General rights
Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.
Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research.
You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
You may freely distribute the URL identifying the publication in the public portal
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim.
Downloaded from orbit.dtu.dk on: Mar 24, 2022
Solvarmesystemer Definition og principper
Svendsen, S.
Publication date:
1974
Document Version
Også kaldet Forlagets PDF Link back to DTU Orbit
Citation (APA):
Svendsen, S. (1974). Solvarmesystemer: Definition og principper. Technical University of Denmark, Department of Civil Engineering.
SOLVARMESYSTEMER
D E F I N I T I O N OG P R I N C I P P E R
S, SVENDSEN
L A B O R A T O R I E T FOR V A R M E I S O L E R I N G DANMARKS T E K N I S K E HflJSKClLE
OKTOBER 1 9 7 4
MEDDELELSE N R , 3 3
LODRET OMDRW NINGS
-
f
AKSESYD J
Flg. l a
f
SYD
LODRET
SYD J
Fig. f b
LODRET
Fig. 1 c Fig. l d
Def i.n:j.t.ion e t solvarmesystem .-
E t s o l v a r n i e s y s t e m er e t s y s t e m med d e t p r i m r e f o r m å l a t u d n y t t e s o l l y s e t til h e l e l l e r d e l v i s dækning a f o p v a r m i n g c b e h o v e n e i bvgriinger.
E t a l m i n d e l i g t v i n d u e i e n b y g n i n g er s å l e d e s i k k e e t s o l v a r m e - systern, d a dets primære f o r m å l er a t g i v e udsynsmulighed f r a rummet oy a t o p l y s e d e t .
D e t ses, a t d e f i n i t i o n e n b å d e d z k k e r s y s t e m e r til rumopvarm- n i n g og t i % o p v a r n u ~ i n g a f b r u g s v a n d ,
G r u n d l a g e t . f o r c o l v n r m e s y s t e m e r
G r u n d l a g e t f o r e t s o l v a r m e s y s t e m e r s e l v f Q l g e l i g s o l i n d f a l d e t
Da bcgye st@rrelser v a r i e r e r h e l e å r e t igennem, m å man have f a t : p5 d e r e s årssurniner og i s æ r på d e r e s f o r d e l i n g o v e r a r e t , Man k a n f3. e t godt i n d t r y k a f s o l i n d f a l d e t s o g opvarmningsbeho- vcnct: C o r d e l i n q o v e r ;ret ved
at
u d r e g n e månedssumrnerne.D e t t c a txr c-rjort uci f r a R e f e r e n c e å r e t
r]].
I skt:?nia 1 er r;i2riedssumrnerne a f d e n i n d f a l d e n d e s t r a l i n g f o r d e l t på direicti? og d i f f u s s t r å l i n g s ) b e r e 9 n e t f o r f a l g e n d e t i l f a l d e : I . en p l a n , der er normal t i l s i g t e l i n i e n til s o l e n .
2. en l)Lan TIC^ v r n d r e j n i n g s a k s e p a r a l l e l med j o r d a k s e n o g d r c jcnde : s i t y med s o l e n , s e f i g . l a .
.3. (.:ri p l . n n nied l o d r e t o d r e j n i n g s a k s e og d r e j e n d e s i g med c o l e n , s e f i g . l b .
d (![i ::I:Y:~ ( 4 5 0 ) f n s t p l a n vendende mod s y d , se f i g . l c .
5 . en 'l.rxlret f c l c t p l a n vendende mod s y d , se f i g . I d .
1,icjelede:: e r d e r i skema 1 v i s t opvarmningsbehovene f o r d e l t på opvarnu-inq af rum og brugsvand f o r :
1, e t a l m i n d e l i g t i - s o l e r e t h u s .
*loen d i f f u s e s t r d l i n g o m f a t t e r d i f f u s h i m m e l s t r å l i n g og r e f l e k - t e r e t s t . r 5 7 i n g . Ved b e r e g n i n g a f d e n s i d s t e er a n t a g e t $=O, 5 oq r e f l e k s i o n s k o e f f i c i e n t l i g 0,25. Beregningen er t i l n æ r m e t .
