KOMBINEREDE SOLVARME- OG BIOBRÆNDSELSANLÆG

Transkript

1 KOMBINEREDE SOLVARME- OG BIOBRÆNDSELSANLÆG Analyser og forslag til design Stoker T1H T1L M1 T3H M3 160 l T4H 500 l M2 T2H T3L T2L M4 T4L ENERGY SUPPLY TRANSFER, STORAGE, CONTROL AND DISTRIBUTION LOAD December 2000

2 KOMBINEREDE SOLVARME- OG BIOBRÆNDSELSANLÆG Analyser og forslag til design Energistyrelsen Journalnr.: 51181/ December 2000 Udgivelse og tryk: Teknologisk Institut, Energi Kongsvang Allé 29, 8000 Århus C Tlf.: SEC-R-13 ISBN-nr.: ISSN:

3

4 KOMBINEREDE SOLVARME- OG BIOBRÆNDSELSANLÆG Analyser og forslag til design Energistyrelsen J.nr / December 2000 Projektmedarbejdere: Klaus Ellehauge, Teknologisk Institut, SolEnergiCentret Arne Sæbye, Teknologisk Institut, Biobrændsler Teknologisk Institut Energidivisionen Kongsvang Allé Århus C Tlf.:

5

6 Forord Projektet Kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg er udført under Energistyrelsens udviklingsprogram for vedvarende energi (UVE) i perioden fra d. 1. januar oktober 2000 (j.nr / ). Formålet med projektet har været at designe forslag til et moderne effektivt opvarmningssystem baseret på solvarme og biobrændsler, idet der især er lagt vægt på anlæg til enfamiliehuse. I samme periode er følgende projekt udført Måling på enkeltgodkendte solvarmeanlæg i kombination med biobrændselskedler. I dette projekt er i alt 12 kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg blevet inspicerede, og der er endvidere blevet foretaget målinger på 3 af disse anlæg, således at det har været muligt at vurdere installationspraksis, virkemåde, ydelser, effektiviteter og årsvirkningsgrader (ref. 1). De indhøstede erfaringer i måleprojektet er blevet brugt i nærværende projekt. Projektets målgruppe er fabrikanter af solvarmeanlæg og biobrændselskedler samt installatører og brugere. Projektet er udført i samarbejde mellem SolenergiCentret og Prøvestationen for mindre Biobrændselskedler på Teknologisk Institut. 1

7 2

8 Resume Rapporten omhandler design af integrerede opvarmningssystemer baseret på solvarme og biobrændselsanlæg. Der er set på kombinationen af solvarme og brændekedel og på kombinationen af solvarme og træpillefyr (med stoker). Enkelte erfaringer med kombinationen haves herhjemme bl.a. fra projektet Måling på enkeltgodkendte solvarmeanlæg i kombination med biobrændselskedler. I rapporten er der vist systemløsninger fra det hjemlige og det udenlandske marked. Endvidere er de mest interessante systemløsninger blevet vurderet ved simuleringer af ydelser, størrelser m.m., og der er udført overslag over økonomien. Det er vurderet, at et interessant system i kombination med en brændekedel er et anlæg, der benytter fælles lager for solvarmen og brændekedelen samt har en god solvarmedækning af husets varmeforbrug (herunder rumvarmen) i sommerhalvåret. Ved et sådant system kan solvarmen bevirke, at brændekedlen kun skal benyttes meget lidt eller slet ikke i sommerperioden. Endvidere kan solvarmedelen opføres uden væsentlig forringelse af det samlede anlægs rentabilitet. For træpillefyret er det vurderet, at der ikke er behov for at lagre varme fra stokeren, men derimod at solvarmeanlægget bevirker, at dette kan slukkes i sommermånederne. I kombinationen med træpillefyret vil solvarmeanlægget ofte kunne opføres med en fornuftig rentabilitet. Der er endvidere redegjort for specielle driftsproblemer i forbindelse med anlægstypen (kogning i solfangerkreds, returtemperaturer fra radiatorer m.m.), og der er udført specifikationer for et anlæg med brændekedel. Endelig omtales en påbegyndt produktion af anlægstypen på Samsø. 3

