisessä mustassa aurinkokeräimessä. Keräimessä kierrätettävä neste lämpenee ja siiretään putkistossa lämpövaraajaan. Järjestelmä tarvitsee pumpun ja ohjausautomatiikan. Pientaloon riittää 5-10 m 2 aurinkokeräimiä. Itserakennetut aurinkolämpöjärjestelmät ovat juuri tällaisia aktiivisia järjestelmiä. Uimaaltaiden aurinkolämpöjärjestelmät tai ilmakiertoiset aurinkolämppöjärjestelmät ovat myöskin aktiivisia järjestelmiä. Etelä-Euroopassa löytyy termosifonijärjestelmiä, jossa aurinkokeräimen yläpuolella on vesitankki ja vesi kiertää keräimisissä painovoimaisesti ilman pumppua. Aurinkosähköjärjestelmissä auringon säteily muutetaan aurinkopaneelissa tasasähköksi ja ohjataan akkuun. Akusta otetaan sähkö esimerkiksi valoon tai televisioon, jopa jääkaappiin. Aurinkosähkö on kallista ja tulee kyseeseen lähinnä piesähkön tuottamiseen kesämökeillä. Kesämökkikipaketti koostuu paneelista, akusta, ohjausyksiköstä, kaapelista, yms. ja sen voi itse helposti koota ja asentaa. Itse aurinkosähköpaneelia ei voi itse rakentaa, vaan se täytyy aina erikseen ostaa. Suomessa on noin 30.000 kesämökkiä pienaurinkosähköllä. Aurinkolämpöjärjestelmien markkinatilanne Aurinkolämpöjärjestelmiä on ollut markkinoilla yli 20 vuotta. Tänä aikana ne ovat kehittyneet luotettaviksi ja hinta on myös alentunut. Vuonna 1998 oli Euroopan Unionissa asennettu lähes 10 milj. m 2 aurinkokeräimiä. Saksa, Kreikka ja Itävalta vastaavat 3/4 EU:n aurinkolämmön tuotannosta. Itävallassa on lähes 2 milj. m 2 5
aurinkokeräimiä (yli 200.000 aurinkotaloa). Markkinat kasvavat Euroopassa noin 15% vuodessa. Pohjoismaissa Tanska ja Ruotsi ovat aurinkolämmön edelläkävijä. Tanskassa on lähes 300.000 m 2 aurinkokeräimiä ja Ruotsissa 135.000 m 2. Suomessa on alle 10.000 m 2. Suomessa aurinkolämpöjärjestelmiä on myyty vuosittain noin 500 m 2. Edellä esitettyjen lukujenkin valossa aurinkolämpö on saavuttanut Euroopassa jalansijan. Nykyiset aurinkolämpöjärjestelmät ovat pitkän tuotekehittelyn tulos. Samoin itserakennetut järjestelmät perustuvat koeteltuihin ratkaisuihin, jotka tekniseltä taustaltaan ovat varsin samanlaiset kuin kaupallisissa järjestelmissä. Aurinkolämpö vuonna 2010 Eri maiden suunnitelmat aurinkolämmön kehittämiseksi on haastavat. Euroopan Unionin tavoitteena on yli kymmenkertaistaa sen käyttö vuoteen 2010. Saksan tavoitteena on 10 milj. m 2 (noin 1 milj. järjestelmää) vastaavana ajanjaksona. Suomessa kauppa- ja teollisuusministeriön uusiutuvien energialähteiden edistämisohjelmassa vuodelta 1999 on tavoitteeksi asetettu 100.000 m 2 aurinkolämpöä vuoteen 2010 eli kymmenkertaistaa sen nykyinen käyttö. 6
Itserakennetut aurinkolämpöjärjestelmät Itserakennustoiminnan historiaa Saksassa, Ruotsissa ja Itävallassa itserakennustoiminta on ollut hyvin aktiivista. Ruotsissa vajaat puolet kaikesta aurinkolämmöstä on itserakennettua. Yksin Itävallassa aurinkolämpöä on rakennettu itse lähes 50.000 taloon. Siellä itserakennustoiminta alkoi noin vuonna 1985 ja on auttanut aurinkolämpömarkkinoiden avaamisessa. Itserakennuksen pohjalta syntyi myös perusta kaupallisille järjestelmille. Tätä kautta on syntynyt alan teollisuutta ja pari tuhatta työpaikkaa. Vasta 1990-luvun puolivälissä kaupalliset aurinkolämpöjärjestelmät saivat etusijan markkinoilla järjestelmien kustannusten pudottua. Vielä tänään Itävallassa rakennetaan noin 20.000 m 2 aurinkokeräimiä itse. 160 [1000 m²] Aurinkolämpö Itävallassa 140 120 Kaupall. Itserak. 100 80 60 40 20 0 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 Kuva 1: Vuonna 2000 Itävallassa on 2 milj. m 2 aurinkokeräimiä. Suomessa on 1980- ja 1990-luvuilla rakennettu muutamia aurinkolämpöjärjestelmiä itse. Nämä pohjautuvat usein tekijöiden omaan ajatukseen aurinkolämmöstä. Keväällä 1999 SOLPROS toi Suomeen Itävallan itserakennustoiminnan peruskonseptin Euroopan Unionin Thermie aurinkolämmön itserakennusprojektin yhteydessä. Projektin yhteydessä koulutettiin itserakennusvetäjiä ja rakennettiin pilotkohteita Varsinais- Suomessa ja Satakunnassa. Näistä saadut kokemukset olivat myönteiset. 7
