Aurinkokeräinjärjestelmä

18.6.2016


Suunnittelu

Asentelimme vuonna 2010 aurinkolämpökeräimet isäni omistamaan kotitalooni Pohjois-Savossa. Tarkoituksena oli tuottaa ainakin kesäaikaan lämmin käyttövesi aurinkolämmöllä. Talo on 70-luvulla rakennettu n. 100 m2 öljylämmitteinen omakotitalo. Tärkeimpinä suunnittelu parametreina olivat saituus ja vähäinen tila pannuhuoneessa joten systeemi pyrittiin pitämään mahdollisimman yksinkertaisena. Lisäksi osaamisemme aurinkolämmöstä oli tuolloin(kin) vähäistä.
 
Solar thermal collector
Asennettu keräin katolla.

Hankimme JTV-Energialta yhden 30-putkisen heatpipe tyhjiöputkikeräimen. Koko järjestelmälle tuli hintaa n. 2500 euroa itse asennettuna. Koska pannuhuoneessa ei ollut tilaa erilliselle varaajalle, päätettiin systeemi rakentaa vanhan öljy+puu kattilan yhteyteen vaikka siinä onkin varsin pieni vesitilavuus, n. 200 L.

Järjestelmän osat:
- 30-putkinen heatpipe tyhjiöputkikeräin, keräin pinta-ala n. 2,5 m2
- Pumppuyksikkö
- Lämpötila anturit, 2 kpl
- Ohjausyksikkö
- Paisunta-astia
- Lämmönvaihdin
- Ylimääräinen vesipumppu
- Putkisto
- Lämmönsiirtoneste


Keräimellä kiertää propyleeniglykolilla terästetty pakkasneste (50/50 vesi/propyleeniglykoli). Keräimeltä tuleva lämpö siirretään lämmönvaihtimella patteriverkoston kiertoveden paluu veteen joka siis menee lämmityskattilan vesisäiliöön. Vesisäiliössä on lämpimän käyttöveden kierukka. Vaihtimelle tuleva vesi otetaan kattilan tyhjennysventtiilin liitynnästä jotta se olisi mahdollisimman kylmää.  Lämpötila anturit on sijoitettu keräimen liityntätukkiin sekä vaihtimen kattilalta tulevan vesiliitynnän viereen. Säätöyksikkö kytkee pumput päälle mikäli keräimen lämpötila ylittää alhaalla olevan veden lämpötilan 30 C asteella.

Asennus

Keräintä varten katolle kiinnitettiin teräspalkit. Keräimen mukana tullut melko rimpula kehikko kiinnitettiiin näihin palkkeihin. Tilatuissa siirtoputkissa oli päissä liittimet valmiina mutta koska putket olivat liian pitkiä, niitä piti katkoa ja myyjän neuvojen perusteella tehtiin niihin uudet liitännät. Putkien asennuksen esteettisyyteen ei jaksettu kiinnittää huomiota. Lisäksi putkien eristys vaikuttaa melko vähäiseltä. Lämpövaraajaan tarkoitettu sähköanturi laitettiin lämmönvaihtimen kylmän veden sisääntulossa olevaan T-haaraan, joka ei välttämättä ole aivan paras sijainti mutta saanee kelvata. Lisäksi oli hankittuna solukumi muovia jäykkien putkien eristämiseen mutta talon isäntä ei sitä sitten suostunut kuitenkaan asentamaan.

Ohjausyksikön pumppu säädettiin minimiteholle mutta silti virtausta jouduttiin pienentämään kuristamalla jotta saataisiin ohjeenmukainen virtaama. Eli pienempikin pumppu olisi riittänyt, tässä taisi olla 25 W. Pumppuyksikkö sisältää pumpun, kaksi analogista lämpömittaria, varoventtiilin, paisunta-astian liitynnän, painemittarin, analogisen virtausmittarin säätimellä ja jonkun morkulan jota nyt en muista.

 Putki- ja sähkötyöt tehtiin itse tai talkoina. Asennuksiin meni kaikkine tuumailuineen kolmisen päivää.


Valmiit putkityöt. Musta koppa sisältää pumppuyksikön, valkea säiliö on paisunta-astia ja harmaa-valkea-ohjausyksikkö. Punaiset putket ovat patteriverkostoa.



Pumppuyksikkö ja lämmönvaihdin putkineen kesken asennuksen.



Siirtoputket ja villamainen eriste. Vasemmassa putkessa on itse tehty liitin. Liitin tehdään litistämällä rikkaa vasten.


solar heatpipe
Yksittäisen keräinputken pää. Putken sisällä oleva metallihäkkyrä kerää lämmön joka siirtyy kuparimyökkyyn. Möykky on keräimen liityntätukin sisällä josta se siirtyy tukin kautta lämmönsiirtonesteeseen.

Kokemukset

Muutaman vuoden käyttökokemusten perusteella järjestelmä toimii pääpiirteittäin oikein. Muutamia ongelmia ja asioita jotka olisi voinut tehdä paremminkin on kuitenkin ilmennyt.
1. Kattilan vesitilavuus on pieni, mutta riittää pienelle taloudelle.
2. Kattilassa on melko suuret lämpöhäviöt. Aurinkoisena kesäpäivänä kattilan vesitilan lämpötila nousee päälle         50 asteen jo ennen puoltapäivää mutta hyytyy sitten siihen kun lämpö karkaa ilmaan.
3. Talvella, ainakin yöllä, lämpöä tahtoo karata sisältä keräimeen. Tämän voi estää laittamalla vaihtimeen                   menevän venttiilin kiinni. Tämä johtuu luultavasti liian matalasta alalenkistä joka sallii vähän vapaa kiertoa.
4. Talven aikana järjestelmään pääsee ilmaa. Automaatti-ilmain keräimen päässä hoitaa tämän ongelman.
5. Pumppuyksikön analogisten mittareiden lukemat ovat mitä sattuu.

Huoltoa systeemi on tarvinnut kerran kun jää oli talvella työntänyt toisen teräspalkin irti katosta. Tämä korjattiin lisäämällä metalli rimat palkkien väliin joka jäykistää ne paikoilleen, keräimen oma kehikko on tähän liian hentoinen. Rikkoutuneita putkia ei ole havaittu.

Jälkikäteen ajatellen tasokeräimet olisivat luultavasti olleet kustannustehokkaampi vaihtoehto. Kesällä aurinkoenergiaa tulee yllinkyllin joten keräimen häviöt eivät ole niin merkittävä tekijä. Erillisen varaajan käyttö olisi ollut jokatapauksessa huomattavasti järkevämpää kuin kattilaan yhdistäminen. Lisäksi maatasossa oleva keräin olisi helpompi huoltaa ja pitää puhtaana eikä tarvitsisi pelätä katon puolesta.