Optimering av reglerstrategi för varmvattenproduktion

[Johan_F]

Hej, jag är intresserad av att optimera varmvattenproduktionen från solfångarsystemet och försöker därför finna en bra reglerstrategi. Kanske du har något bättre förslag än nedanstående?

MÅL:
A. Snabbt få 60° uttagbart varmvatten så att bergvärmepumpen (BVP) ej behöver ladda 750 l ackumulatortanken i onödan. (Tanken har 4 slingor (övre + undre solslinga. övre + undre varmvattenslinga. Den används enbart för tappvarmvatten.)

B. Ta tillvara svagare sol och förvärma tankens botten så att BVP ej behöver arbeta så länge/ofta.

C. Värma hela tanken till 95° om det finns gott om sol.

D. Ej kyla tanken i onödan.

E. Vid överproduktion använda partiell förångning. Om det visar sig bli mycket överproduktion kommer anläggningen kompletteras för värmeproduktion eller återladdning av berget. 60 vakuumrör med heatpipe används. (Plats finns på taket för att kunna bygga ut till 180 rör ...)

FÖRESLAGEN STRATEGI
1. Då rören diameter 22 mm innehåller ca 15 l kallt vatten vill jag inte köra in det i tanken när pumpen startar. Så jag har en växelventil före solslingorna som återcirkulerar vattnet till solfångarna tills det blir tillräckligt varmt för att matas in i övre eller undre solslinga. (En annan växlingsventil väljer sedan övre eller undre solslinga.)

2. Varmvattenproduktion prioriteras.
Om Tö (temperatur i övre delen av tanken) < 70° och solinstrålningen >= x W/m2: Förbered laddning av övre slingan eftersom solen verkar räcka till för det:
Om Tkoll (solfångarkollektorns utgående temperatur) >= Tö + Ttillslag (tillslagshysteres):
Starta cirkulationspumpen
Återcirkulera så att rören uppvärms.
När Tfram (framledningstemperatur i pannrummet från solfångaren) >= 60° och Tfram >= Tö + Ttillslag:
Öppna solslinga övre och stäng återcirkulationen.
Om Tfram (framledningstemperatur i pannrummet från solfångaren) < 60° eller Tfram < Tö + Tfrånslag:
Stäng återcirkulationen.
(Denna funktion modulerar återcirkulationen så att vattnet i toppen på tanken blir minst 60° och man får uttagbart varmvatten så fort som möjligt.)

3. Vid svag sol < X W/m2 eller om Tö > 70°: ladda tanken via undre solslinga för nu har vi tillräckligt med varmvatten för ett dygn:
Om Tkoll >= Tu (temperatur undre) + Ttillslag:
Starta cirkulationspumpen och återcirkulera tills rören blivit uppvärmda.
Om Tfram >= Tu (temperatur undre) + Ttillslag:
Öppna växlingsventilen till undre slingan och stäng återcirkulationen.
Om Tfram < Tu (temperatur undre) + Tfrånslag:
Öppna återcirkulationen.
Om Tkoll < Tu (temperatur undre) + Tfrånslag:
Stoppa cirkulationspumpen.

4. Om Tö >= 95°C eller Tu >= 95°C:
Stäng pumpen (för partiell förångning i dolfångarna.)
Öppna ventilen för återcirkulationen (så att solslingorna stängs.)

En svårighet är förstås att fastställa lämpligt värde på X (solinstrålningen) när det är lönt att göra 60°C varmvatten men det får man väl prova ut.

Den sedvanliga konstruktionen med termiska blandningsventiler som kopplar in den övre solslingan då temperaturen nått t ex 60° reagerar onödigt långsamt. Eftersom temperaturen över slingan är ca 10° kommer ju den undre slingan att värmas länge innan blandningsventilen öppnar trots att man kanske kunde gjort varmvatten med tillräcklig temperatur omedelbart.

Eller vad tror du?

