Deze uitgave is uitsluitend bestemd voor gebruik door leden van de Vereniging Platform PIE Ondanks alle inspanningen is het mogelijk dat niet alle copyrights van de in de uitgave opgenomen illustraties geregeld zijn. Degene die meent alsnog rechten te kunnen doen gelden, wordt verzocht contact op te nemen met SSG de Rede.
2
Inhoudsopgave De Zonneboiler Leerdoelen�����������������������������������������������������������������������������������������������������������4 1. Geschiedenis en toekomst�������������������������������������������������������������������������������������������������������4 2. Beschrijving������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������5 3. Produkt informatie��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������7 Zonneboiler met leegloopsysteem�������������������������������������������������������������������������������������������7 Drukgevuld Systeem����������������������������������������������������������������������������������������������������������������8 4. Symbolen en werking���������������������������������������������������������������������������������������������������������������9 5. Opdrachten en vragen������������������������������������������������������������������������������������������������������������10
3
De Zonneboiler Leerdoelen Aan het eind van deze module kan je: • De werking van een zonneboiler omschrijven • De hoofonderdelen van een zonneboiler benoemen • De verschillende appendages van een zonneboilersysteem benoemen • Diverse metingen verrichten aan een zonneboilersysteem
1. Geschiedenis en toekomst. Je gaat binnen deze module leren wat een Zonneboiler is. Een zonneboiler zet zonnewarmte om in warm water. Dit warme water kan gebruikt worden om warm tapwater te maken. Ook kan het warme water gebruikt worden om warm water te maken voor de verwarming (radiator of vloerverwarming). Ook als de ze zon niet schijnt komt er toch energie naar de aarde toe. Zie onderstaande plaatjes.
De eerste zonneboilers zijn rond 1800 gemaakt(http://thermospower.nl/geschiedenis-van-dezonneboiler). Sinds 1800 heeft de opmars van zonneboilers hoogtepunten en dieptepunten gekend. De dieptepunten vielen meestal samen met goedkope beschikbaarheid van andere verwarmingsmethoden zoals steenkool, gas, olie of elektriciteit. De laatste jaren komen we er achter dat de fossiele brandstoffen zoals gas en olie op gaan raken. Deze kennis zorgt ervoor dat de zonneboiler ook in Nederland weer aan een opmars bezig is.
4
2. Beschrijving. Er zijn verschillende typen zonneboilers maar de basis blijft hetzelfde. De warmte van de zon wordt omgezet in warm water. Dit warme water kan gebruikt worden voor warm tapwater (warm water uit de kraan) of warm water voor verwarming. De collector die de warmte van de zon omzet bestaat in verschillende vormen. De vlakke plaat collector of de vacuümbuis collector.
Vlakke plaat collector
Vacuüm buis collector
Het doel van de collector is het opvangen van de warmte van de zon. Deze warmte wordt aan het medium in de collector afgegeven. Het medium is een vloeistof die de warmte door het regelsysteem heen leidt. Dit medium kan gewoon water zijn maar kan ook een speciale vloeistof zijn uitgekozen om specifieke eigenschappen
Een zonnecollector werkt het hele jaar door. Natuurlijk zal de opbrengst(rendement) in de winter lager zijn dan in de zomer. Omdat de zon niet altijd evenveel warmte geeft hebben we naast de zonnecollector en een voorraadvat ook nog een regeling nodig. De regeling zorgt er oa voor dat er de zonnecollector beschermd wordt tegen bepaalde temperaturen. Dit is bv kookbeveiliging (als de collector te warm zou worden door een te felle zon), vorstbeveiliging(als het buiten vriest en de vloeistof in de collector zou bevriezen.