SOLFANGER
~ ~ h l r n 2
L--.--'
- - _ -
. c -Jan. Fe b. Marts April Maj Juli Aug. Okt. Nov. Cn I
l
fig. 2. D i r e k t e s o l s t r å l i n g p5 f l a d e s v a r e n d e til s o l f a n g e r - t i l f æ l d e 3 . D i r e k t e
+
d i f f u s s o l s t r å l i n g på f l a d e s v a r e n d e til s o l f a n g e r - t i l f æ l d e 5. Varmebehov f o r h u s - t i l f æ l d e 1 og 2.Skema 1. S o l i n d f a l d o g varmebehov u d f r a R e f e r e n e - e å r e t , (Ændret d e c . 7 5 )
T i l f æ l d e 1 d i f f u s
T i l f æ l d e 2 d i f f u s
T i l f æ l d e 3
T i l f æ l d e 5 d i f f u s
T i l f æ l d e 1
For n o g l e s y s t e m e r
ex
d e t dog v a n s k e l i g t a t afgØre, hvor e t b e s t e m t e l e m e n t i s y s t e m e t hØrer til. S o l f a n g e r og akkumu- Latox kan v a e sammenbygget som i d e t system, d e r b e s t a r a f en b e t o n v q - med t o Lag g l a s f o r a n , Her er g l a s s e t både en d e l a f s o l f a n g e r e n og a f varmeakkumulatoren.Hvis man g @ r s i g k l a r t , h v o r l e d e s d e e n k e l t e f u n k t i o n e r ud- EØres, b e t y d e r d e t i k k e n o g e t , a t d e r er o v e r l a p n i n g e r i opclelingen.
S d e t £@r nævnte s y s t e m u d f @ r e c darklagsfunktionen f o r s o l - f a n g e r e n af d e t o l a g g l a s og i s o l e r i n g s f u n k t i o n e n f o r varme- qkkumulatoren a f d e samme t o l a g g l a s .
En s o l f a n g e r k a r a k t e r i s e r e s ved k o n s t r u k t i o n og virkemåde.
D e t er n a t u r l i g t a t opdele en s o l f a n g e r k o n s t r u k t i o n i fØlgende d e l e : r e f l e k t o r e l l e r r e f r a k t o r ( l i n s e ) og k o l - l e k t o r .
Ved den p l a n e t y p e s o l f a n g e r e h a r man kun k o l l e k t o r e n , som kan o p d e l e s i fØlgende d e l e :
Bærende og beklzdende k o n s t r u k t i o n A b s o r b a t o r p l a d e
DaeKlag ( g e n n e m s i g t i g f o r s i d e )
I s o l e r i n g ( b a g s i d e - og r a n d i s o l e r i n g )
Herudfra kan man o p d e l e s o l f a n g e r e i f o r s k e l l i g e t y p e r som v i s t i skema 2 .
Med en s o l f a n g e r s virkemade f o r s t å s den måde, man b e n y t t e r den på.
Virkemaden f o r e n s o l f a n g e r afhænger af fØlgende:
Bevæge1 ighed
S t y r i n q a f bevægelsen Transpor trnediurn
Transportmåde D r i f t s f o r m
S t y r i n g a f d r i f t e n
Herud f r a kan man y d e r l i g e r e o p d e l e s o l f a n g e r e i f o r s k e l l i g e t y p e r som vist i skema 3 .
Begge huse er p3 144 m' og regnes beboet af fire personer.
Tallene er taget fra r 2 ] .
Solfanger-tilfzlde 3 og 5 samt hus-tilfzlde l og 2 er tegnet op på fig. 2.
Et solvarmesystem kan opdeles i tre dele:
L.
Solfanger2. Varmeakkumulator 3. Varmeafgiver
Solfanger plus varmeakkumulator kaldes det primære system.
Varmeakkumulator plus varmeafgiver kaldes det sekundære system.
Dette er skit ret på fig. 3.
Flg. 3 Opdeling af solvarmesystem
.<.
Fig. 4 a Parabolsk Cylinderf lade
. .- ---. --- .. .