[Wodda]

Kul att se någon som brottas med samma saker som jag gör........hårdpluggat tapps?
Har du kört igång anläggningen?

Min erfarenhet är att jag kan själv bestämma vilken temp som skall produceras oavsett värdet på solinstrålning. Så fort instrålningen kliver över ca 150W/m2 så börjar produktionen och skickar jag ut 60 grader får jag tillbaka 70 och skickar jag ut 30 grader får jag tillbaka 40 osv.
Är solinstrålningen mindre än detta blir det varken hackat eller malet och man kan kanske få in en kWh eller två på en dag vilket jag tycker kvittar.
Pröva att ställa in så att UVR håller konstanta differenser mellan olika givare.

Är precis på gång (vilken vecka som helst) att installera så jag får upp anläggningen på nätet och givetvis ändra språket till engelska (skitjobbigt med tyska när man inte fattar ett dugg).

[Johan_F]

Hej igen Wodda!
Idag var första soldagen som anläggningen var i gång! Styrsystemet var dock bara en dygnstimer som slog igång pumpen när solen tidigast kunde titta fram. Sen blev det många turer till pannrummet ... Tanken ökade i snitt 13° under dagen vilket jag var nöjd med!

TAPPS har jag börjat nosa på i väntan på paketet med UVR 1611. Verkar vara ett ganska kompetent system. Jag hade först tänkt förverkliga allt i ett industristyrnings-PLC men det blir mycket dyrare om man ska ha många analoga signaler.

Jag tror som du att övre tanken bör värmas så mycket att den klarar sig till nästa dag utan tillskott och ändå ger hyfsad varmvattentemperatur. (Jag antog 70° i mitt exempel men detta värde ska provas ut.)

Pulsar du din pump eller har du en varvtalsstyrd pump för att hålla deltaT konstant till 10°?

Jag tror även att det finns en minsta solinstrålning som måste till för att producera nämnvärda mängder med 60° vatten. Under en viss gräns så går väl all produktion till att täcka de ökande förlusterna vid hög temperatur. Så vid svagare sol eller "blinkande" sol bör det vara mer effektivt att jobba mot de kallare temperaturerna i tankens underdel. Fast detta har jag inte provat praktiskt ännu.

Det är ju även så att solfångarna modell vakuumrör med heatpipe magasinerar väldigt lite värme eftersom de innehåller mindre än 1 liter vatten per 30 rör. Detta i kombination med en rörvolym på ledningarna kring 15 liter gör att man nog bör låta rören värmas upp innan man pytsar in i tankens överdel.

Kanske man ska vara rädd om varmvattnet i tankens överdel och där förvärma rörsystemets vatten. Medan man i tankens underdel pytsar in direkt (när solfångaren blivit varm) om solen är svag eller blinkande pga moln.

[Johan_F]

Tyvärr upptäckte jag att jag nog inte hade kopplat solslingorna optimalt för reglerstrategin ovan. Jag kör undre slingan eller bägge slingorna i serie. De bör nog köras separat antingen övre eller undre annars kan slingorna dra ned värme från tankens överdel till underdelen vilket försämrar skiktningen. Det blir nog till att löda om en annan dag. Synd, jag som hade fått till rördragningen så snyggt ... (På varmvattensidan ligger ju slingorna i serie och där kopplas eventuellt den övre slingan bort av blandningsventil om tillräcklig temperatur uppnåtts med den undre slingan. Ja, det finns en blandningsventil för skållningsskydd också.)

Wodda, nu när jag ser på din ritning så ser jag att du också kopplat solslingerna i serie (3 st!) och att växelventiler kan förbikoppla de övre.
Men då blir ju returvattnet till solfångarna "alltid" kallt tills hela tanken blivit varm vilket inte gynnar varmvattenproduktionen (det blir dock mer energi in).

