IK02 Impuls 24Q7
09-02-2010
10:43
Pagina 1
Katern voor scholing, her- en bijscholing
24 Een uitgave van Intech Klimaat & Sanitair en OTIB februari 2010
inHoud 1 Aansluiten zonneboiler
Aansluiten zonneboiler Zonne-energie staat steeds meer in de belangstelling als energiebron voor woningen. Sommige architecten ontwerpen woningen waarbij de zonnepanelen daarvan een fraai architectonisch onderdeel zijn. Bij de energie-nulwoning bestaat het hele dak uit verschillende soorten collectoren en pv-panelen waardoor de woning geheel in haar eigen energiebehoefte kan voorzien. Bij andere woningen wordt een enkele collector geplaatst om warm tapwater en/of cvwater voor te verwarmen. Hoe installeer je een zonneboiler waarbij het water wordt voorverwarmd via een zonnecollector? Door: Han Brouwer-Keij Naast de pv-panelen (fotovoltaïsche) die zonlicht in elektriciteit omzetten, zijn er verschillende soorten zonnecollectoren. Zonnecollectoren werken volgens een ander principe. Door de collector stroomt een medium, meestal water, al dan niet vermengd met glycol om het vriespunt te verlagen. In de collector wordt de zonnewarmte opgenomen en op een andere plaats overgedragen aan een ander medium, bijvoorbeeld drink-, cv- of zwembadwater. Er zijn veel verschillende typen zonnecollectoren waarvan de vlakke-plaatcollector en de collector met vacuümbuizen en reflectoren het vaakst worden toegepast in woningen. De temperatuur van het water in een vlakke-
plaatcollector kan oplopen tot ongeveer 90 °C. Een variant op de vacuümbuis is de vacuümbuis met ‘heat pipe’. De temperatuur in een heat pipe kan oplopen tot bijna 250 °C. Hij kan zelfs bij -40 °C nog heet water produceren. Op een van de permanente bases op de Zuidpool wordt een dergelijk systeem met succes toegepast. Voor huizen met hellende daken die ongunstig ten opzichte van de zon zijn georiënteerd, is een nokcollector een mogelijke oplossing. Verder kunnen de aansluitingen voor de aanvoer en de retourleidingen op verschillende plaatsen zitten. Dit is vooral belangrijk voor het type zonneboilerinstallatie. Bij elk soort zonneboilerinstallatie moeten de aansluitingen op de collector op een bepaalde plaats zitten.
Belangrijke normen en richtlijnen -
-
-
NPR 7976:2009 en ‘Bepaling van de energetische opbrengst van zonneboilers voor huishoudelijk gebruik - Omrekenprocedure op basis van de Nederlandse referentieomstandigheden’ NEN-EN 12977-3:2008 en ‘Thermische zonne-energiesystemen en componenten - Op maat gebouwde systemen - Deel 3: Prestatieproeven van opslagvaten voor thermische zonne-energiesystemen’ NEN-EN 12975-2:2006 en ‘Thermische zonne-energiesystemen en componentenZonnecollectoren - Deel 2: Beproevingsmethoden’ NEN 1010 ‘Veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties’ NEN 1006 ‘Algemene voorschriften voor drinkwaterinstallaties AVWI’ Waterwerkbladen NEN 3215 ‘Binnenriolering in woningen en woongebouwen’ Isso-publicatie 14 ‘Zonneboilers, ontwerp, uitvoering en advisering’ Kleintje legionellapreventie
24 1
IK02 Impuls 24Q7
09-02-2010
10:43
Pagina 2
aansluiten zonneboiler
1. Doorsnede vlakkeglas
plaatcollector. absorberend oppervlak isolatie
koperen buis
Plaatsing van een collector De collector moet naar de zon gericht staan om een zo groot mogelijk rendement te behalen. Het mooiste is als dat gedurende de hele dag zo zou zijn. De zon staat echter aan het begin en eind van de dag lager en levert dan minder warmte, waardoor een investering in een meedraaiend systeem niet rendabel zal zijn. Bovendien staat de zon gedurende het jaar op een steeds andere hoogte, waardoor een meedraaiend systeem bijzonder complex zou zijn. Daarom worden collectoren bij voorkeur gericht op 5° ten westen van het zuiden onder een hoek van ongeveer 35°. Als het dak een iets afwijkende helling heeft, maakt dat niet veel uit, want tussen 20 en 60° is het jaarrendement tot maximaal vijf procent minder. Hetzelfde geldt voor de zijwaartse hoek. Hierbij kun je er globaal van uitgaan dat het jaarrendement tussen zuidoost en zuidwest tot maximaal vijf procent minder is. Belangrijk is dat een zonnecollector zo hoog mogelijk wordt geplaatst. Vooral in nieuwbouwwijken bestaat de kans dat er hogere belendende gebouwen worden gerealiseerd of dat bomen na verloop van tijd zo groot worden dat de zon niet meer op de collector schijnt.