9 4

10 Indhold FORORD...1 RESUME...3 INDHOLD PROBLEMSTILLING/INDLEDNING KONKLUSIONER FRA PROJEKTET: MÅLING PÅ ENKELTGODKENDTE SOLVARMEANLÆG I KOMBINATION MED BIOBRÆNDSELSKEDLER PROJEKTBESKRIVELSE KONKLUSIONER Sol/brændekedel Sol/biostoker SOL/BRÆNDEKEDELDESIGN PÅ MARKEDET I DANMARK OG I UDLANDET DANSKE ANLÆG UDENLANDSKE ANLÆG VURDERING AF ANLÆGSTYPER FOR KOMBINATION MED BRÆNDEKEDEL SOL/BIOSTOKERDESIGN PÅ MARKEDET I DANMARK OG I UDLANDET ANLÆG I DANMARK ANLÆG I UDLANDET VURDERING AF ANLÆGSTYPER FOR KOMBINATION MED BIOSTOKER BEREGNINGSMÆSSIG VURDERING OG OPTIMERING AF DESIGN SOL/BRÆNDEKEDEL SPECIFIKATIONER SIMULERINGER Ydelser af Østrig A Østrig B SEPARAT SOLVARME-BRUGSVANDSANLÆG OG KEDEL MED BIOLAGER ØKONOMISK VURDERING KONKLUSIONER SOL/BRÆNDEKEDEL BEREGNINGSMÆSSIG VURDERING OG OPTIMERING AF DESIGN SOL/BIOSTOKER SPECIFIKATIONER - SOLVARME/TRÆPILLEFYR SIMULERINGER SOLVARMEANLÆG KUN TIL BRUGSVAND ØKONOMISK VURDERING KONKLUSIONER SOL/TRÆPILLEFYR DRIFTSPROBLEMER KOGNING I SOLFANGERKREDS RETURTEMPERATUR OPBLANDING I TANK AVANCERET STYRING SOLVARMEANLÆG I KOMBINATION MED BRÆNDEKEDEL SOLVARMEANLÆG I KOMBINATION MED TRÆPILLEFYR

11 8 FORSLAG TIL KOMPONENTER SOL/BRÆNDEKEDEL SOLVARME/TRÆPILLEFYR Separat solvarmeanlæg og træpillefyr Solvarme- rumvarmeanlæg i kombination med træpillefyr VIDEREUDVIKLING SAMSØ ANLÆGSINSTALLATION SAMSØ PRODUKTION AF ANLÆG PÅ SAMSØ...63 REFERENCER...64 SYMBOLER...68 BILAG 1: EMGP3 BEREGNINGSFORUDSÆTNINGER...70 BILAG 2: REFERENCEHUS

12 1 Problemstilling/indledning Hovedparten af mindre fyringsanlæg til biomasse installeres i område 4, og de er omfattet af Standardtilskud til vedvarende energi. Der er p.t. siden opstarten i juni 1995 installeret over anlæg med tilskud. Hertil kommer skønsmæssigt yderligere ca anlæg, som er installeret uden tilskud. Til trods for en ofte ganske simpel opbygning kan de fleste biobrændselsanlæg opnå en virkningsgrad på 80-90% og en CO-emission på ca. 100 ppm. En betingelse for at opnå disse gode resultater er imidlertid, at ydelsen ligger tæt på anlæggets nominelle ydelse. I langt den største del af året vil effektbehovet imidlertid være meget lavere. En betingelse for at opnå tilskud til et træpillefyr er, at det kan køre med en acceptabel effektivitet ved ydelser ned til 30% af den nominelle ydelse. Om sommeren og i overgangsperioden vil effektbehovet imidlertid typisk være mindre end 30% af den nominelle ydelse, og træpillefyret vil derfor køre med dårlig effektivitet og forhøjet miljøbelastning i disse perioder. Den bedste udnyttelse af et træpillefyr fås ofte, hvis dets nominelle effekt er på ca. 70% af husets dimensionerende effektbehov. Dette er imidlertid kun muligt, hvis den oprindelige energiforsyning (oliefyr m.m.) bibeholdes som supplement, og ofte vil selv de mindste kedler på markedet være for store. Et solvarmeanlæg i kombination med et træpillefyr vil kunne bevirke, at træpillefyret slukkes i de perioder, hvor det ellers kører med dårlig effektivitet. En brændekedel bør altid udføres i kombination med en akkumuleringstank, og hvis denne er rigtigt dimensioneret, vil brændeovnen altid kunne køre med god effektivitet. Om sommeren vil varmetabet fra akkumuleringstanken dog udgøre en stor del af varmebehovet og således forringe den samlede systemeffektivitet. En kombination med brændekedel, lager og solvarme bevirker, at kedlen kan slukkes i sommerperioden. Derved undgås perioder med dårlig systemeffektivitet, og man undgår i perioder besværet med at passe brændekedlen. Der er således gode grunde til, at der er - og har været - en stigende interesse for en kombination af biobrændsel og solvarme. En ulempe er, at det er en kombination med to anlægstunge investeringer. En langt højere integration af de to opvarmningsformer end der hidtil er set, kan forbedre kombinationen væsentligt både med hensyn til udnyttelse af sol, virkningsgrad af fyr samt anlægspris, idet det vil være muligt at nedbringe marginalomkostningerne for investeringen i solvarmeanlægget. For at opnå maksimale fordele bør integrationen omfatte et fælles lager, optimering af komponentstørrelser, samt en fælles styringsstrategi af solvarmeanlæg, biobrændselskedel og varmeafsætning i huset bl.a. med henblik på bestemmelse af optimalt tidspunkt for indfyring i tanken. 7

