Ewarco passiivinen aurinkolämpö ja aurinkokeräin

Tietopaketti Ewarco Solar Aurinkokeräimestä (= ESA) ja passiivisesta aurinkolämmöstä

Passiivinen aurinkolämpö ja aurinkokeräin

Mitä on passiivinen aurinkolämpö?

Passiivisella aurinkolämmöllä tarkoitetaan aurinkolämmön hyödyntämistä ilman lisälaitteita. Esimerkiksi ikkuna on tyypillinen keino passiivisen aurinkolämmön hyödyntämisessä.

Ewarco Solar Aurinkokeräin muistuttaa ikkunaa, mutta se on monin tavoin sitä tehokkaampi. Ikkunoissa olevat useat lasikerrokset heijastavat lämpöä takaisin 4 % kerrokselta lasin molemmilta rajapinnoilta, eli 1-kertainen ikkunalasi heijastaa 8 % lämmöstä takaisin, 2-kertainen n. 16 % jne. Ewarco Solar Aurinkokeräimessä on ainoastaan yksinkertainen lasi tai muovi.

Ikkunoiden U-arvo on myös huomattavasti suurempi kuin viereisen seinän, jolloin lämpöhäviöt ovat ikkunassa paljon suuremmat kuin viereisessä seinärakenteessa. Tämän lisäksi ikkuna päästää häviöinä lämpöä lävitseen 24 h/vrk, jolloin suurista ikkunapinta- aloista saatava aurinkolämmön hyöty jää näennäiseksi tai jopa negatiiviseksi.

Ewarco Solar Aurinkokeräimen takana on hyväeristeinen, ehyt rakennuksen seinä, eikä se haaskaa lämpöä siinä määrin kuin ikkuna. Sillä on päästy jopa yli 100 %:n hyötysuhteeseen. 

Faktatietoa aurinkolämmöstä

Auringon maan pinnalle säteilemän energian määrää kutsutaan insolaatioksi. Se riippuu mm. leveysasteesta, vuoden- ja vuorokauden ajasta. Sen yksikkö on W/m2. Yöllä insolaatio on nolla.

Maan etäisyydellä auringosta, maan kaasukehän ulkopuolella, on aurinkoenergian määrä keskimäärin 1 368 W/m2 Tätä kutsutaan aurinkovakioksi ja se vaihtelee hieman (1350-1390 W/m2), johtuen mm. maan ellipsistä kiertoradasta auringon ympäri ja auringon aktiivisuudesta. Maa on lähimpänä aurinkoa pohjoisen pallonpuoliskon talvella, mikä hieman leudontaa pohjoista talvea.

Ilmakehä heijastaa ja imee jonkin verran säteilyä, joten maan pinnalle pääsee korkeintaan n. 1000 W/m2, käytännössä insolaatio on 800-1000 W/m2. Suomessa säteilyteho on suurimmillaan n. 800 W/m2. Helsingin korkeudella vuotuinen kokonaissäteily on 950 kWh/m2, josta hajasäteilyä 378 kWh/m2.

 

EWARCO Solar Aurinkokeräin, ESA Periaatekuva

Ewarco Solar Aurinkikeräin

ESA on suunniteltu Suomen kylmiin olosuhteisiin ja pitkään lämmityskauteen.

Aurinkokeräimellä esilämmitetään EWARCO-hybridilämmityslaitteelle tulevaa ulkoilmaa, raitisilmaa. Keräin vangitsee tehokkaasti hajasäteilyn, joten toimii myös pilvisilläkin ilmoilla. Silloin kun aurinko on pilvessä ja pilvi on niin paksu, ettei aurinkoa pysty juuri havaitsemaan, on auringon lämpösäteily vielä n. 300 W/ m2. Kysymyksessä on pääasiassa hajasäteily, jota on n. 40 % kokonaissäteilystä.

Heti kun aurinko lämmittää yhdellä asteella ulkoa tulevaa raitisilmaa saavutetaan 100 W:n lämmitysteho ilmanvaihdon ollessa 80 l/s (n. 200 m2 talo).  1 kW vaatii n. 10 °C:n lämpötilan nousun 200 m2 talossa. Keräimen maksimikoko 200 m2:n talossa on n. 6 m2, muuten lämpöä tulee liikaa!