Bij hellende daken kan de collector meestal eenvoudig aan de onderliggende dakconstructie worden bevestigd. Dat kan op de pannen of op het dakbeschot. Op platte daken moet je gebruikmaken van een frame, waarop de collector wordt gemonteerd. Afhankelijk van de plaats in het land, de hoogte en de grootte van de collector bestaat de kans dat bij sterke wind het frame met collector en al omwaait. Je moet in dat geval het frame voorzien van ballast. Hiervoor zijn speciale frames in de handel die je kunt verzwaren met gewone straattegels. De fabrikanten van de frames en de collectoren leveren een overzicht van de benodigde ballast per gebied, hoogte en afmeting collector.
Soorten zonneboilersystemen Een zonneboilersysteem bestaat uit de volgende hoofdcomponenten: - collector; - voorraadvat (zonneboiler); - naverwarmer. Het voorraadvat heeft over het algemeen een inhoud van 120 – 300 liter en een doorsnede van 55 – 90 cm bij een lengte vanaf 120 cm. Grotere middellijnen kunnen niet meer door een deur. Voor liggende
en staande plaatsing zijn andere voorraadvaten nodig in verband met de plaats van de aansluitingen voor de koud- en warmwaterleiding. Het voorraadvat en de naverwarmer moeten in een vorstvrije ruimte worden opgesteld en zo dicht mogelijk bij de collector. De precieze plaats is afhankelijk van het zonneboilersysteem. Voor het voorraadvat en de naverwarmer moet een vrije strook blijven van 1 m en links en rechts een vrije ruimte van 10 cm voor onderhoud. Daarnaast bevat de installatie nog een aantal standaardappendages, zoals pomp, regeling en beveiliging. Als het zonneboilersysteem uitsluitend is bedoeld voor warm tapwater, moet de naverwarmer het warme tapwater tot 60 – 65 °C kunnen opwarmen. Hiervoor kan in principe elke modulerende geiser of combiketel worden gebruikt. Wordt het zonneboilersysteem gebruikt voor vloerverwarming of radiatorverwarming, dan moet het cv-systeem een ltv-systeem zijn. De meest voorkomende zonneboilersystemen zijn: - terugloopsysteem; - systeem gevuld met antivries; - thermosyphonsysteem; - compacte zonneboiler. Voor alle systemen geldt dat het tapwater in de boiler een temperatuur kan bereiken van 80 °C. Dat is een gevaarlijk hoge temperatuur. Het is daarom noodzakelijk dat de koudwatertapleiding via een driewegmengklep wordt gekoppeld met het uitgaande warme tapwater van de naverwarmer. De mengklep moet dan worden afgesteld op 60 °C. Sommige naverwarmers
2. Principe vacuümbuis.
warmteoverdracht
en
ed
r
zonnewarmte straalt door vacuüm op de heatpipe
a op t na jgt f zak i t s o mp ist da vloe e erd se
n
de
n co ge
warmte wordt geabsorbeerd door de heat pipe 3. Principe heat pipe. 24 2
n be
IK02 Impuls 24Q7
09-02-2010
10:43
Pagina 3
aansluiten zonneboiler
5. Wat was er eerder: de boom of de zonnecollector?
6. Collector in een hellend dak.
zijn niet geschikt voor inkomend water van 80 °C. In dat geval moet de driewegmenklep voor de naverwarmer worden geplaatst. De koudtapwateraansluiting moet op de zonneboiler worden aangesloten met een inlaatcombinatie, waarvan de overstort via een open verbinding en een stankafsluiter op de riolering moet worden aangesloten. Ook de naverwarmer moet van een eigen inlaatcombinatie zijn voorzien. Als de zonneboiler (ook) bestemd is voor vloerverwarming, moet een zonneboiler met tweede spiraal worden gebruikt. Op de retourleiding van het vloerverwarmingssysteem sluit je een driewegverdeelklep aan. Een deel van het retourwater gaat via de spiraal en wordt daar verwarmd. Een ander deel van het water stroomt onverwarmd naar de uitlaatzijde van de spiraal en mengt daar met het verwarmde water, waarna het mengsel met een temperatuur van 40 °C naar de naverwarmer stroomt. De stand van de verdeelklep wordt geregeld door een thermostaat die je in de zonneboiler plaatst. Alle leidingen tussen de collector en de zonneboiler moeten worden geïnstalleerd met hittebestendig isolatiemateriaal (kortstondig 150 °C en continu 100 °C). De wanddikte van de isolatie moet minstens 13 mm zijn.