13 I projektet Måling på enkeltgodkendte solvarmeanlæg i kombination med biobrændselskedler er der ud fra godkendelsesoplysninger udvalgt 12 anlæg, som kombinerer biobrændselskedler og solvarme. Disse anlæg er blevet besigtiget, og på baggrund af interview og teknisk gennemgang af anlæggene er der udvalgt 3 anlæg, hvor der er gennemført grundige målinger efter et fast måleprogram. Der er endvidere opsat målere på et fjerde anlæg til mere enkle målinger. En kombineret løsning med solvarme og biobrændselskedel kan udføres med anvendelse af en fælles lagertank, og i forbindelse med enkeltgodkendelserne for tilskud er der set flere nye udformninger af denne type anlæg. Nogle anvender f.eks. nye, utraditionelle tanke, hvor også rumvarmen er tilsluttet. Det anses for sandsynligt, at der er et stort potentiale for disse løsninger, og at kombinationen er god, hvis den udføres rigtigt. Den fælles udnyttelse af lagertank samt koblingen af solvarmen til rumopvarmningen giver mulighed for en lavere anlægsinvestering sammen med en forlænget sommerperiode, hvor kedlen kan slukkes. Dvs. nedbringelse af perioden, hvor fyret skal passes, og hvor dets effektivitet er lav. Den fælles udnyttelse af lagertanken kræver dog, at anlæg og styring udføres, så de to energikilder ikke blokerer for hinanden. Kombinationen kan også udføres med separate løsninger for sol og biokedel. I ref. 2 er installationsvejledninger for denne type anlæg angivet. I forbindelse med et bio-stokeranlæg er det ikke sikkert, at et fælles lager er en fordel, idet dette måske ikke indebærer fordele for stokeren. Dette skal derfor også undersøges i projektet. 1.1 Konklusioner fra projektet: Måling på enkeltgodkendte solvarmeanlæg i kombination med biobrændselskedler Erfaringer og konklusioner er angivet i ref. 1, hvorfra følgende kan anføres: Besigtigelsen af de 12 udvalgte anlæg, der kombinerer solvarme og biobrændselskedler, har afsløret både veldesignede og velfungerende anlæg såvel som uhensigtsmæssige anlægsudforminger med dårligt fungerende anlæg til følge. Der er flere eksempler på anlæg, hvor de enkelte anlægskomponenter i form af solfangere, lagertank og kedel m.v. ikke er afpasset i forhold til hinanden og/eller i forhold til det aktuelle forbrug. Desuden er isoleringsstandarden i hovedparten af de 12 besigtigede anlæg utilstrækkelig eller af tilfældig karakter. Grundige målinger på tre af de 12 besigtigede anlæg over en måleperiode på næsten et år har for det første vist, at der var tale om tre vidt forskellige anlæg. Der var bl.a. betydelige forskelle vedrørende isoleringsstandard, forbrug, forbrugsmønstre, temperaturforhold, solvarmeydelser, antal dage om året, hvor biokedlen kunne holdes slukket, samt opfyringsmønster ved anvendelse af biokedlen. 8