Fig 4 c Bagside belyst
e r k o n s t r u k t i o n .
r
I
l
R e f l e k t o r ( s p e j11
p a r a b o l o i d e
p a r a b o l s k c y l i n d e r f a l d e ( f i g 4a) g l a s med s p e j l e n d e b e l æ g n i n g p l a s t med s p e j l e n d e b e l æ g n i n g p o l e r e t r u s t f r i t s t å l
p o l e r e t aluminium c i r k u l æ r
c y l i n d r i s k R e f r a k t o r
f l i n s e )
I
a l m i n d e l i g s a m l e l i n s e , ( f i g . 5 a ) f r e s n e l - l i n s e ( f i g . 5b)Il
g l a s
k l a r p l a s t K s l l e k t o r
( o p f a n g e r )
e n k e l t - b e l y s t ( f i g . 4b, 4 c ) i
d o b b e l t - b e l y s t ( f i g . 4d)
1
a b s o r b a t o r
I
alm. s o r t o v e r f l a d eJ s e l e k t i v o v e r f l a d e b e l æ g n i n g ( f i g . 6 a , 6b) a b s o r b a t o r med l u f t k o n v e k t o r p l a d e ( f i g . 7 a )
/
f i b e r m a t e r i a l e ( f i g . 7 b )I
I 1
I
a b s o r b a t o r m . v e s k eI
I d o b b e l t p l a d e ( f i g . 8 a )I
e n k e l t p l a d e med rØr ( f i g . 8 b ) ,/'
I
I
1
t z t s i d d e n d e p a r a l l e l l e rØr- . - - . -- ---v. , 1
'
d æ k l a gi 1
u b e h a n d l e t ( f i g . 1 0 a )I
s e l e k t i v o v e r f l a d e b e l æ g n i n g i ( f i g . l o b ) '
!
( f i g . l o c ) I
l
( f i g . 8 c )
j
1 m i n i l i n s e r
+
s p a l t e p l a d el ! ( f i g . l O d )
/
t1
. .. . . - . -- I1
g l a s!
p l a s ta b s o r b a t o r m. f a s t s t o f b e t o n p l a d e ( f i g . 9 )
Pip Almindelig wmldinso
Fig. 4 d Dobbelt belyst
kmvek torp(ade
\- isolering
fig. 'la
Solfanger med konvektorplader -
f i bermateriaiei
isoleringFig.
7
b Solfanger med fi bermaterialerdobbeltplade
'
L
isoleringFig, 8a Solfanger med dobbeltplade
glos
t
dcieklag/-
selektiv absorbator blegningsig Selektiv bclmgning pd absorbator
WAVE LENGTH @M)
/
Flg.
6b. Selektiv absorbatorbelagning, taget fra [3J.
Atm. u behandlet termorude
glas
d @k lagL selektiv dceklagsbelcegning
i
absorbator Selektiv belaegning p& dmklagFig. lob. Selektiv belægning p3 d æ k l a g . K u r v e n er fra
r
4 3 .enkeltplade med
rar
Rig, 8 b Solfanger
med
enkdtplade mad r m'L- i solering
l i g . 8 c Solfanger med t e t siddende r g r
/--
glasr
betonplade''L-isolering
/
Fig, 9 Solfanger
med
betonplade-
Bevægelighed d o b b e l t b e v æ g e l i g ( d r e j e l i g om t o a k s e r )
S t y r i n g a f
bevægelsen
T r a n s p o r tmed ium
e n k e l t b e v æ g e l i g ( d r e j e l i g om én s k s e ) s t a t i o n æ r
f 1 u r v æ r k
£ Ø l e r f o r d i r e k t e s o l l y s
l
væske
g a s
T r a n s p o r tmåde n a t u r l i g c i r k u l a t i o n
1
D r i f t s f o r mtvungen c i r k u l a t i o n
k o n t i n u e r t med k o n s t a n t mængde k o n t i n u e r t med v a r i a b e l mængde i n t e r m i t t e r e n d e ( s t o p
-
s t a r t )/
S t y r i n g afI
f @ l e r f o r t r a n s p o r t m e d i e t s temp. d i f f e r e n s1
f Ø l e r f o r s o l i n d f a l d og l u f t t e m p e r a t u r
Fig, 10 c
Deklag
med honeycompRIBBED G L A S S
R I B B E 0 G L A S S M E T A L L I T I N G R E C E I V E R
a) Single sheet Solartrap,
R E C E I V E R
c) Two sheet Solartrap.