Miksi rakentaisin aurinkolämpöjärjestelmän? Jos haluaisi rakentaa oman aurinkolämpöjärjestelmän, etenemismahdollisuuksia on useita. Helpoin lienee ottaa yhteys laitevalmistajiin, jotka niin haluttessa toteuttavat valmiin aurinkolämpöjärjestelmän avaimet käteen. Pientalon aurinkolämpöjärjestelmästä lämpimän käyttöveden tuottamiseen saa maksaa noin 15.000-25.000 mk. Syyt rakentaa aurinkolämpöjärjestelmä itse ovat usein moninaiset. Kiinnostus aurinkolämpöön on usein tärkein motiivi. Rakentamalla itse säästää huomattavan paljon, jopa 30-40% kaupalliseen aurinkolämpöjärjestelmään verrattuna. Ja jos ei halua rakentaa kaikkea itse, voi vaikka hankkia osan laitteista valmiina (esimerkiksi aurinkokeräimet) ja rakentaa siten vain osan aurinkolämpöjärjestelmästä itse. Itserakentaminen tapahtuu helpoiten pienessä ryhmässä, jolloin eräät työvaiheet voidaan yhdessä tehdä helpommin kuin yksin. Samoin porukasta löytyy usein erilaista osaamista, joka on hyödyksi toteutuksessa. Ostamalla yhdessä tarvikkeet saadaan myös selvästi paremmat alennukset kuin yksin toimittaessa. Varsinaisia erityistaitoja itserakentajilta ei vaadita. Projektina itserakennettu aurinkolämpöjärjestelmä kestää pari-kolme kuukautta. Siihen voi mennä ehkä yhden tai kahden viikon verran aikaa muutaman viikonloppuna ja iltaisin. Itserakentamisessa tulee ottaa huomioon itserakennusryhmän taidot. Ammattimiestä saatetaan tarvita mm. aurinkolämmitysjärjestelmän liittämisessä vesijohtoihin ja peruslämmitysjärjestelmään. Sähkötöissä ammattimies on aina paikallaan. Oikein rakennettu aurinkokeräin on yleensä vesi- ja sadetiivis, mutta tästä huolimatta kannattaa aina kiinnittää erityistä huomiota vesi- ja sadetiiviyteen ja työvaiheet tulee tehdä huolella (mm. juotokset, koeponnistus, pellitys, lasitiivisteet) mahdollisten vuotojen välttämiseksi. Itserakennettaessa tulee tarkoin harkita integroidaanko aurinkokeräin osaksi kattoa, jolloin sen tulee olle ehdottomasti sadetiivis, vai rakennetaanko se valmiin katon päälle. Itserakentajat ovat poikkeuksetta tyytyväisiä aurinkolämpöjärjestelmiinsä. Lämmintä vettä riittää kesäaikana ja samalla ympäristöäkin saadaan säästettyä. Kun investointi on kerran tehty, saa käytännössä ilmaista lämpöä auringosta. 8
Aurinkolämmön hyödyntäminen Suomen olosuhteissa Aurinkoisuus - onko aurinkoa riittävästi? 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. Suomessa aurinkoenergiaa voidaan käytännössä hyödyntää helmikuun lopulta lokakuun alkuun. Lokakuusta helmikuun alkuun tulee niin vähän auringon paistetta, ettei sen hyödyksi ottaminen juuri kannata.taulukko 1 havainnollistaa tilannetta numeroarvoin. Taulukko 1: Keskimääräiset sääolosuhteet eräillä paikkakunnilla Euroopassa. Kaikki säteilyarvot annettu eteläkatolle (kaltevuus 30 o ). Paikkakunta Leveysaste Ulkolämpötila Auringon kokonaissäteily, kwh/m 2 o N o C Koko vuosi Heinäkuu Tammikuu Sodankylä 67,5-1 979 171 0 Jyväskylä 63,5 3 1043 179 2 Helsinki 60,2 5 1152 200 3 Tukholma 59,4 6 1204 206 9 Kööpenhamina 55,8 8 1156 185 16 Bryssel 50,8 10 1001 157 16 Berliini 52,4 9 1146 168 18 Pariisi 48,7 10 1176 160 32 Wien 48,3 9 1155 157 30 Milano 45,4 12 1371 223 31 Palermo 38,1 17 1547 174 52 Lissabon 38,7 17 2071 239 82 Paikkakunnittain katsottuna etelä- ja länsirannikko on Suomessa aurinkoisinta. Keräintasolle saadaan noin 1000-1200 kwh/m 2 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. 9