14 Et af de målte anlæg er et meget kompliceret anlæg, der er blevet opbygget, udbygget og justeret hen ad vejen. Det har resulteret i et svært gennemskueligt system med uforholdsmæssigt mange rørforbindelser og tilslutninger og deraf følgende store varmetab. Endvidere har uhensigtsmæssig udformning og håndtering af brugsvandscirkulationen medvirket til en lav nettoydelse, og til at biobrændselskedlen måtte holdes i gang også om sommeren. Et andet af de målte anlæg, der er mere enkel i sin opbygning, er samtidig særdeles velisoleret. Dette anlæg har trods anvendelse af to parallelt forbundne lagertanke (fremfor én stor) et meget begrænset varmetab. Det vurderes, at der uden for de fjernvarmeforsynede områder eksisterer en lang række anlæg, der på tilsvarende måde er blevet til hen ad vejen uden den store sans for anlæggets overordnede funktion og betjeningsvenlighed. Det sidste af de grundigt målte anlæg har et automatisk stokerfyr, hvor de andre har en manuelt fyret kedel til brændestykker. Dette anlæg har haft en god solvarmeydelse. I modsætning til de andre anlæg har der dog ikke været tale om at benytte lageret til lagring af bioenergi, da anlægget kører sammen med en stoker. Dette har givet solvarmeanlægget enklere driftsbetingelser. På biovarmesiden er anlægget imidlertid ikke særligt hensigtsmæssigt udformet. Den anvendte kedel har en overkapacitet på ca. 200% i forhold til det aktuelle behov på ca. 15 kw. Det har for alle tre anlæg vist sig, at returtemperaturerne fra radiatorerne har været høje eller meget varierende, hvilket har forhøjet temperaturniveauet i solvarmeanlægget og dermed formindsket solfangernes ydelse. Et iagttaget fænomen har været, at manglende fyring i perioder har afkølet huset, hvorefter radiatorventiler ved den efterfølgende fyring har stået vidt åbne med deraf følgende højt flow og høje returtemperaturer, samt nedbrydning af temperaturstratificering i lageret. Nedbrydningen af stratificeringen har endvidere betydet, at det har taget længere tid at varme huset op. Der er i rapporten for ovennævnte projekt endvidere angivet nogle retningslinier for installation og udformning baseret på erfaringerne. Det er meningen, at disse erfaringer skal benyttes i nærværende projekt. 1.2 Projektbeskrivelse Der designes et eller flere forslag til kombinerede løsninger: hvor der lægges vægt på at benytte den nyeste og mest hensigtsmæssige teknologi inden for solvarme, lagring og biobrændselskedler. hvor der lægges vægt på at optimere størrelsen af solfanger, lager og kedel m.m. i forhold til husets energibehov og forbrugsmønster. 9

15 hvor der også lægges vægt på at beskrive en optimeret styringsstrategi for hele systemet (solvarmeanlæg, biobrændselsfyr og varmeafgivelse), således at lager og begge energikilder udnyttes optimalt. For brændekedler kan styringsstrategien f.eks. angive tid for fornyet indfyring ud fra måling af energiindholdet i tanken. Designet udføres bl.a. ud fra EDB-simulering af mulige løsninger. På baggrund af erfaringerne fra tidligere projekter er der specificeret følgende ønsker for at opnå et solvarme-/biobrændselsanlæg, der fungerer bedre: Solvarme/brændekedel Et anlæg med brændekedel bør altid udføres med lager, således at kedlen kan brænde ved optimal konstant effekt, når der fyres. Med et tilstrækkeligt lager kan der således også opnås gode fyringsforhold for kedlen om sommeren. Kombinationen med solvarme er således begrundet i, at solvarmen kan bevirke, at der i perioder ikke skal fyres op - altså mindre besvær. Nogle få opfyringer om sommeren kan accepteres, da disse kan ske med god brændselsøkonomi. Solvarmen skal således i princippet dække hele sommeren, men ikke med 100% sikkerhed. Endvidere skal anlægget have et solfangerareal, der er rentabelt og (idet der leveres varme til rumopvarmningen) samtidig skal være med til at udstrække perioden, hvor opfyring ikke er nødvendig. Endelig skal anlægget udformes således, at: kedeleffekt, lagerstørrelse, solfangerstørrelse samt forbrug passer sammen, og således at anlægget sikrer bedst mulig håndtering og udnyttelse af temperaturniveauer. der sikres så lave returtemperaturer fra radiator- eller gulvvarmeanlægget som muligt. brændekedlen skal være med iltmålerstyring og høj effektivitet ved de planlagte driftsforhold. 10