5
De regeling meet verder ook de temperatuur van de collector en de temperatuur van het voorraad vat. Als de temperatuur in het voorraadvat hoger is dan de temperatuur van de collector zal de regeling ervoor zorgen dat er geen vloeistof wordt rondgepompt in het collectorcircuit. Als dat wel zou gebeuren wou namelijk het voorraadvat gekoeld worden en dat is niet de bedoeling. Omdat de zon niet altijd het voorraadvat op de juiste temperatuur kan brengen is er ook nog een na verwarmer nodig. Deze zorgt ervoor dat het tapwater op de juiste temperatuur komt als het voorraadwater niet warm genoeg is. De zonneboiler wordt voornamelijk gebruikt om tapwater op te warmen. Je zou de zonneboiler ook kunnen gebruiken voor de verwarming maar daar is het rendement te laag voor. Zie onderstaande afbeelding.
CV
Zon
CV staat voor de warmtevraag voor verwarming, Zon staat voor de energie die van de zon afkomt en die je kan gebruiken om te verwarmen. Je kan zien dat als de CV vraag hoog is er weinig zonenergie is. Als de zonenergie hoog is, is er geen cv vraag.
6
3. Produkt informatie.
Zonneboiler met leegloopsysteem
De collector blijft leeg zolang de circulatiepomp niet werkt. De circulatiepomp schakelt in zodra de temperatuur van de collector 10°C boven de temperatuur van de boiler komt. De vloeistof komt dan in de aanvoerleiding van het collectorcircuit en wordt in de collector gepompt. Dit systeem is een open systeem, lucht die in de leidingen zit wordt naar buiten afgevoerd(bij dit systeem gebeurt dit via een uitlaatslang in de boiler). De vloeistof die nu door de collector gepompt wordt zal warm worden. De vloeistof zal door de retour collectorcircuit in het boilervat terechtkomen en zal de vloeistof in het boilervat verwarmen. De circulatiepomp zal blijven pompen tot het water in de boiler een temperatuur van 80 graden(kookgevaar) heeft bereikt of tot het verschil kleiner is dan 2°C Als het boilerwater 80°C heeft bereikt, bij onvoldoende lichtinval of een stroomonderbreking zal de circulatiepomp stoppen. Hierdoor zal als gevolg van de zwaartekracht het collectorcircuit leeglopen en zal de vloeistof terugstromen in het boilervat. De collector en de aanvoer en afvoerleidingen zullen zich weer vullen met lucht. Hierdoor is de collector en de leidingen beveiligt tegen vorst (water wat bevriest zet namelijk uit waardoor de leidingen en de collector kapot zouden kunnen gaan). Omdat de vloeistof als gevolg van de zwaartekracht leeg moet lopen zal de collector altijd hoger dan het boilervat moeten worden gemonteerd. Ook moeten de leidingen altijd onder afschot worden gemonteerd. Zie voor de juiste maten de montage aanwijzing van de fabrikant. Voordelen van het terugloopsysteem zijn: Voordelen van het terugloopsysteem zijn:
Nadelen van het Terugloopsysteem zijn:
• • • •
• Leidingen moeten altijd op afschot liggen. • Boilervat moet altijd lager dan de collector staan.
Het is water gevuld. Het systeem is drukloos. Het systeem is Glycolvrij (antivries) Het systeem is laaggeprijsd
7
Drukgevulde Zonneboiler
Er bestaat ook een systeem waarbij er geen leegloop is. Hierbij zijn de leidingen en de collector altijd gevuld met vloeistof. Bescherming tegen vorst gebeurt door middel van een andere vloeistof dan water. Deze vloeistof heeft een lagere bevriezingswaarde dan water. Hierdoor zal deze vloeistof niet bevriezen onder normale winterse omstandigheden. Wel dient regelmatig gecontroleerd te worden of de bevrieswaarde nog goed is. Als de waarden niet meer goed zijn dient de vloeistof vervangen te worden. Als de vloeistof te warm wordt in de zomer zal het water het kookpunt bereiken. Hierdoor zet de vloeistof heel veel uit. Om deze uitzetting en krimp op te vangen dient er bij dit systeem altijd een expansievat aanwezig te zijn(net zoals bij een cv systeem). Dit expansievat vangt de drukwisselingen op zodat de leidingen niet kapot gaan. Voordelen van het drukgevuld systeem zijn:
Nadelen van het drukgevuldsysteem zijn:
• Hoger rendement • Boilervat kan overal geplaatst worden • Collector moet niet in het dak geplaats worden
• Het systeem is met een antivries middel gevuld. • Het systeem is duurder. • Het systeem heeft meer onderhoud nodig.