Koko vuonna tyypillisen suomalaisen pientalon katolle tulee auringonsäteilyä 3-5- kertaisesti koko lämmöntarpeeseen verrattuna. 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 Maatalossa: lämmin ja pesuvesi tuotanto- ja asuintiloihin Muita sovelluksia: uima-altaat, leirintäalueet, lomakylät Ihanteellisin ajankohta harkita lähteä rakentamaan omaa aurinkolämpöjärjestelmää on esimerkiksi talo-, katto- tai kattilaremontti. Silloin voi yhdistää monta asiaa ja säästää samalla rahaa. Jos harkitsee uutta taloa voi aurinkolämmön ottaa mukaan jo alusta lähtien suunnitteluun, jolloin yhteensopivuus on varmasti hyvä. Itserakentamiselle ei sellaisenaan ole suuri rajoituksia, jolloin pelkkä kiinnostus asiaan riittää. Aurinkolämmön tuotto - paljonko keräimistä tulee lämpöä? Auringon säteilymäärään ohella aurinkolämmön tuottoon vaikuttavat pari muuta keskeistä teknistä tekijää. Ensinnäkin aurinkokeräimen hyötysuhde on sitä parempi mitä matalassa lämpötilassa sitä käyttää (kuva 2). Kun lämpötila kasvaa niin lämpöhäviötkin kasvavat. Esimerkiksi kylmän veden tai uima-altaan lämmittäminen on tehokasta. Karkeasti ottaen itserakennettu aurinkokeräin soveltuu 40-60 o C lämpötiloihin. Lämpötila aurinkokeräimessä voi aurinkoisena päivänä nousta jopa 100 o C:een, jos aurinkolämpöä ei oteta talteen. Aurinkokeräimen rakenne ja varsinkin käytettävä musta pintamateriaali vaikuttavat lämpöhäviöihin. Tavallinen mustaksi maalattu absorptiopinta luovuttaa helposti lämpöä 10
ympäristöön. Selektiivinen pinta sen sijaan ei päästä lämpösäteilyä ulos, jolloin lämpöhäviöt pienenevät olennaisesti. Itserakentamisen alkuaikoina käytettiin aurinkokeräimisssä usein mustaksi maalattuja absorptiolevyjä. Tällä hetkellä absorptiopinnat ovat poikkeuksetta selektiivisiä pintoja. Tällöin itserakennetun aurinkokeräimen lämpötekninen suorituskyky on lähes sama kuin kaupallisella aurinkokeräimellä, joskus jopa parempikin! Itserakennetun aurinkolämpöjärjestelmän tuotto-odotukset erilaisissa sovelluksissa käytettäessä selektiivistä absorptiopintaa ovat seuraavat: Pientalon lämminkäyttövesi 300-400 kwh/m 2 vuodessa Pientalon lämmitys ja lkv 300-440 Uima-altaan lämmitys (touko-syys) 250 Jos aurinkokeräimessä käytetään vain mustaksi maalattua peltiä absorptiopintana, on aurinkokeräimen lämmöntuotto 20-30% alhaisempi kuin edellä. Jos aurinkokeräimen osat ja maalit ostetaan erikseen, tulee selektiivinen absorptioliuska yleensä tänä päivänä halvemmaksi kuin musta maalipinta ja tuottaa enemmän lämpöä. Selektiivisen ja mustan maalipinnan tarkempi vertailu sovelluskohtaisesti on helppo tehdä aurinkolämpöjärjestelmien mitoitusohjelmalla (esimerkiksi SELFSOL2000). Lämmöntuotto, kwh/m2 vuodessa 600 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 Sisäänmenolämpötila, C Kuva 2: Lämpötilan vaikutus selektiivisen aurinkokeräimen lämmön tuottoon. Aurinkokeräimen sisäänmenolämpötila pidetty kuvan mukaisessa vakioarvossa. 11
Aurinkolämmitysjärjestelmän osat ja toimintaperiaate Miten aurinkolämpöjärjestelmä toimii? Aurinkolämpöjärjestelmä koostuu useasta komponetista ja laitteesta. Sen keskeisiä osajärjestelmiä ovat aurinkokeräin, varaaja, pumppuyksikkö, yhdysputkisto, lämmönvaihdin ja säätöyksikkö. Kuva 3. Aurinkolämpöjärjestelmän periaate /AEE/ Auringon säteily muunnetaan aurinkokeräimessä (1) lämmöksi. Lämpö siirretään putkistossa (2) virtaavan lämmönsiirtonesteen (vesi/jäänestoaine-seos) avulla lämpövaraajaan (3), jossa se luovuttaa lämpönsä lämmönvaihtimen (4) kautta veteen. Varaajaan asennettu peruslämmönlähde, esimerkiksi lämpövastus (5), varmistaa lämpimän veden saannin pilvisinä jaksoina. Jäähtynyt vesi kierrätetään pumpun (6) avulla takaisin aurinkokeräimelle. Säätöyksikkö (7) huolehtii, että pumppu käynnistyy vain jos aurinkokeräimen lämpötila on korkeampi kuin lämpövaraajan lämpötila. Säätöyksikköön kuuluu kaksi lämpötila-anturia. 12
Keräinputkiston vesitilavuus muuttuu lämpötilan muuttuessa. Nämä kompensoidaan paisunta-astian (9) avulla, joka pitää putkistonpaineen tasaisena. Yksisuuntaventtiili (11) estää käänteisen kierron tai lämmön virtaamisen keräimiin kun pumppu ei käy. Ylipaineventtiili (10) päästää kiertonestettä ulos, jos paine putkistossa kasvaisi liian korkeaksi. Ilmanpoistoventtiili (12) 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 4). Aurinkokeräimen musta pinta absorboi auringonsäteily ja lämpenee. Lämpöhäviöiden pienentämiseksi mustan absorptiopinnan suojana on läpinäkyvä kate ja sen alla on noin 60 mm:n eristelevy. Absorptiopinnassa syntynyt lämpö johdetaan siihen liitetyssä putkistossa virtaavan nesteen avulla varajaan. Musta absorptiopinta Läpinäkyvä kate Yhdysputkisto lämmön siirtämiseksi sovellukseen Eriste Keräimen lämmönsiirtoputkisto Keräimen puinen kehysrakenne Kuva 4. Aurinkokeräimen rakenne. 13