Keräimessä auringon lämpösäteily muutetaan suoraan lämmöksi ilman johtumista tai väliaineita ja tämä lämpö kuljetetaan raitisilman mukana asuntoon, jolloin se on poissa muusta lämmitystarpeesta. Lämpö jakautuu tuloilman mukana tasaisesti koko asuntoon, ei pelkästään sinne, mihin aurinko paistaa ikkunoista.

ESA on täysin huoltovapaa. Sillä saavutetaan suuret vuotuiset säästöt talon lämmityskustannuksissa.

Tammikuun alusta alkaen Juhannukseen asti suoritetun seurannan aikana oli ainoastaan 23 päivää, jolloin ei havaittu keräimen lämmittävän ulkoilmaa.

EWARCO Solar Aurinkokeräimen toiminta

Auringon lämpösäteilyn aallonpituus on säteilevän kohteen pintalämpötilan funktio. Auringon pintalämpötila on n. 6000 K-astetta ja tästä määräytyy lämpösäteilyn aallonpituus. Auringon lähettämä lämpösäteily on lyhytaaltoista ja se läpäisee hyvin lasin ja läpinäkyvän muovin.

Auringon lämmittämä keräimen absorptiopinta säteillee myös jonkin verran lämpöä takaisin, mutta absorptiopinnan pintalämpötila on vain muutama kymmenen C-astetta, jolloin absorptiopinnasta lähtevä lämpösäteily on pitkäaaltoista. Pitkäaaltoinen lämpösäteily ei läpäise lasia eikä muovia vaan se lämpösäteily jää ”loukkuun” keräimen sisäpuolelle. Ilmiö tunnetaan myös nimellä ”kasvihuoneilmiö”.

Aurinko lämmittää keräimen sisällä olevaa absorptiopintaa ja absorptiopinta lämmittää ilmaa. Lämmennyt ilma nousee ylöspäin ja EWARCO:n puhallin imee lämmenneen ilman keräimen yläosasta ja puhaltaa lämmitetyn tuloilman huoneisiin.

ESA toimii myös talvipakkasilla, silloin kun perinteiset tasokeräimet odottavat toimettomina kevättä, lumeen hautautuneina.

Talvella aurinko paistaa matalalta, jolloin keräimen paras sijoituspaikka on seinällä, pystyasennossa. Tällöin se on myös suojassa räystäiden alla, eikä pääse hautautumaan lumeen.

Auringon lämpösäteily ei ole kiinni ulkoilman lämpötilasta, joten parhaan hyödyn saat kylmillä ilmoilla, juuri silloin kun se on tarpeen.

ESA toimii myös pilvisillä ilmoilla, myös silloin, kun pilvipeite on niin paksu, etteivät muut keräintyypit (vettä lämmittävät) kykene tuottamaan lämpöä. Tämä johtuu siitä, että systeemissä lämmitetään asuntoon tulevaa raitisilmaa ja jokainen aste, mikä on keräimellä lämmitetty, on poissa muusta lämmitystarpeesta, maksettavasta energiasta. Perinteiset tasokeräimet vaativat tuntuvan lämpötilaeron, ennen kuin niistä on hyötyä, sillä niiden tarkoitus on lämmittää varaajaa ja varaajaan ajettavan veden täytyy olla kuumaa!

Luonnollisesti pilvisillä ilmoilla lämmön tuotto on vähäisempää, mutta suhteellisen paksullakin pilvipeitteellä saavutetaan merkittävä lämmitysteho. Aamulla auringon noustessa hajasäteilyn vaikutus näkyy välittömästi keräimen lämpötiloissa, vaikka edessä olisi pilvipeite.

Auringosta saatava energia on poissa muusta lämmitystarpeesta ja näin ollen suoraa säästöä.

Ewarco-hybridilämmityslaite hyödyntää passiivista maalämpöä. Kun pakkasilla auringosta saatava lämpötila ylittää maaperän lämpötilan, niin automatiikka pysäyttää maapiirin toiminnan, jolloin maapiiri voi ”huilata ja vetäytyä”, näin maalämpöä säästyy yöksi. Laitteissa on myös lämpöpumppu, jonka avulla aurinkolämpöä saadaan varaajaan myös silloin, kun tavalliset tasokerääjät eivät tuota mitään.