tor met ten minste een onderaansluiting, waardoor de collector leeg kan lopen. De collectorpomp wordt ingeschakeld zodra de temperatuur van de absorber in de collector een vooraf ingesteld aantal graden hoger is dan het water onderin de boiler. De collectorpomp schakelt weer uit als het water onderin de boiler de vooraf ingestelde temperatuur heeft bereikt. Vervolgens stroomt het water uit de collector terug
7. Collector op een plat dak.
8. Principe zonneboilersysteem. collector
voorraadvat met tapwater voorverwarmd via warmtewisselaar door zonnewarmte
warm tapwater 60 °C
naverwarming door cv-ketel
Terugloopsysteem Bij het terugloopsysteem is het collectorcircuit een drukloos systeem. Bij het terugloopsysteem hoort een vlakke-plaatcollec-
naar het terugloopvat. Door deze methode werkt het systeem als vorst- en oververhittingbeveiliging en kan het collectorcircuit met gewoon water worden gevuld. Vaak wordt ten overvloede nog antivries toegevoegd. Het terugloopvat kan worden geïntegreerd in de zonneboiler of worden geïnstalleerd als afzonderlijk onderdeel. Omdat in het collectorcircuit lucht en water aanwezig zijn, gelden niet de wetten van een gesloten circuit, waarin alleen de weerstandsverliezen moeten worden overwonnen. Je moet rekening houden met de maximale opvoerhoogte van de pomp. Over het algemeen kan de bovenkant van de collector bij een klein collectorcircuitpompje niet meer dan 4 m hoger liggen dan de pomp, maar de onderkant van de collector moet minstens 0,5 m hoger liggen dan de pomp van de overstort van het terugloopvat. Onder het overloopvat zit de overloop die tevens dienst doet als vulkraan. Vooral bij het terugloopsysteem is het afschot van de leidingen erg belangrijk. Bij voorkeur houd je een afschot aan van 50 mm/m.
toevoer koud tapwater naar opslagvat
24 3
IK02 Impuls 24Q7
09-02-2010
10:43
Pagina 4
aansluiten zonneboiler
collector
voorraadvat collector
voorraadvat met warmtewisselaar
warm tapwater
warm tapwater collectorpomp naverwarming door bijvoorbeeld cv-ketel (centrale verwarmingsdeel is niet weergegeven)
collectorpomp terugloopvat
toevoer koud tapwater
toevoer koud tapwater
9. Terugloopsysteem.
10. Systeem gevuld met antivries.
voorraadvat geplaatst boven de collector bijvoorbeeld vlak
minimaal 300 mm hoogteverschil
collector met geïntegreerd voorraadvat
collector
toevoer koud tapwater
11. Thermosyphonsysteem.
Systeem gevuld met antivries Bij het systeem gevuld met antivries blijft de vloeistof ook tijdens vorst in de collector aanwezig. De koude vloeistof mag dan echter niet naar de zonneboiler kunnen stromen. Zodra de buitentemperatuur beneden de 3 °C komt, schakelt de collectorpomp uit zodat geen collectorvloeistof met een lagere temperatuur dan 3 °C in de spiraal van de zonneboiler kan komen. De kans op bevriezen van het water in de zonneboiler is daarmee voorkomen. Ook bij oververhitting wordt de pomp uitgeschakeld. De temperatuur van de vloeistof in de collector kan dan op warme dagen oplopen tot wel 150 °C, waardoor een deel van de vloeistof in damp kan overgaan. Het systeem is hiertegen bestand. Er moet echter wel een expansievat in het collectorcircuit zijn aangebracht om de uitzetting van de vloeistof op te vangen. Verder
warm tapwater
elektrische vorstbeveiliging
warm tapwater
24 4
naverwarming door bijvoorbeeld cv-combiketel (centrale verwarmingsdeel is niet weergegeven)
naverwarming door bijvoorbeeld cv-ketel (centrale verwarmingsdeel is niet weergegeven)
> 15°
toevoer koud tapwater
overstort naar riolering
naverwarming door bijvoorbeeld cv-combiketel (centrale verwarmingsdeel is niet weergegeven)
12. Compacte zonneboiler.
zit in dit systeem een overstortklep en een vul- en aftapkraan.