[Wodda]

Helt riktigt fungerar mitt system på det viset, vilket var en miss kan jag säga.
Dessa ska kopplas om till en separat övre slinga, mitten slinga och nedre slinga. Nu har det funkat bra ändå för riktiga soldagar värmer hela tanken på ett bra sätt och lite sämre väder värmer botten vilket då hjälper till med varmvattnet. Toppen har jag valt att vara emellan 47 och 65 grader. Vid 46,9 pumpas vatten från slavarna till tekniktanken och vid 65 pumpas det över till slavarna från TT.

Sen återigen du kan välja fritt vilken temp som ska produceras den är bara beroende på vilken temp du skickar ut. Har du inte tillräckligt med sol så stannar pumpen oavsett vilken temp som produceras.

I UVR 1611 kan du ställa in vid vilken temperatur varvtalsstyrning skall aktiveras för att t ex hålla en viss temp eller en viss differens mellan olika givare. FRåga mig inte hur jag gjort men det funkar bra . Mina tyska kunskaper, lite gissningar och en del tur skulle jag tro har fått det att funka. Men snart ska jag ändra språket till engelska i UVR:en och då ska det bli ordning på torpet.

[apersson850]

Jag hade först tänkt förverkliga allt i ett industristyrnings-PLC men det blir mycket dyrare om man ska ha många analoga signaler.

Det är en helt korrekt observation. Till Mitsubishis PLC i FX-serien har det i alla fall blivit lite bättre på senare tid, i och med introduktionen av FX2N-8AD och FX2N-4AD-TC. Men det kostar en hel del i alla fall. Sen tillkommer ju termoelement också.

[Johan_F]

Hej Anders,
Nej, industristyrningarna är inte alls konkurrenskraftiga för sådana här privata ändamål. (Undantaget mikro-PLC typ Siemens LOGO och liknande.)

Mitsubishi tar egentligen hutlöst betalt för elektroniken om man ser vad man får för pengarna. Varför ska det kosta tusentals kronor för varje detalj man vill lägga till, t ex buss, display, analoga in, analoga ut osv. Varför ska deras minneskretsar vara så otroligt dyra jämfört med minnen till datorer? Det hade nästan inte kostat tillverkarna någonting att stoppa i minne som räcker och blir över för alla applikationer men nej, kunden måste betala dyrt för varje storlek större.

Ta gärna en titt på UVR 1611 från Österrike. Centralenheten kostar ca 4000 kr och då är den komplett med belyst LCD display, många flexibla ingångar och utgångar (som valfritt kan konfigureras för analoga spänningar, PT1000, digitala signaler, pulsräknare m.m.). Dessutom kan PC anslutas via USB eller Ethernet med billigt tillägg. Dessutom ingår CAN-bus m.fl! Och det PC-baserade programmeringsverktyget är gratis och fritt att ladda hem! Många funktionsblock är särskilt utvecklade för värmesystem inkl. solvärme.

Jag hade gärna använt ett Mitsubishi-PLC till att styra detta men det är helt enkelt inte konkurrenskraftigt eller särskilt attraktivt för att lösa uppgiften när man jämför. Dessutom blir uppbyggnaden i skåpet dyrare, Tyvärr. (Däremot är industr-PLC mer flexibelt för att automatisera "vad som helst".)

[Johan_F]

Hej Wodda,
Tack för ditt intresse att dela med dig av resultat och konstruktionslösningar.
Jag gissar att din koppling med solslingorna och flera tankar gör att du liksom har "överdelen av en tank (i ett entankssystem) i större delen av din tekniktank och att bufferttankarna fungerar som underdelen i ett entankssystem.

Hur är temperaturen i solslingan som kommer ut från botten på tanken jämfört med temperaturen i botten på tanken? Hinner slingan överföra all värme till tanken? Om så är fallet så kommer du ju aldrig att få varmvatten vid dagens början som är mer än 10 grader varmare än tankens bottentemperatur.

Jag tror att man hade fått en betydligt snabbare varmvattenproduktion och bättre skiktning om man enbart hade laddat i den övre slingan först.

Men sen har du ju mycket vatten och solfångare så det kanske räcker ändå och du inte behöver optimera systemet för att få tillräckligt med varmvatten.