* Metallizing on one or both sides of glass sheet, or slotted aluminium sheet.
b) Enlarged section showing ailow- ance for angular size of sun.
~ i g . l o d . Minilinser og s p a l t e p l a d e . Tegning er fra 15
1.
-
1 9-
Skema 4 . O p d e l i n g a f v a r m e a k k u m u l a t o r
varmeakkurnula t o r
_ _ _ _ _ _ - . . - - - -
-
I
- - - - . ----e -- - - - T .-- - . --- - ---.---W---.--- B e n y t t e t f y s i s k e g e n s k a b
,
l. v a r m e f y l d e/
2 . f a s e æ n d r i n g s v a r m eI
/
3 . ab- o g a d s o r p t i o n s v a r m eI
1 4 . r e a k t i o n s v a r m e
. . . ...
-.--- .- ... -.--q.__-..-- P.
D e t varmeakkumulerende 1 l l . f a s t s t o f ( s t e n , b e t o n , m e t a l )
_f
s t o f , væske ( v a n d , o l i e ) .... ..
I
. . . . . . . . . . . - . .
k.
.- ....-
- - --
. -. ---.-2 . g l a u b e r s a l t
-l
ammoniak o g vand
-
.
s v o v l s y r e p l u s v a n dOpbevar i n g s s y s teme t m e t a l , b e t o n , p l a s t k u g l e , c y l i n d e r , k a s s e
- -
v o l d a f s t e n o p b y g g e t p& i s o l e r i n g o g med i s o l e r i n g , p l a s t o g j o r d l a g
-v--- ---- v-w-. --.- -.
s t e n i i s o l e r e t k r y b e k æ l d e r ( f i g . 1 2 )
l
i m i n e r a l u l d , p l a s t s k u m , k l i n k e r .
I
I
gr a v I i
!
I
4 --
/
m o d s t r Ø m s i s o l e r i n q ( f i g 1 4 a , 1 4 b )I
i
Z vakuum i s o l e r i n g :
i I
I p u l v e r ( f i g 1 5 a ) , m u l t i l a g ( f i g . 1 5 b ) h u l i j o r d e n i s o l e r e s , b e k l a d e s med p l a s t , f a s t s t o f e l l e r væske f y l d e s i , o v e r d æ k k e s med p l a s t f o l i e , bazrende dæk, i s o l e r i n g og j o r d l a g ( f i g . 1 3 )
d i r e k t e , d . v . s . s o l f a n g e r , v a r m e a k k u m u l a t o r o g v a r m e a f g i v e r b e t j e n e s med d e t samme t r a n s p o r t - Zsaler i n g e n
!
t r a d i o n e l l e i s o l e r i n g s m a t e r i a l e r :j medium
I
i n d b y g g e t v a r m e v e k s l e r , f . e k s . m e l l e m l u f t og!
I s t e n i e t s t e n m a g a s i n
+- ... -----h- -. .... --
1 v a m r m e v e k s l e r f . e k s - f r a l u f t i s o l f a n g e r t i l
I
i vand i a k k u m u l a t o r
l
'. > .
' . , . .-...-.+. ---,.--.,:* .. ... ... :>. L.. .AT'. ,. . .
2. Varmeakkumulatoren
En varmeakkumulator k a r a k t e r i s e r e s ved d e n f y s i s k e egen- s k a b , man b e n y t t e r s i g a f ved o p b e v a r i n g e n a f varmen.
D e r kan s å l e d e s være t a l e om:
Varmefylde
F a s e m d r i n g s v a r m e Reaktionsvarme Absorptionsvarme
En varmeakkumulator kan o p d e l e s i f a l g e n d e d e l e : D e t varmeakkumulerende s t o f
O p b e v a r i n g s s y s t e m e t V a r m e i s o l e r i n g e n O v e r f @ r i n g s s y s t e m e t
H e r u d f r a kan varmeakkumulatorer v i d e r e o p d e l e s som v i s t i skema 4 .
