Energy Saving Solutions
ESS Informatie brochure Heatpipes
HeatPipe Een compleet zonneboilersysteem bestaat uit 3 componenten: 1 de collector 2 het opslagvat 3 het besturingssysteem Elk van deze componenten is noodzakelijk voor het goed functioneren van het systeem. Door verschillende modulus aan elkaar te koppelen kan voor iedere situatie het ideale systeem worden samen gesteld. Collector De collector module bestaat uit een aantal vacuümbuizen, manifold en frame. Door een combinatie te maken met panelen is het vermogen af te stemmen op de behoefte. De collector is samengesteld uit duurzame materialen zoals; aluminium, RVS, UV bestendig kunststof en natuurlijk glas. De koperen buis in de manifold is geïsoleerd met steenwol om de hoge temperaturen te weer staan de rest van de holtes zijn gevuld met PUR schuim. In de onderstaande foto is een module met 20 vacuüm buizen weergegeven.
Het opslagvat De binnen tank is vervaardigd van hoogwaardig 1,2 mm dik roestvrijstaal (SUS/AISI316,DINX5CrNiMo17122). Het isolatie materiaal bestaat uit 50mm PUR schuim waardoor het water lang warm blijft. Het geheel is afgewerkt met een gecoat staal.
In de tanks zijn twee koperen warmtewisselaars gemonteerd. De onderste warmtewisselaar wordt aangesloten op de zonnecollector, de andere warmtewisselaar wordt doorgaans aangesloten op de CV ketel t.b.v. naverwarming in de wintermaanden.
Het besturingssysteem Het besturingssysteem is zeer uitgebreid waarbij alle parameters instelbaar zijn naar uw specifieke situatie. Hierdoor kan een optimaal rendement uit het systeem worden gehaald. In te stellen waarden zijn: • Collector regeling • Ringleiding regeling • Aansturing electrisch verwarmingselement • Waarschuwing overtemperatuur • Sterilisatie cyclus • Anti vries cyclus De besturingsunit wordt compleet geleverd met: • 4 temperatuur sensoren • 2 pomp aanluit mogelijkheden <250W • Aansluit mogelijkheid electrische naverwarming <3000W • Aansluitmogelijkheid 3wegklep • 1 kabel voor pomp • Grafisch display • Eenvoudige bediening • Engelstalige handleiding Deze besturingsunit is voor alle collector combinaties hetzelfde.
Pompunit
In de pompunit zijn naast de pomp componenten geïntegreerd die essentieel zijn voor een goede werking van het systeem. De belangrijkste componenten zijn: • • • • • • •
Wilo Pomp ST 15/6 met 3 standen Druk beveiligingsklep Debiet meter Vulklep collectorvloeistof met slang nippels Analoge drukmeter Analoge temperatuurmeter aanvoer collector Analoge temperatuurmeter retour collector
• • • • • •
Ontgasser Smoor regeling Terugslagklep Afsluiters aan en afvoerleiding Aansluiting expansievat Geïsoleerd huis van robuust schuim (PUR)
Werkingsprincipe van een zonneboiler Deze zonneboilers maken gebruik van HeatPipes in vacuümbuizen, hierdoor is deze vele malen efficiënter dan de normale vlakke plaat collectoren.
Vacuümbuis
De vacuümbuis is een coaxiale glazen buis waartussen een zeer diep vacuüm heerst (<5x10-5 Pa). Het zonlicht schijnt op de selectieve coating die op de binnenbuis is aangebracht, hierdoor zal deze worden verwarmd. Door gebruik te maken van de unieke isolerende eigenschap van vacuüm kan de warmte alleen maar worden afgegeven aan de HeatPipe. De vacuümbuis is vervaardigd van het sterk borosilicaat glas. Belangrijkste eigenschap van dit speciale glas is de grote lichtdoorlatendheid. De diameter van de vacuümbuizen is 58mm, de lengte is circa 1800mm.
HeatPipe
De warmte wordt door middel van een aluminium vin aan de HeatPipe doorgegeven. De belangrijkste functie van de HeatPipe is het transporteren van de warmte naar het te verwarmen medium. De HeatPipe is gevuld met een vloeistof die bij een relatief lage temperatuur verdampt. De vloeistof verdampt door de door de zon opgewarmde vacuümbuis. Het verdampte gas stijgt naar de relatief koude bovenkant van de HeatPipe waar het gas weer condenseert. De condensatie energie wordt afgegeven in de manifold aan de langs stromende vloeistof. De gecondenseerde vloeistof stroomt weer naar benden waarna de cyclus weer wordt herhaald. De cyclus stopt als de zon de vacuümbuis niet meer verwarmt, hierdoor kan er ook geen energie terug stromen.
Manifold
De uiteinden van de HeatPipe zijn in de manifold bevestigd. Dit is een koperen buis met dwars daar op buizen waar de kop van de HeatPipe precies inpast. Door de exacte passing en de geleidende pasta is de warmte overdracht maximaal. De uiteinde van de HeatPipes komen dus niet direct in contact met het koel medium waardoor er geen lek kan ontstaan. De pijpen en de manifold vormen samen de collector. Deze collector is door het toonaangevende Fraunhofen instituut getest. Het rendement is 0,850 - 1,771 x dt/G - 0,0192 x dt2/G. Hierin is dt = collector temperatuur - omgevingstemperatuur, G is de straling loodrecht op het paneel [W/m2]. De onderlinge afstand tussen de buizen is 78 mm. Het voordeel van deze onderlinge afstand is dat de buizen minder snel in elkaars schaduw komen (gedurende 7 uur van de dag) waardoor het geprojecteerd oppervlak over een groot deel van de dag constant blijft en de buizen dus relatief efficiënt worden gebruikt.