Sen dyker naturligtvis frågan upp vad som är bäst: Att snabbast möjligt få fram varmvatten i överdelen så att tillskottsvärmen ej startar (genom att ladda med slinga uppe i tanken) eller att få in så många kWh som möjligt från solen (genom att ladda slingan nere i tanken eller seriekopplade slingor).

Kanske strategierna ska vara olika sommartid elller vår/höst?

På sommaren ska solen ge tillräcklig medeleffekt för att kunna toppa tankarna. Problemet blir om det kommer en solfattig längre period som tankarna ej förmår överbrygga. Så fort som det blir sol igen så bör man då skapa varmvatten i överdelen så fort som möjligt.

Under eldningssäsongen räcker inte solenergin ändå och ordinarie panna arbetar med uppvärmningen av huset. Dä är det nog bättre att få in så många kWh som möjligt från solen. => Jobba mot så låga temperaturer som möjligt för att få högsta verkningsgrad. Räcker inte varmvattentemperaturen så får pannan fixa den med minsta möjliga förbrukning av bränsle.

Jag tycker det är intressant att förfina systemet och tillsammans får vi fram fina solvärmesystem. Internetforum som det här driver verkligen på utvecklingen, undertrycker dåliga produkter och tar fram det bästa.

[Wodda]

Jo jag funderar som sagt på att koppla om lite.
Tempen ut från nedre slingan håller konstant samma temp som botten. Jag vill koppla om så att jag kan bestämma vilken slinga som skall prioristeras och så att jag kan köra vilken slinga som helst separat eller t ex 2 tillsammans om effekten blir för hög för en enskild slinga.
Sen kan jag tycka att det här snacket om att värma övre delen på morgonen är eller bör vara med modifikation. Har man sina paneler i rakt söderläge lär inte solen träffa dom nämnvärt föra kl 08.00. Och att hinna värma lite dushvatten innan 09.00 är nog en utopi. Har man däremot sina paneler lite åt öster kan det nog funka eller kanske rent av horizontellt ställda. Vad jag vill säga är att om du vill värma på morgonen måste dina paneler vara placerade så att dom träffas av solen mycket tidigt på morgonen. Sen bör ju UVR:en vakta den övre delen så att den inte går under inställt värde för patronen men det kan den bara göra om solenergi finns att tillgå.

[Perpetum]

Hej

Jag har ett enkelt varmvattensystem som laddas i botten. Har bara en "finess". Stödvärmen (i mitt fall elpatron) är bortkopplad med tidur vardagar mellan 05:30 och 13:00. Man ger på så sätt prioritet till solenergin och undviker många onödiga kWh i stödvärme.

Det är särskilt effektivt på våren och hösten när solen behöver lite tid på sig....

MVH/Perpetum

[Johan_F]

Hej Perpetum,
Det låter som en bra idé!

Sen skulle automatiken vara kopplad till SMHI (eller DMI för oss i Skåne): Om det är sol på gång så ska tillskottsvärmen inte startas i onödan. Men är det är lågtryck i närheten ska det tändas en gul varningslampa som betyder att man ska spara på varmvattnet i badrummet ...

[Anders S]

Hej

Jag har ett enkelt varmvattensystem som laddas i botten. Har bara en "finess". Stödvärmen (i mitt fall elpatron) är bortkopplad med tidur vardagar mellan 05:30 och 13:00. Man ger på så sätt prioritet till solenergin och undviker många onödiga kWh i stödvärme.

Det är särskilt effektivt på våren och hösten när solen behöver lite tid på sig....

MVH/Perpetum

Det där är min nästa strategi när det gäller värmepumpen. Jag ska ta tag i det när hösten kommer och tiden finns (om den finns).

Har en steca-styrning så jag tänkte jag skulle kunna styra pumpen med någon av dess finesser (får sätta mig o klura någon dag i tänkarerummet=pannrummet).


