Zonthermisch systeem

Een primaire warmtewisselaar was nodig door het beperkte hoogteverschil tussen de collector en het opslagvat. Om leegloop van de collector mogelijk te maken, was een hydraulische scheiding nodig tussen de collector en het opslagvat.

Pompcirculatie zorgt voor de overdracht van warmte van de collector naar de warmtewisselaar. De warmteoverdracht van warmtewisselaar naar opslagvat vindt plaats door thermosifonstroming. Dit is een goed alternatief voor een mantelwarmtewisselaar, en was in de Verenigde Staten en Canada al veel gebruikt. Het systeem zorgt er bij grote zonneboilers met een externe warmtewisselaar voor dat een extra pomp niet nodig zijn.

ZONNECOLLECTOR GEÏNTEGREERD IN HET DAK

De zonnecollectoren zijn niet, zoals gebruikelijk in Nederland, geplaatst op het dak, maar zijn volledig geïntegreerd in het dak zelf. De collectoren heeft Arie Kroon in eigen beheer gemaakt.

OPSLAG VAN ZONNEWARMTE EN HET COLLECTORCIRCUIT

In de woning staat op de eerste verdieping een verzinkt stalen opslagvat van 1600 liter. Het collectorcircuit bestaat uit:

De collector
Aan- en afvoerleiding (12 meter)
Een thermosifon (pijpbundel) warmtewisselaar voor directe warmteoverdracht naar de naverwarmer
Een interne spiraal warmtewisselaar (Trufin gevinde buis) in het opslagvat
Een pomp
Een leegloopvat (35 liter)

REGELING

Een 22 Watt CV-pompje (24 V DC) zorgt voor de lage flow. Een tweede pompje draait gedurende 10 minuten tijdens het vullen van de collector om de opvoerhoogte te overwinnen en om de collector en de warmtewisselaar te ontluchten. Het collectorcircuit heeft een ingebouwd thermostatisch geregeld ventiel dat de aanvoertemperatuur vanuit de collector regels op 60 graden Celsius. Als de temperatuur lager is, verandert de flow traploos van 3 naar 1 liter per minuut.

OPBRENGST

Bij het ontwerp is berekend dat het zonne-energiesysteem voor 75% zou bijdragen aan de warmtevraag van warm water en voor 20% voor ruimteverwarming.

VERBETERINGEN

Het systeem functioneerde vanaf het begin redelijk goed, maar enkele kleine verbeteringen waren nodig. Het opslagvat heeft een isolatie van 2 lagen steenwol van 50 mm. Toch koelt het water sneller af dan verwacht. Water van 70 graden koelt per 24 uur 3 graden af, water van 50 graden per dag 2 graden en water van 35 graden 1 graad. Als geen warmte wordt gevraagd, koelt het water in het vat in 1 maand af van 70 naar 30 graden. Het water is daardoor voor de CV minder bruikbaar.

Met de externe warmtewisselaar bleek dat de warmte-uitwisseling onvoldoende was. Door een interne warmtewisselaar in het boilervat aan te brengen, verloopt de warmtewisseling wel goed.

De debietregeling van de zonnecollectoren kende eerst alleen een zomer- en winterstand. Deze regeling is vervangen door een thermostatische regeling die de collectorflow regelt op de ingestelde gewenste collector aanvoertemperatuur.

VERHOGING VAN DE ZONNE-ENERGIE-BIJDRAGE DOOR LOW FLOW

Door de toepassing van een lage flow (maximaal 3 liter per minuut) in het primaire circuit, neemt de gemiddelde aanvoertemperatuur vanuit de collector toe. Dit heeft als nadeel dat het collectorrendement afneemt. Voordelen zijn echter:

Bij hoge temperaturen voert de thermosifon warmtewisselaar direct warmte toe aan de naverwarmer. Dit leidt tot een verlaging van het gasverbruik ter compensatie van stilstandverliezen naar de naverwarmer.
In het grote zonneboilervat ontstaat een grotere temperatuurgelaagdheid. Het hete water uit de collector komt in het vat binnen op halve hoogte. Hierdoor kan zich in het bovendeel van het vat een aanzienlijke voorraad warm water opbouwen. Warm water stijgt namelijk. Als aan het eind van een zonnige dag het water uit de collector minder warm is, koelt dit water het hete water niet af.
De opbouw van gelaagdheid leidt tot een hogere dekkingsgraad.
Dankzij de gelaagdheid kan het zonthermisch systeem een relevante bijdrage leveren aan de ruimteverwarming.
In het grote zonneboilervat ontstaat een grotere temperatuurgelaagdheid. Het hete water uit de collector komt in het vat binnen op halve hoogte. Hierdoor kan zich in het bovendeel van het vat een aanzienlijke voorraad warm water opbouwen. Warm water stijgt namelijk. Als aan het eind van een zonnige dag het water uit de collector minder warm is, koelt dit water het hete water niet af
De opbouw van gelaagdheid leidt tot een hogere dekkingsgraad
Dankzij de gelaagdheid kan het zonthermisch systeem een relevante bijdrage leveren aan de ruimteverwarming