Itserakentajan mitoitussäännöt Aurinkokeräimen suuntaus Auringonsäteilyä saadaan parhaiten eteläsuunnasta. Pienet poikkeamat eivät merkittävästi vaikuta saatavaan auringon säteilyyn. Ilmansuunnat lounaasta kaakkoon ovat hyviä. Jos aurinkokeräin on suunnattu etelä-itä-sektoriin tuottaa se paremmin lämpöä aamupäivällä. Vastaavasti etelä-länsi-sektori antaa paremman tuoton iltapäivällä. Aurinkokeräin kallistetaan mielellään vähintään 20-22 o 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 ± 45 o etelästä (lounas-kaakko) pienentää aurinkokeräimien vuosituottoa 10%. Kallistuskulma on 30-60 o ja suuntaus etelään ± 30 o antaa suurinpiirtein saman vuosituoton. Kuvassa 5 on havainnollistettu kulmien vaikutusta. Aurinkokeräimen suuntauksen ja kallistuksen vaikutus sen lämmöntuottoon Itä 1 0.9 0.8 0.7 Länsi Kaakko 0.6 0 20 45 60 0.5 Lounas Etelä Kuva 5. Aurinkokeräimen suuntauksen ja kallistuskulman vaikutus vuosittaiseen lämmön tuottoon. 1=paras tuotto (=300-400 kwh/m 2 vuodessa). 14
Kuvasta 5 voidaan lukea, että etelään suunnattu 45 o :een kallistettu pinta antaa arvon 1. Tämä tarkoittaa säteilyn maksimiarvoa. Etelään suunnattu 20 o :een kallistettu pinta antaa arvon 0,95 eli tälle pinnalle tulee 5% maksimiarvoa vähemmän säteilyä. Lounaaseen suunnattu ja 20 o kallistettu pinta antaa 0,91 eli 9% maksimiarvoa vähemmän. Aurinkolämpöjärjestelmän perusmitoitus - lämmin käyttövesi Aurinkolämpöjärjestelmän mitoituksessa lähdetään liikkeelle lämpimän käyttöveden tarpeen arvioimisesta. Lämpimän veden tarve riippuu hyvin paljon käyttötottumuksista. Päivittäinen tarve voidaan arvioida alla olevista taulukoista. Esimerkiksi 4-hengen perhe tarvitsee 120-200 litraa lämmintä vettä päivässä. Jos veden kulutusta seurataan ja mitataan erikseen, voidaan lämpimän käyttöveden tarve arvioida karkeasti noin 40%:ksi kylmän veden tarpeesta. Taulukko 2: Arvio lämpimän veden tarpeesta kotitaloudessa. Käyttötarkoitus Lämpimän veden tarve, litraa/päivä Lämpötila, o C Astianpesu 12-15/henkilö 50 Suihkussa käynti 30-60 40 Kylpy 120-180 40 Taulukko 3: Arvio lämpimästä vedestä erilaisissa sovelluksissa. Sovellus Tarve, litraa Min Keskimäärin Max Pientalo /henkilö/päivä 30 50 60 Urheilu /suihku 30 45 60 Ravintola /paikka 10 25 45 Kun tiedetään lämpimän veden tarve voidaan arvioida tarvittavan lämmön varaajan (vesivaraaja) tilavuus. Sen tulisi olla 2-3 kertaa päivittäinen lämpimän veden tarve, jotta kulutushuiput ja pilviset päivät eivät vaikuttaisi liikaa lämpimän veden saatavuuteen. Esimerkiksi 120 litraa/päivässä edellyttäisi 250-300 litran aurinkovaraajan (vesitankki). Usein varaajan tilavuus määräytyy markkinoilla olevien varaajien koosta. Yleensä suositellaan, että varaajan tulisi olla vähintään 90% ja korkeintaan 120% suositusarvosta. Siis edellisessä esimerkissä 200-350 litraa. Paljonko pitäisi asentaa aurinkokeräimiä? Aurinkokeräimen lämmöntuotto riippuu monesta tekijästä kuten paikallisesta säästä, keräintyypistä, varaajan tilavuudesta, yms. Kun aurinkokeräimen lämmöntuotto ja lämpimän veden tarve tiedetään, voidaan tarvittava keräinalakin määrätä. Mitoitusperusteena on ylilämmön välttäminen, ts. keräimet mitoitetaan yleensä siten, että ne tuottavat 100% kesäkuukausien lämmön 15
