Assistance til udvikling af nye/bedre anlæg Simon Furbo Jørgen M. Schultz Jianhua Fan DTU BYG Danmarks Tekniske Universitet 2800 Kgs. Lyngby Tel.: +45 45 25 18 57, Fax: +45 45 93 17 55 E-mail: sf@byg.dtu.dk

Assistance til udvikling af nye/bedre anlæg Første fase, 2005-2007 Indkaldelse af forslag, maj 2005 Fabrikanter og rådgivere stillede 9 forslag om projekter, maj-juni, 2005 To forslag blev udvalgt til gennemførelse, juni, 2005: Aidt Miljø A/S: Effektivitet af luft-/væskesolfanger Nilan A/S & METRO THERM A/S: Beholderoptimering for små solvarmeanlæg til brugsvandsopvarmning Gennemførelse af de to projekter, juli, 2005 – maj, 2007 Anden fase, 2007-2009 Indkaldelse af forslag, maj 2007 Fabrikanter og rådgivere stillede 10 forslag om projekter, maj-juni, 2007 To forslag blev udvalgt til gennemførelse, juni, 2007: Grundfos A/S: Fordele ved ny Grundfos cirkulationspumpe, type SOLAR 15-65 Sunarc A/S: Fordele ved antirefleksionsbehandlede glas i praksis Gennemførelse af de to projekter, juli, 2007 – april, 2009

Eksperimentelle undersøgelser af små low flow solvarmeanlæg til brugsvandsopvarmning baseret på kappebeholdere

Små solvarmeanlæg til brugsvandsopvarmning High flow Spiralbeholder Low flow Kappebeholder Solfanger Solfanger Supplerende energikilde Supplerende energikilde Spiralbeholder Kappebeholder Varmt vand Koldt vand Varmt vand Koldt vand

Forbedret ydelse/pris forhold: 39% Fordele ved low flow kappebeholderanlæg sammenlignet med high flow spiralbeholderanlæg Ekstra ydelse: 10-25% Forbedret ydelse/pris forhold: 39% lille pumpe, små rør, reduceret solfangervæskevolumen, lettere installation Reduceret kalkudfældning: 2,5 gange Kalk efter 3 års drift Spiralbeholder Kappebeholder

Solfanger Supplerende energi Supplerings-volumen Kappe Solvolumen Beholder Varmt vand Koldt vand Ph.D. rapport ”Investigation and optimisation of heat storage tanks for low-flow SDHW systems”, Søren Knudsen. Rapport nr. R-075 fra BYG.DTU, DTU, 2004. Kan downloades fra www.byg.dtu.dk, publications, Scientific Reports.

Markedsførte kappebeholdere kan forbedres væsentligt ved simple designændringer 20% ekstra ydelse ved: Forøget højde/diameter forhold Reduceret kappehøjde Lavere niveau for kappeindløbet Forøget isoleringstykkelse for beholderens sider Yderligere forbedringer kan opnås med beholdermateriale med lav varmeledningsevne

Formål med eksperimentelle undersøgelser At dokumentere at ydelsen for små solvarmeanlæg til brugsvandsopvarmning kan forøges ved små designændringer af markedsførte kappebeholdere

Side-by-side laboratorie afprøvning af to små solvarmeanlæg med forskellige kappebeholdere Solfangerfabrikant Arcon Solvarme A/S Solfangertype ST-NA Solfangerareal 2,51 m² Maksimal solfangereffektivitet 0,801 Varmetabskoefficienter for solfanger 3,21 W/m²K og 0,013 W/m²K² Indfaldsvinkelkorrektionsfaktor 3,6 (tangens ligning) Solfangerorientering Sydvendt Solfangerhældning 45° Solfangerkreds 33 m 10/8 mm kobberrør Volumenstrøm i solfangerkreds 0,5 l/min Solfangervæske 40% propylenglycol/vand blanding Lokalitet Danmarks Tekniske Universitet, Kgs. Lyngby

Solfangere ST-NA fra Arcon Solvarme A/S

Kappebeholdere Beholdervolumen: 189 l Supplerende volumen: 86 l Supplerende volumen opvarmes af 1000 W elpatron til: 51°C Beholderfabrikant Nilan A/S METRO THERM A/S Beholder Danlager 1000 Test tank Ydre diameter af varmtvandsbeholder 0,492 m 0,400 m Højde/diameter forhold for varmtvandsbeholder 2,1 3,9 Kappebredde 1,15 cm 2,00 cm Kappehøjde 0,395 m 0,600 m Varmeoverførende areal, kappe 0,61 m² 0,75 m² Vandvolumen over øverste niveau af kappe 97 l 110 l Kappeindløb Toppen af kappen 0,125 m fra toppen af kappen Godstykkelse af varmtvandsbeholder 3 mm 2,5 mm Godstykkelse af kappevæg