16 Solvarme/træpillefyr Træpillefyret vil i de fleste tilfælde om sommeren kun skulle levere til brugsvandet dvs. i mange tilfælde med moderne velisolerede installationer ikke mere end ca. 8 kwh/døgn eller svarende til en middeleffekt på 0,3-0,4 kw. Selvom det er en betingelse for tilskud, at træpillefyr afprøves til at have acceptabel effektivitet på ydelser ned til 30% af den nominelle ydelse, vil træpillefyr i sommerperioden ofte køre med ydelser under 30% med deraf følgende meget dårlig effektivitet. Med et lager vil fyret kunne køre med højere effektivitet i perioder, men problemet er, at fyret normalt aldrig slukkes helt og derfor altid har et tomgangstab. (Der er dog kommet enkelte træpillefyr på markedet, der selv kan slukke og tænde). Det gælder således om, at træpillefyret slukkes helt i sommerperioden, og at optænding indimellem ikke er acceptabel, da denne er mere besværlig end ved brændekedler, og da brugeren nok i mindre grad end ved brændekedler er indstillet på at passe fyret. Da systemet nok ikke 100% kan baseres på solvarme om sommeren, vil det være nødvendigt med el-backup til sommerperioder med meget lidt sol. Det bør vurderes nærmere, hvad der sker i overgangsperioden, når fyret kører på lav effekt; om solvarmeanlægget bør gøres større for at undgå disse perioder, om der bør være en speciel pulsdrift m.v. Solvarmeanlægget evt. med el-backup skal således kunne klare hele sommerforbruget. Det bør vurderes nærmere, hvad der sker i overgangsperioden, når fyret kører på lav effekt. Det gælder endvidere her, at anlægget skal udformes således, at: kedeleffekt, lagerstørrelse, solfangerstørrelse samt forbrug passer sammen, og således at anlægget sikrer bedst mulig håndtering og udnyttelse af temperaturniveauer. der sikres så lave returtemperaturer fra radiator- eller gulvvarmeanlægget som muligt. træpillefyret skal være med iltmålerstyring og høj effektivitet ved de planlagte driftsforhold. 11

17 1.3 Konklusioner Sol/brændekedel Ud fra gennemgang af forskellige systemopbygninger på markedet samt ved simuleringer af anlæg, er det vurderet, at der kan udføres en god kombination af et solvarmeanlæg og en brændekedel for et enfamiliehus bestående af: ca. 12 m² solfanger et fælles lager for solvarmen og brændekedlen på ca liter en varmeveksler eller separat varmtvandsbeholder for brugsvandsproduktion, samt en brændekedel på 20 kw med iltmålerstyring. Solvarmen vil kunne dække ca. 20 % af varmebehovet og betyde, at der ikke (eller kun i sjældne tilfælde) skal fyres op om sommeren. Lagerbeholderstørrelsen på 1200 liter er den mindste størrelse, der er acceptabel og forudsætter, at kedlen i perioder med lavlast kun fyldes halvt. Nærmere konklusioner vedrørende økonomi m.m. er angivet i afsnit 4.5, side 35. Såfremt der konverteres fra f.eks. oliefyring, vil solvarmeanlægget kunne tilføjes uden væsentlig forøgelse af tilbagebetalingstiden. Særlige driftsproblemer for anlægstypen (f.eks. risiko for kogning i solfangerkredsen) kan løses som angivet i kapitel 6, side 45. Specifikationer er angivet i afsnit 8.1, side 55. En produktion af lagertanke baseret på anlægstypen er under opstart på Samsø Sol/biostoker Det er vurderet, at der ikke er fordele ved at lagre varme fra stokeren om sommeren. Derimod er det en fordel at udføre et solvarmeanlæg, der kan klare hele forsyningen om sommeren, idet stokeren kører med meget lav effektivitet i denne periode. Udformningen af solvarmeanlægget afhænger af, om det skal levere varme til rumvarmen eller ej. I sidstnævnte tilfælde kan der benyttes et traditionelt solvarme- brugsvandsanlæg. I førstnævnte tilfælde kan anlægget udføres som skitseret for brændekedler men med mindre lager. Nærmere konklusioner vedrørende økonomi m.m. er angivet i afsnit 5.5, side 44. Såfremt der konverteres fra f.eks. oliefyring, vil solvarmeanlægget kunne tilføjes uden væsentlig forøgelse af tilbagebetalingstiden. 12