tarpeesta. Tällöin saadaan vuositasolla aurinkoenergialla noin 40-50% kaikesta lämpimästä käyttövedestä. Seuraavassa on esimerkki pientalosta, jossa on 3-hengen perhe. Lämpimän veden tarve on 120 litraa päivässä. Taloon on rakennettu itse 4 m 2 :n aurinkokeräin ja se on yhdistetty 300 litran vesivaraajaan, jossa on sähkövastus. Perheen lämpimän käyttöveden kulutus vastaa vuodessa 2646 kwh. Itserakennettu aurinkolämpöjärjestelmä tuottaa 1365 kwh eli puolet kaikesta lämpimästä käyttövedestä. Keskikesällä aurinko tuottaa lähes 100% tarpeesta. Aurinkolämpöä saadaan käytännössä maaliskuusta lokakuuhun. Alla olevassa kuvassa on havainnollistettu miten aurinkoenergian osuus vaihtelee kuukausittain kun aurinkoenergialla tuotetaan lämmintä käyttövettä. 300 250 lisälämpö aurinkolämpö kwh/kk 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 kuukausi Kuva 6 : Pientalon aurinkolämpöjärjestelmän tuotto (lämmin käyttövesi häviöt ml). Karkeana mitoitusarvioina aurinkokeräimen pinta-alalle voidaan käyttää alla olevan taulukon arvoja. Taulukko 4: Suuntaa antavia mitoitustietoja aurinkolämpöjärjestelmälle. Käyttövesi, litraa/päivä Varaaja, litraa Keräin, m 2 100-200 300 4-6 200-300 500 6-8 300-500 800 8-10 500-800 1000 10-15 16
Kannattaako aurinkolämmöllä tuottaa peruslämpöä? Suomen ilmasto-olosuhteissa aurinkolämmön käyttö lämmitykseen ei juuri tuota hyötyä. Lämmityksen tarvitsemasta energiasta voitaisiin parhaimmillaan tuottaa 5-10% (ylempi arvio edellyttää matalalämpötilaista lämmönjakelua, esimerkiksi lattialämmitys). kwh/kk 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 kuukausi peruslämpö aurinkolämpö Kuva 7: Esimerkki aurinkolämpöjärjestelmästä pientalon lämmityksen ja lkv:n osana. Keräinpinta-ala on 10 m 2 ja lämpövaraaja 1200 litraa. Talon lämmityksen tarve on 20.000 kwh vuodessa. LVI-osien mitoitus Aurinkokeräimet kytketään lämmönvaraajaan eristetyn yhdysputkiston kautta (esim.kupariputkea). Käytettävä putkiläpimitta riippuu aurinkokeräinten pinta-alasta. Seuraavassa on annettu suositusarvoja: alle 10 m 2 : 10-15 m 2 : 18 mm putkisto 22 mm putkisto Putkiston lämpöhäviöiden vähentämiseksi se eristeään. Mitä lyhempi yhdysputki sen pienemmäksi häviöt muodostuvat. Putkiston pituus riippuu aurinkokeräinten ja varaajan etäisyydestä. Tämän vuoksi aurinkokeräimet kannattaa sijoittaa katolla mahdollisimman lähelle varaajatilaa. Putkiston pituus on tyypillisesti 10-20 metriä. 17
Suomen olosuhteissa aurinkolämpöjärjestelmän ympärivuotinen käyttö edellyttää aurinkokeräinten täyttämistä n 50% jääenestoaineella. Tästä syystä tarvitaan lämmönvaihdin varaajan ja keräimen välillä. Lämmönvaihdin on varaajan sisällä ja sellaiseksi käy kuparikierukka tai ripaputkisto. Lämmönvaihtimen koko riippuu siirrettävän lämmön määrästä ja lämpötiloista eli aurinkokeräimen pinta-alasta. Karkeina mitoitusarvioina voi käyttää seuraavia: 5-6 m 2 : 1,8 m 2 lämmönvaihdinala 6-8 m 2 : 2,5 m 2 9-12 m 2 : 3,6 m 2 Aurinkokeräinpiiri on suljettu. Lämpötilan vaihtelu muuttaa piirissä olevan nesteen tilavuutta. Tästä syystä aurinkoputkistoon liitetään paisunta-astia tilavuusvaihtelujen tasaamiseksi. Mitoitusarvoina voidaan käyttää seuraavia: 5-6 m 2 : 6-8 m 2 : 9-12 m 2 : 18-24 litran paisunta-astia 24 l 35-50 l Aurinkolämpöjärjestelmän mitoitus simulointiohjelmalla Aurinkolämmön sovelluskohteet saattavat vaihdella suurestikin. Varsinkin suurempien aurinkolämpöjärjestelmien kohdalla on aina paikallaan erikseen mitoittaa aurinkolämmitysjärjestelmän pääkomponentit (keräin,varaaja). Samoin jos lämpötilatasot tai suuntaus ovat poikkeavat tai jos aurinkokeräin sovitetaan olemassa olevaan vesivaraajaan, on erillinen analyysi hyvä tehdä. Erilliset analyysit tehdään simulointi- ja suunnitteluohjelmilla. Tällainen on erityisesti rakennusten aurinkolämpöjärjestelmien suunnitteluun tarkoitettu SELFSOL2000 tietokoneohjelma (Windows 95 tai 98). Se soveltuu erityisesti itserakennettujen aurinkojärjestelmien nopeaan mitoitukseen ja on helppo käyttää. Ohjelma laskee järjestelmän tunnittaisen toiminnan ja antaa tuloksena kuukausittaiset energiatiedot, mm. aruinkolämmön tuotto. Ohjelma on vapaasti saatavilla itserakennusryhmille. 18
Kuva 8: SELFSOL2000 ohjelma SELFSOL2000 ohjelmaa on helppo käyttää. Se on itsedokumentoitu ja sen help-tiedosto sisältää kuvauksen kaikista lähtötiedoista. Lähtötietoina tarvitaan noin parikymmentä parametriä. SELFSOL2000:ssa määritellään aluksi lämmön tarve sekä lämpötilatasot. Tämän jälkeen annetaan aurinkolämpöjärjestelmän tiedot. Alla on esimerkki lähtötiedoista. 19