3 . Varmeafgiveren
Man kan o p d e l e v a r m e a f g i v e r e i t o g r u p p e r , afhængig a f hvad de opvarmer:
Rumopvarmning Vandopvarmning
Desuden kan d e o p d e l e s e f t e r : Transportmedium ( v a n d , l u f t )
OverfØringsmåde ( s t r a l i n g , n a t u r l i g og tvungen k o n v e k t i o n , d i r e k t e i n d b l æ s n i n g a f l u f t )
Fig. 13 Grav med vaske
Fig. 14 a Modstrsrnsisoletvt vandtan k
oprindelig terrmn Flg. 1 1 Stenvold i t a r s n i t
Fig. 12 Varmegrund
ydre tun k indre tank
Flg. l5a Vakuum isolering med pulver
r -
aluminiumsfolieFig 15 b Vakuum isolering med multilag
4 afgangsrm for luft
Fig. 14 b Modstrrmsisoleret
stenmagosin
Optimeringen a f opvarmningssystemet kan o p d e l e s i e n r z k k e t r i n :
l. F a s t l æ g g e l s e a f , hvor s t o r en d e l af o p v a r m i n g s b e h o v e t d e r s k a l dækkes a f e t solvarmesystem og a f e t t r a d i t i o - n e l t system.
2a, F a s t l æ g g e l s e a f , h v i l k e t a f d e t r a d i t i o n e l l e opvarmnings- sys temer d e r s k a l anvendes.
2b. F a s t l æ g g e l s e a f , h v i l k e t solvarmesystem d e r s k a l anvendes.
3a. Optimering a f d e t t r a d i t i o n e l l e opvarmningssystem.
3b. Optimering a f solvarmesystemet.
Rækkefolgen a f d i s s e t r i n fremgår af f i g . 1 6 .
ad 1. Man må vælge dækningsgraden ud f r a p r i s e n p r . varmeenhed f o r h v e r t af d e t o s y s t e m e r . P r i s e n beregnes ud f r a anlægs- og d r i f t s u d g i f t e r f o r begge systemer t a g e t o v e r e n arriekke, d e r s v a r e r til systemernes l e v e t i d . Man b l i v e r nØdt til f o r d e t t r a d i t i o n e l l e system a t skØnne e n e r g i p r i s e n f o r denne å r r z k k e , h v o r f o r d e r på d e t t e v a l g b l i v e r en temmelig s t o r u s i k k e r h e d .
ad 2a og 2b. D e t o s y s t e m e r kan være h e l t u a f h z n g i g e a f hinan- d e n e l l e r sammenbyggede. Hvis man som d e t t r a d i t i o n e l l e
system b e n y t t e r e l - r a d i a t o r e r og som s o l v a r m e s y s t e m e t s v a r m e a f g i v e r k o n v e k t o r e r med vand, h a r man t o u a f h z n g i g e
s y s t e m e r . Hvis man i s t e d e t f o r e l - r a d i a t o r e r l a v e r e t el-opvarmet vandkredslØb, d e r f o r s y n e r k o n v e k t o r e r n e , h a r man e t sammenbygget system.
ad 3a. D e t t e system e r en normal opgave b o r t s e t f r a , a t d e t e r i brug i k o r t e r e t i d end n o r m a l t ,
ad 3h. Her h a r v i d e t e g e n t l i g e problem, h v o r f o r v i v i l se nærmere på d e t .
Funktionskrav Solfanger:
Udover de sædvanlige krav til styrke og holdbarhed har man nogle krav til de forskellige elementer.
Reflektoren skal bevare den geometriske form, og refleksions- koefficienten m A ikke falde vaesentligt.
Refraktoren skal bevare den geometriske form, og materialets gennemskinnelighed m& ikke væsentligt forringes.
Kollektoren skal kunne tale hØje temperaturer og hurtige tempe- raturændringer. De h@je temperaturer kan især give problemer for dæklagene og isoleringen, hvis man Ønsker at anvende plast- materialer. Dæklaget skal være "selvrensende", da smuds ned-
sætter transmissionskoefficienten.