Thermosyphonsysteem Bij het thermosyphonsysteem wordt een zonneboiler meer dan 30 cm hoger dan de bovenkant van de collector geplaatst. Meestal is dat een liggende boiler in verband met de beperkte hoogte. In dit geval moet de collectorvloeistof een antivriesmiddel bevatten. In het collectorcircuit zit geen pomp. De circulatie van de collectorvloeistof heeft plaats op natuurlijke wijze. De verwarmde vloeistof heeft een kleinere dichtheid dan de koude vloeistof, waardoor de vloeistof opstijgt en zijn warmte in de zonneboiler kan afgeven aan het warme tapwater. Dit heeft tot gevolg dat de collectorvloeistof afkoelt en weer een grotere dichtheid krijgt. Hierdoor zakt de vloeistof via de retourleiding naar de onderkant van
collector, waar die opnieuw wordt verwarmd en weer opstijgt. Het collectorcircuit bevat water met antivries. Zodra de temperatuur in de collector lager wordt dan de temperatuur in de zonneboiler stopt de circulatie. Het koude water met antivries zakt naar beneden en het warme water stijgt naar de zonneboiler. De kans op bevriezen van het tapwater in de zonneboiler is daarmee voorkomen. Omdat dit ook een gesloten systeem is, moet er een expansievat in het collectorcircuit zijn aangebracht om de uitzetting van de vloeistof op te vangen. Verder zit in dit systeem een overstortklep en een vul- en aftapkraan. Bij dit systeem worden vaak heat pipes of vacuümbuizen toegepast.
Compacte zonneboiler Op plaatsen waar onderdak geen ruimte is om een zonneboiler te plaatsen, kan een
IK02 Impuls 24Q7
09-02-2010
10:43
Pagina 5
aansluiten zonneboiler
compacte zonneboiler worden toegepast. De zonneboiler en de collector zijn hier geïntegreerd tot één pakket dat op het dak kan worden geplaatst. Op de tank moet een expansievat worden aangebracht om
de uitzetting van de collectorvloeistof op te vangen. Verder moet je in dit systeem een overstortklep en een vul- en aftapkraan plaatsen. De koudtapwateraansluiting moet met een inlaatcombinatie plaatsheb-
ben. De naverwarmer krijgt een eigen inlaatcombinatie. Ook bij dit systeem worden vaak heat pipes of vacuümbuizen toegepast.
Stappenplan installeren zonneboilersysteem, type terugloopsysteem
Monteren collector • monteer de collector volgens de instructies van de fabrikant (afhankelijk van type): - denk aan veilig werken op het dak; - denk aan minimale hoogte tussen onderzijde collector en bovenzijde zonneboiler en terugloopvat; - denk aan de maximale opvoerhoogte tussen terugloopvat en bovenzijde collector; - leg leidingen vanaf de collector door het dak onder een afschot van minstens 40 mm/m; - werk doorvoeren isolerend en waterdicht af; - isoleer buitenliggende leidingen met een geschikte isolatie van ten minste 19 mm dikte. Monteren zonneboiler • monteer de zonneboiler volgens instructie van de fabrikant: - denk aan vrije ruimte voor onderhoud; - denk aan maximale afstand tot de collector. Monteren terugloopvat en pomp • monteer het terugloopvat en de pomp volgens instructie van de fabrikant: - denk aan de maximale opvoerhoogte tot de bovenzijde van de collector; - plaats het vat niet op zijn kop! Monteren leidingen collectorcircuit • monteer de leidingen van het collectorcircuit: - denk aan het afschot naar het terugloopvat; - er is geen ontluchter nodig; - denk aan de middellijn volgens opgave fabrikant; - denk eraan dat de perszijde van de pomp met de onderaansluiting van de collector moet zijn verbonden; - isoleer binnenliggende leidingen met een geschikte isolatie van ten minste 13 mm dikte; - breng een vul- en aftappunt aan bij de perszijde van de pomp;
- breng een overstortkraan aan onder het terugloopvat. Monteren kabels naar de sensors • monteer de kabels vanaf de regelunit naar de sensors: - denk aan de collectorsensor; - denk aan de twee boilersensors. Monteer de waterleiding • monteer de koudwaterleiding op de inlaatzijde van de zonneboiler: - plaats een T-stuk voor de leiding naar de mengklep; - plaats een inlaatcombinatie in de koudwaterleiding vlak voor de zonneboiler; • monteer de warmwaterleiding van de uitlaat van de zonneboiler naar de naverwarmer: - plaats een inlaatcombinatie vlak voor de naverwarmer; - monteer de warmwaterleiding aan de uitlaatzijde van de naverwarmer: - plaats een driewegmengklep die de uitlaattemperatuur op 60 °C regelt; - monteer aan de derde aansluiting de koudwaterleiding vanaf het T-stuk. Monteer de riolering • monteer een sifon met afvoer naar de riolering: - probeer het lekwater van beide inlaatcombinaties met een onderbroken verbinding via dezelfde sifon af te voeren. Vullen en in bedrijf stellen • vul het collectorcircuit via de vulkraan bij de pomp: - antivries is in principe niet noodzakelijk; - denk aan maximaal vulniveau (overstort bij terugloopvat); • vul en ontlucht het tapwatersysteem; • steek de stekker in het stopcontact en volg de instructie van de fabrikant.
24 5