Kuva 9: Aurinkolämpöjärjestelmien mitoitus- ja simulointiohjelman SELFSOL2000 lähtötiedot. 20
Varsinainen simulointi kestää joitakin sekunteja. Alla on esimerkki ohjelman antamasta tulostiedostosta. Alussa on lähtötiedot ja sen jälkeen tulee aurinkolämpöjärjestelmän toimintaa kuvaavat simuloidut suorituskykytiedot ja -taseet. SELFSOL Aurinkolämpöjärjestelmä Projektitiedot NIMI/PAIKKAKUNTA : Helsinki SÄÄTIEDOSTO : C:\SELFSOL\WEA\HELSINKI.WTH ----------------------------------------------------------------------------------------------------------- Aurinkolämpöjärjestelmän perustiedot KERÄINPINTA-ALA [m 2 ] : 10 KERÄINMALLI : 1-LASI+SELEKTIIVIPINTA KERÄIMEN KALLISTUSKULMA[aste] : 30 KERÄIMEN SUUNTAUS [aste] : 0 Lämmin käyttövesi- ja lämmitysjärjestelmä VARAAJATYYPPI : YKSIVARAAJA-JÄRJESTELMÄ VARAAJATILAVUUS [l] : 1200 LÄMMITYS [kwh] : 20000 MENOLÄMPÖTILA [C] : 60 PALUULÄMPÖTILA [C] : 35 LÄMMIN KÄYTTÖVESI [l/p] : 120 LÄMMIN KÄYTTÖVESI KESÄLLÄ [l/p] : 120 KYLMÄ VESI [C] : 10 LÄMMIN VESI [C] : 60 PUTKISTON LÄMPÖHÄVIÖT [%] : 20 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Energiatase (keskiarvotiedot) TA : ULKOLÄMPÖTILA [C] TS : VARAAJALÄMPÖTILA [C] SÄT : AURINGONSÄTEILY[kWh/m2] AUR : AURINKOLÄMPÖ [kwh] TARVE : LÄMMÖN TARVE [kwh] HÄV : LÄMPÖHÄVIÖT [kwh] LISÄ : LISÄLÄMPÖ [kwh] OMA : OMAVARAISUUSASTE [%] KK : 99 VUOSIARVO (sis. häviöt) -------------------------------------------------------------------------- KK TA TS SÄT AUR TARVE HÄV LISÄ OMA 1-6 15 12 0 3834 767 4600 0 2-6 18 35 42 3526 710 4206 0 3-3 33 98 239 3335 699 3809 5 4 2 37 129 406 2129 463 2192 15 5 9 44 180 645 1133 277 785 44 6 15 71 202 503 316 158 14 97 7 16 81 196 367 216 157 0 99 8 15 63 149 319 224 129 2 99 9 11 40 93 255 666 176 560 33 10 7 25 44 76 1460 310 1671 5 11 1 16 12 2 2399 482 2876 0 12-3 15 3 0 3303 661 3963 0 99 5 38 1159 2859 22546 4996 24682 10 (c) SOLPROS 1999-2000 21
Komponentit ja materiaalit Aurinkolämpöjärjestelmän rakentamisen, hankinnan ja komponenttien merkityksen kannalta keskeiset osat voidaan jakaa seuraavasti: (1) aurinkokeräin (2) aurinkopiirin pumppuryhmä ja säätölaite (3) lämpövaraaja (4) muut lvi-laitteet ja komponentit sekä materiaalit Ostettaessa valmis aurinkolämpöjärjestelmä toimitus kattaa kaikki edellä mainitut osat. Itse rakennettaessa koko järjestelmä kootaan erikseen hankittavista komponenteista. Erilaisia välimuotoja voidaan myös ajatella, jolloin järjestelmän osat hankitaan puolivalmisteina. Aurinkokeräin ja aurinkopiirin säätölaite ovat kriittisimmät komponentit hankintamielessä ja yleensä kaikki muut materiaalit ja lvi-tarvikkeet löytyvät paikallisesta putki- tai lvi-liikkeestä. Aurinkokeräin Valmiita aurinkokeräimiä voi ostaa suoraan alan maahantuojilta tai valmistajilta. Aurinkokeräimen voi hankkia myös rakennussarjana. Itse rakennettaessa tarvitaan sen koosta riippuen karkeasti ottaen alla olevan esimerkkilistan mukaiset osat ja materiaalit (pinta-alan mukaan 1 x 4 =4 m 2, 1 x 6 =6 m 2, 1 x 10 =10 m 2, 1 x 15 =15 m 2 ). Itserakennetussa aurinkokeräimessä kriittiset osat ovat: Absorptiopinta: tänä päivänä suositellaan selektiivistä absorptiopintaa, joka estää lämpösäteilyn karkaamisen ja saavuttaa paremman hyötysuhteen kuin tavallinen musta pinta. Absorptiopinta toimitetaan 120-145 mm:n kaistaleina valmistajasta riippuen vaihtelevan pituisina. Lasi: suositellaan karkaistua 4mm:n lasia, mielellään aurinkolaatuista vähärautaista ja strukturoitua 4 mm:n lasia. Tällaista erikoislasia toimittaa mm. Pilkington. Musta maali: eräät metalli- ja puuosat maalataan mustalla keräinmaalilla, joka kestää yli 150 o C:een lämpötiloja. Tällaista erikoismaalia saa tilattua, löytyy myös spraypohjaisena ns. sylinterimustana. Muut osat ovat yleisemmin saatavilla puutavara-, rakennus- tai lvi-liikkeistä. 22
