Reidars varmeanlegg del 3 – hvor stor skal akkumulatortanken være?

Hva påvirker størrelsen på akkumulatortanken?

En sentral formel for beregning av akkumulatorvolum er : (V * delta T )/ (0,86 * 1000 ) = kWt  – energiberegningsformelen. For å beregne volumet kan man snu på formelen slik :  V = (0,86 * 1000 * kWt) / delta T.

Dette er slik jeg vil bygge varmesentralen – prinsipielt (klikk på figuren for større versjon).

 

Varmeanlegg skisse blogg

Varmepumpe, solfangere og vedovn stiller relativt ulike krav til akkumulatorvolum, men i prinsippet vil det være tankens evne til å lagre produsert energi som er avgjørende for alle.

  • Varmepumpen må ha en minimum gangtid for å få optimale driftsforhold for kompressorer.
  • Solfangerne må kunne avlevere energi over en hel dag. 8 – 10 timer med sterk sol.
  • Vedovnen må kunne legge fra seg all energien som produseres på et ilegg – maks 20 liter tørr bjørkeved.

VARMEPUMPEN:

Varmepumpen vil yte ca 9 kW ved maks effekt ( 12°C utetemp og 35°C turvann). Det er fornuftig at varmepumpens kompressor får lov til å gå i minimum 15 minutter når den først starter. Deretter bør den få lov til å hvile så lenge som mulig. Minimum tillatt stopptid er 300 sekunder – 5 minutter.

Varmepumpen er utstyrt med inverterstyrt kompressor. Minimum effekt når kompressoren er i gang er ca 50 % av maks effekt, pumpen må derfor kunne gå i minimum 15 minutter med en effekt tilsvarende 50% av 9 kW. Det betyr 0,25 * 0,5 * 9 = 1,125 kWh. Varmepumpen starter og stopper med en hysterese på 6-7°C (justerbart).

Dersom man da benytter energiberegningsformelen får man behov for et akkumulatorvolum tilsvarende 138 liter. Egentlig et vannvolum totalt, men jeg ønsker også å kunne benytte varmepumpen til tappevann også på de dager det ikke er varmebehov. Det innebærer at volumet over skilleplaten må være over 138 liter.

Avriming – et ofte neglisjert tema : Ved avriming  «stjeler» varmepumpen energi fra akkumulatortanken. Dette fordi kondensator og fordamper bytter plass (fireveisventilen snur) . Under avriming vil varmepumpen gå på maks effekt og denne prosessen har en minimum varighet på 150 s, og maks 1200 s. Dvs 20 minutter eller 0,3 timer. Energibehovet til maks avriming blir da 0,3 timer  x 9 kW = 3 kWh. Størrelsen på akkumulatortanken vil da avhenge av hvor stort temperaturfall man tillater i tanken. Jeg mener at man ikke bør slippe tankens temperatur lavere enn det man trenger for å kunne gi varme ut på anlegget, og velger derfor å sette minimum til 30°C. Dersom avrimingen starter på 45°C og stopper før vi har nådd 30°C har vi da en Delta T  på 15°C.

Nødvendig volum for å håndtere en avriming blir da (0,86 * 1000 * 3 kWt)/ 15°C = 172 liter.

Konklusjon: Det er avrimingen som setter minstekravet til akkumulatorvolumet og det er 172 liter. NB! Dersom man aksepterer at spisslast slår inn under avriming kan man gå ned på volumet. Det er også flere faktorer som spiller inn, men trekker man inn alle blir det for en lang avhandling. Det er også en tommelfingerregel som sier at man bør ha 20 liter vann pr kW maks effekt. Benytter vi denne regelen så havner på 180 liter, og det stemmer jo ikke så aller verst det heller.

SOLFANGERE:

En mye benyttet tommelfingerregel sier 50 – 100 liter vann/ m² solfanger (flate paneler). Mitt anlegg skal ha 7,5 – 10 m² ( ikke helt sikker ennå) og tanken blir på 500 liter.

NB! Dersom man opplever at tanken bare blir varmere og varmere og man ikke klarer å kvitte seg varme i løpet av natten kan man stille inn solautomatikken på såkalt nattkjøling. Styringen kjører da det varme vannet fra akkumulatortanken ut på panelene om natten og kjøler de ned. Denne funksjone kan også benyttes om man reiser på ferie. Det er allikevel ikke slik at det er krise om man glemmer det – panelene tåler 180°C og 9 bar.

Solinnstråling i Norge :

pvgis_solar_horiz_NO

VEDOVN MED VANNKAPPE

En vedovn med vannkappe vil avgi varme både til vannet og til luften i rommet den er plassert i. Etter min mening er det best om ovnen avgir så mye varme som mulig vannet, og så lite som mulig til rommet. Det den avgir til vannet vil lagres i akkumulatortanken, og man kan porsjonere ut varmen i det vannbårne systemet etter behov. Den varmen som avgis til luft må absorberes i det rommet ovnen er plassert, og  nært tilstøtende rom.

En ganske vanlig effekt for en vedovn med vannkappe er 15 kW. Den bør være konstruert slik at  minimum  80% av energien overføres til vannet. Dersom bare 50% av varmen overføres til vannet betyr det at 7,5 kW sendes ut i det rommet ovnen er plassert, og man skal ikke regne lenge for å forstå at dette rommet da må være ganske stort for å kunne ta unna varmen.

I et normalt isolert hus fra 80-tallet kan man regne et effektbehov på maks 70 W/m. Har man da en stue på 40 m² blir maks effektbehov 70×40=2,8 kW. Om man skal ha en vedovn med vannkappe kan denne derfor maks avgi 2,8 kW til rommet, dersom det skal være mulig å være der uten å måtte lufte samtidig som man fyrer.

Hva så med akkumulatortanken for mitt tilfelle?

Jeg har planlagt å benytte en Edilkamin Klima. Den har maks vedilegg på ca 20 liter. Dette representerer ca 24 kWh. Den er slik at ca 75% av varmen går til vannet. I mitt tilfelle går dette greit siden ovnen skal stå nede ved inngangen og varme opp  ca 40 m² i underetasjen + trappeløp og ca 20m² oppe i andre etasje.

Siden 75% av varme går til akkumulatortanken kan jeg ta utgangspunkt i 24 kWh og gange med 75%. Jeg må altså ha plass til 18 kWh. Siden jeg kan slippe akkumulatortanken ned til 40°C og varme den opp til 80°C med vedovnen tilsvarer 18 kWh et akkumulatorvolum på ca 320 liter.

Konklusjon: Alle energiprodusenter i mitt anlegg passer godt med en tank på 500 liter, og jeg kan derfor planlegge videre med det!