18 2 Sol/brændekedeldesign på markedet i Danmark og i udlandet 2.1 Danske anlæg I det følgende skal løsninger for kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg, som markedsføres i Danmark eller i udlandet, kort omtales. I Danmark er det få eller ingen firmaer, der har udviklet færdige sammensætninger af biobrændselsanlæg og solvarmeanlæg. I de fleste tilfælde er det således op til installatøren om at sammensætte den rigtige kombination. Anlæg med separate lagre til sol og brænde I mange tilfælde består en sammensat løsning af et separat solvarmeanlæg med brugsvandsbeholder og et separat brændekedel-lageranlæg f.eks. som vist i figur 1. Figur 1: Anlæg med separate lagre for sol og brænde. 13

19 Fordelene ved at have separate anlæg er, at der kan benyttes gennemprøvede standardløsninger, som styringsmæssigt fungerer uafhængigt af hinanden. Ulempen er, at løsningen måske er dyrere end en integreret løsning, samt at solvarmeanlægget ikke kan levere solvarme til rumopvarmningen og derved ikke udstrække perioden, hvor opfyring ikke er nødvendig. I ref. 2 er der angivet installationsvejledninger for denne type anlæg. Tank i tank Det vides, at et enkelt kedelfirma markedsfører (og rådgiver om) lagertanke for kombinationen af brændekedel og solvarme (EB kedler). Det samme gælder for solvarmefirmaer som Aidt Miljø, Sol & Træ m.fl. Løsningerne fra EB kedler og Aidt Miljø drejer sig om tank i tank lagre dvs. lagre med neddykket varmtvandsbeholder. Se figur 2. M1 T1H T1L T2H T3H M3 T3L M2 T4H M4 750 l 1000 l T2L T4L T2L T2L ENERGY SUPPLY TRANSFER, STORAGE, CONTROL AND DISTRIBUTION LOAD Figur 2: "Tank i tank" anlæg. I kombination med en brændekedel er en enkelt af tankene på det danske marked for lille, hvorfor anlægget sammensættes af flere tanke som vist på figuren. I udlandet findes anlægstypen med større tanke. 14

20 Fordelen ved anlægstypen er, at den, hvis den kan udføres med én tank, formentligt kan udføres forholdsvist billigt. Ulempen ved anlægstypen er, at der ofte ikke ses nogen særlig god temperaturlagdeling i tanken, idet det kolde brugsvand midt i tanken medvirker til at skabe omrøring i tanken. Sol & Træ En anden løsning er løsningen fra Sol & Træ. Der er her tale om, at tre tanke kombineres, som vist i figur 3. Figur 3: Sol & Træ (fra ref. 3). Sol/Lagertanken er på 500 liter og benyttes udelukkende som lager for solvarmen. I løsningen fra Sol & Træ udføres solfangerkredsen med drain-back, og ofte benyttes den eksisterende varmtvandsbeholder. Løsningen fra Sol & Træ er velgennemtænkt og fungerer godt, men det anses for en ulempe, at der er tale om hele tre beholdere. 15

21 2.2 Udenlandske anlæg Fra den danske deltagelse i IEA task 26 Combisystems er der opnået kendskab til en række udenlandske anlæg, som er beskrevet i ref. 4. Østrig A Især i Østrig har man erfaringer med anlægskombinationen. En almindelig anlægstype er vist i figur 4 (symbolliste er angivet efter kapitel 9). Figur 4: Østrig A (fra ref. 4). På figuren sker varmtvandstilberedningen i en varmtvandsbeholder, men anlægstypen er også almindelig med en varmeveksler for varmtvandstilberedning. I anlægstypen er det forsøgt at integrere lagring af både solvarme og varme fra brændekedlen samtidigt med, at der er benyttet standardkomponenter eller modifikationer af disse. Trevejsventilen i sekundærkredsen efter solfangerkredsen sender solvarmen til den øverste del af beholderen, hvis den er varmere end temperaturen her, ellers sendes varmen til den nederste del. 16