Tässä yhteydessä esiintyvät itserakennetut aurinkokeräimet on ajateltu integroitaviksi suoraan kattorakenteeseen. Jos näin ei tehdä, tarvitaan keräimeen myös pohjalevy esimerkiksi vaneerista. Taulukko 5: Esimerkki tarvittavista materiaaleista erikokoisille aurinkokeräimille. määrä määrä määrä määrä tavaran nimi materiaali mitat 1 x 4 1 x 6 1 x 10 1 x 15 l = 3095 mm l = 4625 mm l = 7685 mm l = 11510 mm Kehyspuu kuusi 2 2 2 2 pituus : 4,01-4,02 m 35 x 90 mm l = 1950 mm 2 2 2 2 kuusi Tukirima, höylätty 35 x 23 mm l = 1950 mm 3 5 9 14 L-lista kuusi l = 3095 mm l = 4625 mm l = 7685 mm l = 11510 mm 35 x 35 x 15 mm 1 1 1 1 Nauha synteettinen materiaali l = 3095 mm l = 4625 mm l = 7685 mm l = 11510 mm yo. päädyille 3 x 9 mm 1 1 1 1 Silikoni laaturyhmä E (korkea lämpötilaista) asetaattipohjainen 310 ml 1 1 1 1 Ruuvi pysty teräs, galvanoitu 6 x 130 mm 34 46 70 100 Ruuvi vaaka teräs, galvanoitu 5 x 90 mm 8 8 8 8 Ruuvi alumiiniprofiiliin teräs, galvanoitu 4 x 30 mm 50 70 110 160 Ruuvi L-puulistaan teräs, galvanoitu 4,5 x 45 mm 7 9 16 23 T-profiili Alu b = 35 mm toim.pituus : 6,10 m h = 31 mm l = 2005 mm 5 7 11 16 Päällyskumi T-profiiliin EPDM-kumi l = 2020 mm 5 7 11 16 Lasin tiivistekumi EPDM-kumi (U-profiili) 9 x 12 mm l = 2020 mm 4 6 10 15 Ontto kumitiiviste IDK päätyosalle (alla) 17 x 25 mm l = 738 mm 4 6 10 15 Peltiprofiili ruostumaton teräs (kumisuojalla yllä) 2 mm b = 40 mm 8 12 20 30 Ruuvi sivupellille ruostumaton teräs 5 x40 mm 16 24 40 60 Karkaistu lasi prismaattinen tai kirkas 4 mm 750 x 2000 mm 4 6 10 15 lasivilla pinnoitettu between along 10,5 cm 17,5 cm 31,5 cm 49 cm Mineraalivillalevy 730 x 1950 x 60 mm whole 4 6 10 15 d = 8 mm Anturitasku kupari l = 400 mm 1 1 1 1 Aurinkomaali (musta) Solar Lack 0,3 kg 1 1 1 1 ruskea Alu tai vast Sivupelti 0,6 x 30 mm l = 1000 mm 0 2 4 6 Niitti kupari 3 x 6 mm 0 20 40 60 Puhdistusvillaa 1 1 1 1 Pehmytjuote tina 0,25 kg 1 1 1 1 Juotospastaa 1 1 1 1 Ilman erotin rakennetaan itse 1 1 1 1 Kuparihattu 22 mm 5301 4 4 8 8 Cu-sleeve 22 mm 5270 l = 20 mm 1 1 2 2 Absorptioliuska leveys b = 120 mm l = 2940 mm l = 4470 mm l = 3710 mm l = 3350 mm (Tinox, Sunstrip) putki d = 10 mm 16 16 32 32 Yhdysputket keräimiin 32 32 32 32 Aurinkopiirin pumppuryhmä Aurinkolämpöjärjestelmän nestepiirin toiminnan ytimenä on pumppuryhmä, jossa on tarvittavat lvi-laitteet aurinkopiirin ohjaamiseksi. Pumppuryhmän voi hankkia valmiina tai sen voi valmistaa komponenteista itse. Kuvassa 10 on esimerkki pumppuryhmän teknisestä kokoonpanosta. Itserakennetussa pumppuryhmässä kriittiset osat ovat: 23
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 Grundfos 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. Aurinkopiirin pumppuryhmä 1 maadoituspidike 2 lämpömittari 3 kupariputki d=22mm 4 varoventtiili 3 bar 5 kumipinnoitteinen putkipuristin 6 täyttö- ja tyhjennystulppa 7 painemittari 8 kiertovesipumpun mutteri 9 kiertovesipumppu 10 menpiirin sulkuhana 11 Cu-T-liitin 22x22x22mm 12 Cu-kulmaliitin, d=22mm 5002a 13 paisuntasäiliön huoltohana (sulku) 14 paisuntasäiliö 15 helmiliitin 16 Cu T-liitin 22x15x22mm 17 palloventtiili 18 meno (lämmönvaihtimelta) 19 säiliö 20 letku 21 teline 22 Cu T-liitin 22x18x22mm 23 liitin 18x1/2" 24 juotos15x1/2" 25 supistusliitin1/2" x 1/4" 26 liitin 22x1" 27 liitin 22x3/4" 21 14 13 1 1 16 2 2 24 3 22 4 23 5 5 26 6 8 7 25 3 9 8 20 27 10 17 26 27 5 5 3 12 11 3 max. production pressure: 6bar fill pressure = working pressure + 0,5bar 12 15 3 19 16 24 6 aurinkopiirin meno 15 18 18 3 24
Kuva 10. Esimerkki aurinkopiirin pumppuryhmästä osineen. 25
Aurinkokeräimen rakentaminen ja liitännät Esimerkkikytkentöjä Aurinkokeräimen rakentaminen aloitetaan absorptiopinnan kokoamisesta absorptioliuskoista. Liuskojen päätyputket juotetaan kiinni ala- ja yläyhdysputkeen. Absorptioliuskojen kytkentätapa riippuu keräimen pinta-alasta alla olevan esimerkin mukaisesti. Kytkennällä vaikutetaan virtaukseen keräimen sisällä. Lasituksen jakoväli on yleensä 730-750 mm. 1 x 4 1 x 4 K V M 8 S 2K K 8 S R 2 x 5 2 x 5 K Ms Ms Ms E Ms V 10 S 10 S 10 S R Ms 2K Ms Ms Ms K Kuva 11. Aurinkokeräimen sisäinen kytkentä. S=absorptioliuska /AEE/ 26