Varmeakkumulator :
Varmeakkumulatoren skal opfylde de sædvanlige styrke- og sikker- hedsmæssige krav. Den skal kunne tåle hØje temperaturer og
store temperaturzndringer. Der mil ikke ske unØdigt varmespild ved svigt af isoleringen eller ved direkte tab af: det varme- absorberende medium.
Varmeaf g iveren :
Varmeafgiveren skal kunne reguleres, så man far den dnskede temperatur, Den må ikke give lugtgener, dette gælder især for systemer, hvor luften trækkes gennem et stenmagasin.
Optimerinqsproblematikken
-
Optimeringen af et opvarmningssystem, som omfatter et solvarme- system, er mere kompliceret end optimeringen af et traditionelt opvarmningssystem. Dels har man to systemer, og dels er sol- varmesystemet vanskeligt at optimere, bl.a. fordi man har en langtidslagring af varmen.
O p t i m e r i n g a f s o l v a r m e s y s t e m
D e t e r v i g t i g t , a t man o p t i m e r e r d e t samlede solvarmesystem.
D e t e r s å l e d e s d e n s a m l e d e ydeevne o g p r i s f o r s o l f a n g e r , ' varmeakkwnulator o g v a r m e a f g i v e r , som man må se p& ved dimen- s i o n e r i n g e n .
D e e n k e l t e d e l e s ydeevne f a s t l æ g g e s ud f r a d e r e s st@rrelse o g e f f e k t i v i t e t . C t o r r e l s e n kan uden v i d e r e v a r i e r e s , hvorimod e f f e k t i v i t e t e n kun kan l i g g e i v i s s e i n t e r v a l l e r o g m u l i g v i s i s p r i n g m e l l e m v æ r d i e r n e s v a r e n d e til f o r s k e l l i g e t y p e r a£
s o l f a n g e r e , v a r m e a k k u m u l a t o r e r o g v a m e a f g i v e r e .
I d e t man g å r ud f r a e n b e s t e m t r e s u l t e r e n d e ydeevne, p r i s e n f o r d e e n k e l t e d e l e som f u n k t i o n a f ydeevne og e n d e l i g s o l i n d - f a l d e t , s k a l man f i n d e d e n o p t i m a l e k o m b i n a t i o n a f stØrrelse o g e f f e k t i v i t e t f o r h v e r a f d e t r e indgående d e l e i s y s t e m e t . D e t t e kan g o r e s ved i t e r a t i o n som v i s t på f i g . 1 7 , h v o r man h a r o p d e l t o p t i m e r i n g e n i £Ølgende t r i n :
l a . V a l g a f s o l f a n g e r t y p e .
l b .
- -
v a r m e a k k u m u l a t o r t y p e . IC. .m--
v a r m e a f g i v e r t y p e .2a. Valg af s o l f a n g e r u d f o r m n i n g og o r i e n t e r i n g .
2b.
- -
varmeakkumulatorudformning og p l a c e r i n g , 2 c .-
v a r m e a f g i v e r u d f o r m n i n g .3 . Valg a f d r i f t t e m p e r a t u r e r som f u n k t i o n a f t i d e n . 4 a . B e r e g n i n g a f s o l f a n g e r s t Ø r r e l s e .
4b.
-
varmeakkumu l a t o r s tØrrelse4c.
- -
v a r m e a f g i v e r s t Ø r r e l s e .D e t r e sammenbyggede i t e r a t i o n e r A, B og C må k l a r e s i række- f Ølgen C , B og A.
Fig. 16 Bpt i mering af opvarmningssystem A er en overordnet iteration
B er en underordnet iteration
L i t t e r a t u r l i s t e
2 N u l - e n e r g i h u s p r o j e k t e t , S t a t u s r a p p o r t , f e b . 1974.
3 P r o c e e d i n g c of t h e S o l a r H e a t i n g and C o o l i n g f o r B u i l d i n g s Workshop. P a r t L 1973, p 30.
4 Buildincj S e r v i c e E n g i n e e r , marts 1974, b i n d 4 1 , p 276.
5 Transcictri.onc of t h e C o n f e r e n c e on t h e U s e of S o l a r Energy. A r i z o n a 1 9 5 5 , p 35.
Fig. 17 Optimering af solvarmesystem