Kappebeholdere 60 x 60 x 181 cm kabinet 60 x 60 x 197 cm kabinet Danlager 1000 Test tank 60 x 60 x 181 cm kabinet 60 x 60 x 197 cm kabinet Tankisolering: PUR skum

Afprøvningsbetingelser Prøveperiode: 12. marts, 2006 – 22. maj, 2007 Ens prøvebetingelser for begge anlæg Varmtvandsforbrug: 100 l/dag opvarmet fra 10°C til 50°C, svarende til 32,2 kWh/uge Varmtvandsforbrugsmønster: Varmt vand tappes kl. 7:00, kl. 12:00 og kl. 19:00 i tre lige store dele

Definitioner Nettoydelse: Tappet energi – Supplerende energi Dækningsgrad: Nettoydelse/Tappet energi Relativ ydelse: Nettoydelse for solvarmeanlægget med test tanken/nettoydelse af solvarmeanlægget med Danlager 1000

Ekstra ydelse for anlæg med test tank: 13% Målte energistørrelser for 40 uger i afprøvningsperioden: 8. maj, 2006 – 8. maj, 2007 Målt energi Solvarmeanlæg med Danlager 1000 Solvarmeanlæg med test tank Solstråling på solfanger 2270 kWh Tappet energi 1289 kWh Supplerende energi til top af beholder fra elpatron 738 kWh 664 kWh Solvarme tilført beholder 780 kWh 814 kWh Nettoydelse 551 kWh 625 kWh Dækningsgrad 43% 49% Ekstra ydelse for anlæg med test tank: 13%

Relativ ydelse Dækningsgrad for anlæg med Danlager 1000 Relativ ydelse: Nettoydelse for solvarmeanlægget med test tanken/nettoydelse af solvarmeanlægget med Danlager 1000 Dækningsgrad for anlæg med Danlager 1000 Skønnet ekstra årlig ydelse for anlægget med test tanken: 15%

Konklusion Anbefalinger Forholdsvis små designændringer af markedsførte kappebeholdere kan resultere i forholdsvis store forøgelser af ydelsen af små solvarmeanlæg til brugsvandsopvarmning Test tanken har en udmærket udformning Anbefalinger Markedsførte kappebeholdere bør have: - Et højt højde/diameter forhold Forøget tykkelse af isoleringen på siden af beholderen Kappeindløbet placeret et stykke fra toppen af kappen

Fordele ved ny Grundfos cirkulationspumpe, type SOLAR 15-65

Med SOLAR 15-65 Fleksibel solfangerkreds Let installation Reduceret varmetab fra rør

Side-by-side test af to små low flow solvarmeanlæg til brugsvandsopvarmning Afprøvningsperiode: December, 2007 – april, 2009 Solfangere: ST-NA fra Arcon Solvarme A/S, 2,51 m² Varmelagre: Danlager 1000 fra Nilan A/S, 189 l kappebeholder. Øverste 86 l opvarmet til 51°C af 1000 W elpatron Solfangerkredse: 33 m 10/8 mm kobberrør isoleret med 9 mm INSUL-TUBE og SOLAR 15-45 23 m ”lifeline” fra Thermo Dynamics Ltd og SOLAR 15-65 ¼” varmt kobberrør 5/16” koldt kobberrør

Afprøvningsbetingelser Prøveperiode: 22. december, 2007 – 18. januar, 2008 Ens prøvebetingelser for begge anlæg Varmtvandsforbrug: 100 l/dag opvarmet fra 10°C til 50°C, svarende til 32,2 kWh/uge Varmtvandsforbrugsmønster: Varmt vand tappes kl. 7:00, kl. 12:00 og kl. 19:00 i tre lige store dele

Solbestrålingsstyrke den 16. januar 2008

Volumenstrøm og pumpeeffekt den 16 Volumenstrøm og pumpeeffekt den 16. januar 2008 Solvarmeanlæg med normal solfangerkreds og SOLAR 15-45

Volumenstrøm og pumpeeffekt den 16 Volumenstrøm og pumpeeffekt den 16. januar 2008 Solvarmeanlæg med lifeline og SOLAR 15-65

Målte energistørrelser for første 4 uger 22. december, 2007 – 18 Målte energistørrelser for første 4 uger 22. december, 2007 – 18. januar, 2008 Målt energi Solvarmeanlæg med normal solfangerkreds og SOLAR 15-45 Solvarmeanlæg med lifeline og SOLAR 15-65 Tappet energi 129 kWh Supplerende energi til top af beholder fra elpatron 146 kWh Nettoydelse - 18 kWh - 17 kWh Pumpeenergi 0,8 kWh 1,7 kWh

Fortsatte undersøgelser Pumpeeffekt ved forskellige driftsforhold Volumenstrøm ved forskellige driftsforhold Ydelsens afhængighed af volumenstrømmen Ydelsesmæssig fordel ved SOLAR 15-65 og lifeline Test af andre solpumper