Osia K kansi d=10mm S absortioliuska juotos kansi 22x1 50mm(liuskat pystysuun.) 60mm(liuskat vaakatas.) Ms liitin 22x1 13mm 80mm 13mm E ilmausmuhvi 120 mm eteäisyydelle (ilman puuta välissä) ylh. Ilmausmuhvi 28mm d=10mm 22x1 22x1 13mm 80mm 13mm E Ilmausmuhvi ilmausmuhvi 120 mm etäisyydelle (puu välissä) 50mm d=10mm 22x1 13mm 80mm 13mm M vakioliitin absorptioliuskojen liitin 22x1 ca.40mm Kuva 11 (jatkoa). Aurinkokeräimen yksityiskohdat ja merkintöjen selvennykset 27
Kuva 12. Aurinkokeräimen rakentamisen työvaiheita. Ylh. vas. absorptioliuskojen juottaminen yhdysputkistoon; Ylh. oik. kehyksen rakentaminen; Alh.vas. valmiin absorptiopinnan sijoittaminen keräinraamiin;alh.oik. valmis itserakennettu aurinkokeräin Kattointegrointi Kun absorptiopinta on valmis, rakennetaan katolle keräinraami profiileineen. Absorptiopinnat nostetaan paikoilleen ja lopuksi nostetaan katelasit alumiiniprofiilien päälle. Alla on kuva valmiista keräimestä, sen rakenteesta ja yksityiskohdista. 28
läpileikkaus katosta liitospelti keräinraami absorptiopinta alumiiniprofiili tukirima yhdysputki lasikate puinen raami kattotiilet eriste kattotuoli kattorimat anturitasku anturikaapeli kattotuoli tai -rimat Kattoleikkaus kattolista kattotiili ristikko/rimat sivupelti ilmanpoisto (manuaalinen) lasikate accumulator tube absorptiopinta anturitasku anturikaapeli eristys 6cm peltiprofiili jossa kumitiiviste aurinkokeräin - tuloputki puuraami keräin - menoputki kattotuoli lasikate kumitiiviste (ontto) metallilista lasille kumitiiviste pellin reuna alareuna Kuva 13. Detaljikuva aurinkokeräimen integroinnista kattoon. 29
Anturitasku, johon tulee keräimen säätöyksikköön yhdistettävä lämpötila-anturi, on tärkeä yksityiskohta oikean toiminnan varmistamiseksi ja se asennetaan alla olevan mallin mukaisesti. Anturitasku lasikate yhdysputki anturitasku anturikaapeli anturitasku juotettuna yhdysputkeen anturikaapeli lasi absorptiopinta eriste 6 cm puuraami Kuva 14. Aurinkokeräimen anturitasku. 30
Esimerkki itserakennetusta aurinkojärjestelmästä Noin 30 km Porista itään Kullaalla Kotiniemen tilalla toteutettiin eräs ensimmäisiä Itävallan mallin mukainen itserakennettu aurinkolämpöjärjestelmä. Tila tarvitsee paljon lämmintä vettä karjataloudessa ja se lämmitettiin puulla. Kesälle 1999 suunniteltiin lämmitysjärjestelmän remontti ja tässä yhteydessä rakennettiin myös aurinkolämpöjärjestelmä. Uusittu lämpökeskus koostuu 1200 litran vesivaraajasta ja siihen liitetystä puukattilasta sekä 15 m 2 aurinkokeräimiä. Tilalla lämmitetään navettarakennus ja asuintalo tällä järjestelmällä. Aurinkokeräimen hinnaksi tuli runsas 10.000 mk. Itserakentaminen lähti liikkeelle talvella 1999 osallistumisella aurinkolämpöjärjestelmien itserakennuksen seminaariin. Talon isäntä on hyvä käsistään ja oli kiinnostunut aurinkoenergiasta. Keväällä hankittiin osia ja komponentteja ja heinäkuussa koottiin koko järjestelmä yhteen porukalla. Testaus ajoittui heinäkuun loppuun. Koko elokuun ajan Kotiniemen tila sai kaiken lämpimän vetensä 100 % aurinkoenergiasta. Isäntä on ollut tyytyväinen järjestelmäänsä. Kesällä 2000 odotetaan aurinkoenergian kattavan kaikkien kesäkuukausien lämpimän veden tarpeen, mutta jo kevättalvesta lähtien aurinkoenergiaa saadaan talteen runsaasti. Kotiniemen aurinkolämpöjärjestelmä on mitoitettu siten, että kesäaikana aurinkolämpöä riittäisi hyvin, jolloin puukattilaa ei tarvittaisi lainkaan. Vuositasolla tämä järjestelmä tuottaa noin 300 kwh/m 2. Tuotetun aurinkolämmön hinnaksi arvioidaan 25 p/kwh. Kuva 15. Kullaan itserakennusryhmä kesällä 1999. Omistaja kolmas oikealta. 31
Kuva 16: Aurinkolämpöjärjestelmän työvaiheita Kullaalla kesällä 1999. Ylin kuva: valmiiksi kootun absorptiopinnan asentaminen keräinkehikkoon katolla Keskimmäinen kuva: aurinkokeräimen lasikatteen asennus ja valmis aurinkokeräin. Alin kuva: aurinkolämpöjärjestelmän testaus ja koestus. 32