22 Østrig B En anden udformning er vist i figur 5. Figur 5: Østrig B (fra ref. 4). Også her benyttes standardkomponenter, og anlægget er opbygget således, at lagertanken kan lukkes ned om sommeren, hvis der ikke er behov for rumvarme. Sverige I Sverige har man erfaringer med anlæg opbygget f.eks. som vist i figur 6. Varmtvandsproduktionen sker i rør i lagertanken, og anlægget er således billigt at producere. Det har været diskuteret, om anlægstypen kan benyttes i områder med kalkholdigt vand, idet der er stor risiko for, at kalken afsætter sig på indersiden af rørene og tilstopper disse. Der er tilsyneladende erfaringer med, at dette kan undgås også i områder med kalkholdigt vand, hvorfor det eventuelt kunne være interessant at afprøve et sådant anlæg også i Danmark. Et nyt produkt på det svenske marked er opbygget som vist i figur 7. Biostokeren er integreret med akkumuleringstanken, således at den virker direkte på den øverste del af denne. Systemet har tilsyneladende store fordele og kan således være et godt bud på fremtidens kombination af solvarmeanlæg og biostoker. 17

23 Figur 6: Sverige (ref. 4). Figur 7: Sverige, integreret stoker og akkumuleringstank (ref. 12). 18

24 2.3 Vurdering af anlægstyper for kombination med brændekedel Af de oven for nævnte anlægstyper vurderes det især interessant at se nærmere på de to løsninger fra Østrig. Begge løsninger kan nemt opbygges i Danmark ud fra de fabrikationsmuligheder, der er for tanke m.v. i Danmark. Endvidere vil de kunne have en god lagdeling samt integreret lagring af sol- og biovarme. Endelig vides fra ref. 5, at Østrig A har potentiale som et godt solvarme- rumvarmeanlæg. "Tank i tank" løsningen har vanskeligt ved at opnå optimal lagdeling, og løsningen fra Sol & Træ har i forbindelse med en brændekedel tre tanke, hvilket måske er fordyrende. Den svenske løsning vurderes at være for risikabel at satse på i Danmark, før den er afprøvet med hensyn til kalkudfældninger. Der vil således blive arbejdet videre med at vurdere de to østrigske løsninger samt at sammenligne disse med en separat løsning bestående af et solvarmebrugsvandsanlæg og et separat biolager. 19

25 20

26 3 Sol/biostokerdesign på markedet i Danmark og i udlandet 3.1 Anlæg i Danmark For sol/biostokeranlæg er spørgsmålet, om der er behov for lagring af biostokervarmen, samt om solvarmeanlægget skal kunne levere varme til rumopvarmningen. Figur 8: Traditionelt brugsvands-solvarmeanlæg. Figur 9: Solvarme-rumvarmeanlæg med veksler i solfangerkredsen. 21

27 Såfremt der hverken er behov for lagring af varme fra biostokeren eller behov for rumvarme om sommeren, vil en traditionel opbygning med et brugsvandssolvarmeanlæg som vist i figur 8 være den mest enkle løsning. Solvarmeanlægget skal være forsynet med en elpatron, så brugsvandsopvarmningen kan klares 100% i sommermånederne. Med et mindre rumvarmebehov om sommeren, men stadig uden behov for lagring af varmen fra stokeren, vil den traditionelle solvarme-rumvarmeløsning med en varmeveksler i solfangerkredsen, som vist i figur 9, kunne anvendes. Rumvarmkredsen skal så om sommeren kunne omskiftes, således at flowet ikke går igennem biokedlen. Med et rumvarmebehov om sommeren opnås den største sikkerhed for, at det ikke er nødvendigt at starte stokeren om sommeren, ved at solvarmeanlægget udføres således, at der kan lagres den varme, der benyttes til rumopvarmningen. Denne problematik er nærmere beskrevet i ref. 5. I så fald vil løsningerne beskrevet i kapitel 2 kunne anvendes med mindre lagre (idet der ikke lagres varme fra kedlen). Endvidere kan et Sol & Træ anlæg uden ekstra lager (figur 10) være velegnet. Stoker T1H T1L M1 T3H M3 160 l T4H 500 l M2 T2H T3L T2L M4 T4L ENERGY SUPPLY TRANSFER, STORAGE, CONTROL AND DISTRIBUTION LOAD Figur 10: Sol & Træ anlæg til kombination med biostoker. 22