8
4. symbolen en werking. Binnen een zonneboiler kom je verschillende onderdelen / appendages tegen. Hieronder een schema met daarin alle onderdelen van een drukgevuld systeem.
1
Collector
9
Regelunit
2
Circulatiepomp
10
Temperatuursensor collector
3
Keerklep
11
Temperatuursensor boilervat
4
Flowregelaar
12
Boilervat
5
Drukmeter
13
Ontluchter zonneboilersysteem
6
Overdrukventiel
14
Mengventiel
7
Expansievat
15
Inlaatcombinatie koud water
8
Vulkraan zonneboiler systeem
16
Naverwarmer
1. Collector: vangt de warmte van de zon op 2. Circulatiepomp: pompt het water rond in de collector 3. Keerklep: zorgt ervoor dat het collectorvloeistof maar 1 richting op kan. 4. Flowregelaar. Stelt de juiste stroomsnelheid in van de vloeistof 5. Drukmeter. Geeft de druk in het systeem aan. 6. Ontlastklep: zorgt ervoor dat bij overdruk in het systeem er vloeistof afgevoerd wordt om de druk te verlagen. 7. Expansievat: vangt de uitzetting en de krimp van de vloeistof door verwarming op. 8. Vulkraan. Om het zonneboilersyteem te vullen met zonneboilervloeistof. 9. Regelunit: regelt wanneer de circulatiepomp moet draaien 10. Temperatuursensor collector: geeft door wat de temperatuur van de collector is. 11. Temperatuursensor Boilervat: geeft door wat de temperatuur van het voorraadvat is. 12. Boilervat: Voorraadvat met warm water.
9
13. Ontluchter zonneboilersysteem: Om het systeem te ontluchten. 14. Mengventiel: Zorgt ervoor dat het warm water in de woning niet boven een ingestelde waarde komt. 15. Inlaatcombinatie koud water: 16. Naverwarmer: Verwarmt na als het water door de zon niet warm genoeg is.
5. Opdrachten en vragen. 1. Wat doet een zonneboilersysteem 2. Wat is het verschil tussen een zonneboilersysteem en een zonnepaneelsysteem 3. Welke 2 hoofdsystemen zijn er van de zonneboilersysteem 4. Noem twee voordelen van het eerste systeem 5. Noem twee voordelen van het tweede systeem 6. Waarom wordt het zonneboilersysteem weinig als verwarming gebruikt 7. Zie onderstaand schema: vul in de tabel de juiste benamingen in.
10
Vul de juiste benaming in. 1
9
2
10
3
11
4
12
5
13
6
14
7
15
8
16
8. Wat is de benaming van onderstaande appendage?
Wat is de functie van onderstaande appendage?
9. Wat is de benaming van onderstaande appendage?
Wat is de functie van onderstaande appendage?
11
10. Wat is de benaming van onderstaande appendage?
Wat is de functie van onderstaande appendage?
11. Plaats de Zonneboiler buiten. Maak een overzicht van verschillende metingen. Gebruik hiervoor de onderstaande tabel Dag
Begintemperatuur (°C)
Eindtemperatuur (°C)
Verlopen tijd (uren)
Zonsterkte (W/m²)
12. Maak met behulp van Excel een grafiek van de temperatuurtoename en de zonkracht ten opzichte van de datums. Lever dit in bij de docent.