EWARCO-laitteissa on suojattu varaajan lämmitystekniikka, (patentti haussa).

Keräimen kytkentä Ewarco-hybridilämmityslaitteeseen

Alla on kaavio keräimen kytkennästä hybridilämmityslaitteeseen.

EWARCO Solar Combi kytkentä

Keräin yhdistetään EWARCO:n ulkoilmayhteeseen. Keräin ei tarvitse minkäänlaista toimielintä, puhallinta, moottoria tms., vaan EWARCO:n oma tuloilmapuhallin hoitaa ilmanoton keräimen kautta.  Keräin on täysin huoltovapaa, siinä ei ole liikkuvia osia. Koska kesällä tarve on enemmänkin jäähdytykselle, on raitisilmakanavassa oltava mahdollisuus kääntää ilmanotto varjon, pohjoisen puolelle.

Hyvällä auringonpaisteella, pakkasillakin, keräin tuottaa niin paljon lämpöä, että asunnosta voisi tulla liian kuuma. Ewarco pystyy ajamaan auringon lämmön varaajan veteen, jolloin varaajan lämpöä voidaan käyttää lämmitykseen auringon laskettua.

EWARCO Solar Combi aurinkokeräin

Kesällä, kun on tuloilman jäähdytystarve, täytyy aurinkokeräin ohittaa. Näin ollen keräin on toimeton parhaan ajan vuodesta. Lisättäessä keräimeen lämmönvaihdin, ilmasta-veteen, saadaan aurinkoisimmat kuukaudet hyödynnettyä käyttöveden lämmittämiseen. Sama keräin toimii siis kahden keräimen yhdistelmänä. Lämmityskautena lämmitetään tuloilmaa ja kesällä lämmitetään varaajaa, käyttöveden ja kosteiden tilojen lattialämmitykseen.

Lisättäessä lämmönvaihdin EWARCO Solar keräimeen, saadaan samasta keräimestä Combi-malli, jolla saadaan lämmitettyä varaajaa.

Ewarco Solar Combi yhdistelmä

Kun on käytössä maapiirillinen EWARCO-järjestelmä, saavutetaan ihannetilanne: Käyttöveden lämmitys auringolla – asunnon viilennys maakylmällä, molemmat ilmaisia, eikä mukavuudesta tarvitse tinkiä.

EWARCO Solar Aurinkokeräimenkeräimen rakenne

Keräin on rakenteeltaan laatikko, jonka etupinta on lasia tai läpinäkyvää muovia, esim. UV- suojattu polykarbonaatti (akryyli ei ole sopiva, vuosien kuluessa muuttuu maidonvalkoiseksi). Keräimen takaseinässä on musta absorptiopinta ja sen takana eriste.

Keräimen alareunassa on rako ilmanottoa varten ja yläreunasta lähtee eristetty ilmakanava Ewarcolle. Ilmastointiin menevä raitisilma lämpenee, kulkiessaan keräimen läpi.

Aurinkokeräimen rakenneKeräimen takana on 3-kertainen kosteussuojattu pahvi, jonka pinta maalataan mattamustaksi. Pahvin paksuus 15mm. Pahvi muodostaa samalla riittävän eristeen takaseinään, eikä tarvita muuta eristettä. Takapahvin taakse kannattaa laittaa vielä ohut vaneri esim. 4 mm, joka jäykistää kehikon.

Etupinta on UV-suojattua polykarbonaatti kennolevyä. Kennosto muodostaa samalla eristeen etupintaan.

Reunakehikko puuta, lautaa, myös puu on aivan riittävä eriste, eikä tarvitse muuta eristettä. Metallikehikko ei ole hyvä, sillä se täytyy eristää.

Huom. keräimeen täytyy jättää riittävä ilmatila, ettei keräin aiheuta virtausvastuksia ilman kululle.

Mikäli on mahdollista, että keräimeen myöhemmin lisätään vedenlämmitys-lämmönvaihdin  täytyy keräimeen jättää vähintään 130 mm ilmatila.

 

Kohde, Turku 2014