28 Såfremt der ikke behøves solvarme til rumopvarmningen om sommeren, kan et almindeligt solvarmeanlæg kun til brugsvand og uden lagring af varmen fra stokeren være den bedste løsning. 3.2 Anlæg i udlandet Velegnede anlægstyper kan være Østrig A (figur 4) som også har mulighed for at benytte lageret til lagring af biovarmen. Såfremt der ikke skal ske lagring af biovarmen, men hvis der skal suppleres solvarme til rumopvarmningen, så findes der i udlandet en række mere sofistikerede løsninger, hvor bestræbelserne har gået på at opnå god temperaturlagdeling m.m. Om bestræbelserne er de ekstra produktionsomkostninger værd, er et spørgsmål, som endnu ikke er afklaret, men som behandles i IEA Task 26 (ref. 4). Eksempler på sådanne anlæg er vist i figur 11 og figur 12. Figur 11: Tyskland (Solvisanlæg). 23

29 Figur 12: Tyskland (Consolar). 3.3 Vurdering af anlægstyper for kombination med biostoker Ved de videre vurderinger af kombinationen sol/biostoker vil det især være afgørende at afklare, om der er fordele ved at lagre biovarmen i et lager. Såfremt dette er tilfældet, vurderes anlæg som Østrig A (figur 4, side 16) og Østrig B (figur 5, side 17) at være interessante, og da det fra ref. 5 vides, at Østrig A har potentiale som et godt solvarme rumvarmeanlæg, kan dette også være interessant ved anlæg uden lagring af biovarmen. Ligeledes er et anlæg fra Sol & Træ interessant samt naturligvis et separat solvarme brugsvandsanlæg. 24

30 4 Beregningsmæssig vurdering og optimering af design Sol/brændekedel 4.1 Specifikationer Det har i projektet været diskuteret, hvilke krav, der skal stilles til en moderne kombination af et solvarmeanlæg og en brændekedel. Neden for er givet de specifikationer, der er arbejdet videre med. Systemet Der arbejdes som nævnt i afsnit 2.3 videre med systemløsningerne Østrig A og Østrig B samt en separat løsning. For komponenterne i systemet specificeres følgende: Lager Der skal være ca. 80 liter vand pr. kg brænde ofte svarende til ca. 20 liter vand pr. liter brændselsvolumen. Derudover skal der være tilstrækkelig lagerkapacitet for solvarmen. Ved simuleringer undersøges den optimale størrelse. Solvarmeanlæg Det forventes fra tidligere beregninger af rumvarmeanlæg, at en solfangerstørrelse mellem 10 og 15 m² vil være optimal med henblik på at opnå en lang periode med solvarmedækning og en acceptabel økonomi. Brændekedel For brændekedlen stilles krav om en så moderne teknologi som muligt. Dvs. følgende skal være til stede eller være gældende: Iltmålerstyring Højest effektivitet Mindst mulig brændselsmagasin Separat varmtvandsbeholder Nem at rense Centralvarmeanlæg Der regnes med, at systemet skal installeres i et hus med moderne radiator eller gulvvarmesystem, og at dette indrettes, så det fungerer hensigtsmæssigt i forbindelse med anlægget. 25

31 Dvs. at følgende forudsættes i beregningerne: Tostrenget radiatorsystem Fremløbstemperaturstyring med udeføler og shunt Shunten styrer kedeltemperatur, så der er C ud og C ind til kedel Returtemperaturbegrænser med termostat eller flowkontrol Ved simuleringerne regnes med 60/40 system med radiatorfaktor 2.5, som er den mindste, acceptable radiatorstørrelse for at få rimelig stor temperaturdifferens og dermed rimelig udnyttelse af akkumuleringstankens akkumuleringsevne. Systemet skal også kunne benyttes ved gulvvarmeanlæg m.v. Varmebehov Der tages udgangspunkt i et typisk parcelhus på 150 m² med et varmebehov på 100 kwh/år/m², dvs. ca kwh/år samt et brugsvandsforbrug på 160 liter 50 C varmt vand pr. døgn svarende til ca kwh/år. 4.2 Simuleringer Der er med solvarmesimuleringsprogrammet EMGP3 udført simuleringer af anlægstyperne Østrig A og Østrig B, som vist i figur 4 og figur 5. I bilag 1 og 2 er angivet nærmere specifikationer vedrørende EMGP3-beregningerne Ydelser af Østrig A For de to anlægsudformninger er gennemregnet 3 forskellige solfangerstørrelser i forhold til et lagervolumen af den store tank på 1500 liter. I det følgende omtales beregningerne for Østrig A, medens beregningerne for Østrig B omtales i afsnit I figur 13 er solfangerydelsen samt dækningsgraden og kedlens antal driftstimer om sommeren (maj/september) angivet som funktion af solfangerarealet. 26