artikel

Technisch ontwerp van zonneboilersystemen

klimaattechniek

Bij het ontwerpen van zonneboilersystemen kunnen leveranciers veel ondersteuning bieden, omdat zij de precieze werking en opbrengst van hun zonneboilersysteem kennen. Wel zijn er een aantal vuistregels te geven over plaatsing, dimensionering, montage en materialen.

Technisch ontwerp van zonneboilersystemen

De toevoer van zonne-energie is afhankelijk van de geografische ligging. In Nederland is de inval maximaal 1000 W per vierkante meter. Gemiddeld kan een zonnecollector ongeveer 110 tot 140 kWh/m2 per jaar opvangen.

 

Oriëntatie en hellingshoek zonnecollector

Hoeveel zonlicht wordt opgevangen, is afhankelijk van de oriëntatie (windrichting) en de hellingshoek van de zonnecollector. Bij een hellingshoek van 30° op het zuiden kan een zonnecollector het meeste opvangen in de zomermaanden. Er is dan echter al een overschot aan zonnewarmte. Juist in de tussenseizoenen is het belangrijk zoveel mogelijk energie op te vangen. De ideale hellingshoek daarvoor bedraagt 40-45°, met bij voorkeur een oriëntatie tussen zuid-oost en zuid-west.

 

Draaischijf factorbepaling

Daar willen we aan toevoegen dat een zonnecollector in de zomer niet in de schaduw mag zijn van bomen en dergelijke. Om de invloed van de factoren oriëntatie en hellingshoek op de jaaropbrengst te kunnen vaststellen, zijn grafiekjes of draaischijven beschikbaar (zie afbeelding 1).

 

Afbeelding 1: Draaischijf voor de factorbepaling.

 

 

Dimensionering zonnecollector

In Europa straalt er op een wolkenloze dag ongeveer 5 kWh/m2 op het zonnecollectoroppervlak. Om deze hoeveelheid energie te kunnen bewaren, moet bij een vlakkeplaatcollector minimaal 50 l boilerinhoud per vierkante meter beschikbaar zijn en bij vacuümbuizen 70 l, indien we de collector uitsluitend toepassen voor de verwarming van drinkwater. Dit geldt voor zonneboilers en het deel van de bivalente boiler dat niet door de ketel wordt naverwarmd. Dat deel staat pas ter beschikking voor de opslag van zonne-energie als de collectortemperatuur hoger is dan de naverwarmtemperatuur van de cv-ketel.

 

Vuistregel voor afmetingen

Als vuistregel voor bivalente boilers in een eengezinswoning (hoge dekkingsgraad) kunnen we per 100 l boilerinhoud 1,5 m2 vlakkeplaatcollectoren of 1 m2 vacuümbuiscollectoren aanhouden. Dit geldt voor een opstelling op het zuiden, met een maximale afwijking van 45° en een hellinghoek tussen 25 en 55°. Ongunstige opstellingen kunnen we compenseren door iets meer collectoren op te stellen. De investering wordt dan naar verhouding iets hoger.

 

Montage zonnecollectoren

De zonnecollectoren bestaan uit modulen met vaste afmetingen, bijvoorbeeld 1,3 m2. Bij grotere oppervlakken plaatsen we meerdere modulen parallel. De modulen plaatsen we in het geval van een plat dak op een frame onder de gewenste hellinghoek. Bij een schuin dak is de montage erg afhankelijk van het soort dakbedekking en de hellingshoek van het dak.

 

Montage leidingwerk

Leidingwerk buiten het gebouw dient goed geïsoleerd te zijn en het liefst zo kort mogelijk. Bij terugloopsystemen leggen we de aan- en afvoerleiding van een zonnecollector op afschot met een helling van circa 2%. De collector is het hoogste punt. Bij doorvoer door het dak of de gevel mag de isolatie niet worden onderbroken.

 

Materialen leidingen

Het leidingwerk voor zonneboilersystemen dient bestand te zijn tegen de hoge temperaturen die kunnen optreden. Kunststofleidingen zijn niet voor alle temperaturen geschikt. Dit moeten we in de materiaalspecificaties nagaan. De leiding van de zonnecollector naar het opslagvat moet in ieder geval bestand zijn tegen een temperatuur van 120 °C. Geschikte materialen tot 120 °C zijn:

  • koper;
  • roestvast staal;
  • zwart staal.

 

Materialen fittingen en isolatie

Wanneer we fittingen en koppelingen toepassen, dienen eventuele kunststof of rubber afdichtingen ook tegen hoge temperaturen bestand te zijn. Isolatiematerialen moeten geschikt zijn tot hoge temperaturen en bestand zijn tegen buitenomstandigheden zoals regen, vogels (pikken) en uv-straling. De isolatie dient dik genoeg te zijn om warmteverlies te voorkomen, omdat warmteverlies ten koste gaat van de opbrengst.

 

Beveiligingen

We moeten de beveiliging van een zonne-installatie uitvoeren volgens de EN 12975 en 12976. Het collectorcircuit moeten we zo beveiligen, dat bij de hoogst mogelijke collectortemperatuur (stilstandtemperatuur) geen warmtedragend medium door de veiligheid kan overstorten. Dit bereiken we door de correcte dimensionering van het expansievat en de aanpassing van de installatiedruk.

 

Veiligheidsklep

De aanspreekdruk van de veiligheidsklep is de maximale druk van de installatie plus 10%. De veiligheidsklep moet we volgens de EN 12975 en 12976 dimensioneren. We moeten de veiligheidsklep op het vermogen van de collectorgroep afstemmen en daarvan het maximale vermogen van 900 W/m2 kunnen overstorten. Het vat dient ten minste de totale inhoud van de collectoren te kunnen opnemen. Er mogen alleen veiligheidskleppen worden gebruikt die geschikt zijn voor 6 bar en 120 °C en de kenletter S (solar) hebben (zie afbeelding 2).

 

 

Afbeelding 2. Principeschema van een zonnecollectorinstallatie. Bron: Viessmann.

Veiligheidstemperatuurbegrenzer

De elektronische regelingen zorgen voor een elektronische temperatuurbegrenzing. Een veiligheidstemperatuurbegrenzer in de warmteboiler is nodig als per vierkante meter absorberoppervlak minder dan 40 l boilervolume beschikbaar is. Daarmee vermijden we zeker temperaturen van meer dan 95 °C.

 

Thermostatisch mengventiel

Een belangrijk onderdeel van een zonneboilerinstallatie vormt het thermostatische mengventiel. Dit plaatsen we na de zonneboiler. Het zorgt ervoor dat wanneer het tapwater te heet – boven de 70 °C – uit de boiler komt, er wordt bijgemengd met koud water om de gewenste tapwatertemperatuur te verkrijgen.

 

Meer kennisartikelen over klimaattechniek

Dit kennisartikel komt uit hoofdstuk 5: Zonne-energie van de Vakbase W-installatie, het digitale naslagwerk van gawalo.nl over klimaattechniek
De Vakbase W-installatie bestaat uit twee onderdelen: Klimaatbeheersing 1 bevat informatie over de theorie en praktijktoepassingen van warmtetechnieken en Klimaatbeheersing 2 behandelt luchtbehandeling, ventilatie en koeling.

Abonnees van Gawalo kunnen gratis gebruikmaken van de Vakbase W-installatie.

 

Reageer op dit artikel