Regelsysteem
Het verwarmde medium wordt met behulp van een pomp naar het opslagvat getransporteerd. De pomp wort aangestuurd door het regelsysteem, zowel in de manifold als in de het water opslagvat zijn temperatuurssensoren geplaatst. Indien de temperatuur in het water opslagvat lager is dan de temperatuur in zal de pomp worden geactiveerd. De pomp stopt als de collector temperatuur gelijk of lager is dan de boiler temperatuur.
Opslagvat
Het opslagvat is een belangrijk deel van het zonneboilersysteem. Hierin wordt de warmte energie opgeslagen zodat er ook gedoucht kan worden als de zon niet schijnt of kunnen minder zonnige dagen overbrugd worden. Het koude toevoerwater stroomt onder het vat in en zal door de warmte van het zonnepaneel worden verwarmd via een in de tank geplaatste warmte wisselaar, het warme water stijgt naar boven waar het warme water wordt afgenomen . Boven de eerste warmte wisselaar is een tweede warmte wisselaar geplaatst die kan worden gebruikt voor naverwarming of voor andere verwarmingsdoeleinden zoals vloerverwarming. De grote van het opslagvat is mede afhankelijk van de hoeveelheid water die dagelijks wordt gebruikt en de overbruggingsperiode. Schatting van het dagelijks gebruik van warmwater gaat als volgt: 10+(5 x aantal bewoners) =.......(keuken) 35 x aantal douches per dag=........(douche) 70 x aantal baden per dag =........(bad) Totaal dagelijks gebruik .........liter Boilervat grootte = is dagelijks gebruik x overbruggingsdagen.
Rekenwijze
Voor het zonnecollector systeem is het van belang hoeveel licht de collectorbuizen bereikt en onder welke hoek. De berekening rekent voor elke 15 minuten uit hoe de stand van zon ten opzicht van het paneel wisselt, gedurende de dag en het jaar. Door te middelen over een maand of over het hele jaar kan de geschatte opbrengst inzichtelijk gemaakt worden. Om het opgenomen vermogen uit te rekenen gaan we uit van de 1367 W/m² die buiten de atmosfeer beschikbaar is. Voor de invloed van de weersgesteldheid gebruiken we gegevens die NASA verzameld heeft gedurende een periode van 10 jaar. Hierbij wordt onderscheid gemaakt tussen direct licht en diffuus licht: ook als het bewolkt is en de buizen de zon niet “zien” draagt diffuus licht bij tot het verwarmen van de buizen. Het is op dit punt dat de grootste onzekerheid het model binnensluipt, want elk jaar is immers anders.
Bij de collectorbuizen aangekomen is hun stand ten opzichte van de (wisselende) azimuth en hoogte van de zon van belang voor het vermogen dat het vlak van de zonnecollector bereikt. De energiedichtheid is het hoogst indien het licht loodrecht op het paneel invalt en wordt minder naarmate de hoek van het zonlicht met de normaal op het paneel groter wordt. De efficiëntie van de buizen is afhankelijk van de hoek waaronder het licht binnenvalt. Omdat de collector is opgebouwd uit cilindervormige buizen schijnt de zon gedurende een relatief lange tijd loodrecht op de collector, dit in tegen stelling tot vlakke plaat collectoren. Voorts kunnen de buizen het licht voor een gedeelte reflecteren of in elkaars schaduw komen te staan. Deze effecten worden beschreven door zonnecollector-specifieke “Incident Angle Modifier” (IAM) functies. In het onderstaande figuur zijn de transversale en longitudinale hoeken afgebeeld, die via de IAM functies de efficiëntie bepalen waarmee de zonnecollectoren warmte verzamelen.
Dit alles geeft een schatting van de hoeveelheid energie die de buizen gemiddeld opnemen. Daarmee kan vervolgens eenvoudig uitgerekend worden hoeveel het boilervat verwarmd wordt en tot welke energiebesparing dit leidt. Opbrengst Op deze pagina wordt de temperatuur van het boilervat van dag tot dag bijgehouden. De temperatuur wordt afgelezen op het eind van elke dag. De temperatuursensor is ongeveer in het midden van het boilervat geplaatst, en geeft slechts een indicatie voor de opgewekte energie. Doordat de soortelijke warmte van water varieert met de temperatuur zal het warmste water stijgen tot boven in het vat waar het warme water wordt afgenomen. Het afgenomen water is dus altijd een paar geraden warmer dan de opgegeven vat temperatuur. Gebruik: Ons gezin bestaat 4 personen (2 volwassenen & 2 kleine kinderen). Het verbruik per dag is: -
2x douchen (70 liter) Keuken gebruik (30 liter) Bad 2/week (140/7=20 liter) Wasmachine 5-week (45*10/7=64 liter)
Totaal 184 liter per dag.
Weer Hiervoor heb ik helaas geen nauwkeurige instrumenten beschikbaar die de zonintensiteit kunnen meten, de weersbepaling wordt met het oog gedaan. Systeem De zonneboiler is Zuid West geplaatst op een schuindak van circa 50 graden. De collector bestaat uit 40 vacuümbuizen welke zijn aangesloten op een 300 liter vat. De opbrengst van januari versus juli: In de onderstaande tabel staan de boilertemperaturen van de maand januari 2009.
In de onderstaande tabel staan de boilertemperaturen van de maand juli 2008.
Energy Saving Solutions
Voor meer informatie, neem gerust contact met ons op: tel. 046-4008842
[email protected]