Annars så får det bli en herdelig timerklocka till o ifrånslaget som du gör.

[Perpetum]

Hej

Om jag skulle bygga ett varmvattensystem idag så hade jag förmodligen byggt 8 eller 9,6 kvm Lesol 3AR (motsvarar 65-85 vakuumrör), installerat en oisolerad 750-liters tank (isolerat själv 150-200 mm mineralull) med solslinga i botten och tappvattenautomat. Superenkel on-off styrning med nattkylningsfunktion. SYR-ventil för dumpning av överskottsvärme, placerad mitt/lågt. Högt placerad elpatron med veckoprogram enligt mitt tidigare inlägg. För att hålla ner kostnaden kan elpatronen kopplas 1-fas så kan man nyttja billiga komponenter.

Jag resonerar som att ytan kompenserar för bristerna och att stor yta är ovärderligt under den mörka delen av året. Tråkigt ? Visst. Men jag tror att täckningsgraden blir grymt hög för ett sådant system, kanske uppåt 70-75%.

MVH/Perpetum

[Anders S]

Hej

Om jag skulle bygga ett varmvattensystem idag så hade jag förmodligen byggt 8 eller 9,6 kvm Lesol 3AR (motsvarar 65-85 vakuumrör), installerat en oisolerad 750-liters tank (isolerat själv 150-200 mm mineralull) med solslinga i botten och tappvattenautomat. Superenkel on-off styrning med nattkylningsfunktion. SYR-ventil för dumpning av överskottsvärme, placerad mitt/lågt. Högt placerad elpatron med veckoprogram enligt mitt tidigare inlägg. För att hålla ner kostnaden kan elpatronen kopplas 1-fas så kan man nyttja billiga komponenter.

Jag resonerar som att ytan kompenserar för bristerna och att stor yta är ovärderligt under den mörka delen av året. Tråkigt ? Visst. Men jag tror att täckningsgraden blir grymt hög för ett sådant system, kanske uppåt 70-75%.

MVH/Perpetum

Skulle vara kul att se vinterskillnaden mellan plana och vacuumsolfångarna i siffror (om det finns någon fördel med vacuumen). Den korta tid jag han få upp mina i våras när det var snö (några dagar, var ju ingen vinter i år), så öste de på med i stort sett full effekt vid sol, då jag har lite öppen yta för snön att ligga på framför garageväggen och solfångarna.

Har plats för en panel till som jag funderar på att docka dit (144 rör totalt). Men då måste jag göra av med lite mitt i sommaren då det blir för mycket. Det är i o för sig ingen större grej. Det är ju bara att släppa ut lite på elementen i källaren.


Annars så är det nog mest kostnadseffektiva som du skriver, eller möjligtvis med en platt på solslingan in i tanken också.


Så mycket kvadratmeter fångaryta man har råd med, det är där pengarna ska läggas. Och hålla resten så enkelt o isolerat som möjligt.

[Johan_F]

Jag resonerar som att ytan kompenserar för bristerna och att stor yta är ovärderligt under den mörka delen av året.

Hej Perpetum,

Några brukar säga: "There is no substitute for cubic inches" vilket vi solfångare kan omvandla till "square meters".

Den tekniska utvecklingen gör emellertid att sådana fraser inte är sanning för evigt. Se på bilarna. Inte behöver de motorer på fyra liter eller mer nuförtiden för att ha bra drag och körglädje och lösa transportbehoven?

Likadant med solfångare. Vakuumrör gör att man inte behöver lika stor yta längre och att anläggningen fungerar effektivare när det är kallt ute eller solen skyms av moln (då är kanske skillnaden om man kan ladda lite så att temperaturen ökar eller om man inte kan kompensera för förlusterna så att temperaturen sjunker).

Jag har svårt att tro att en stor platt solfångare är så väldigt bra jämfört med vakuumrör vintertid. Är det inte tvärtom; att vakuumrören är bättre vid svag sol? Men visst behöver man yta. Och jag kan nog hålla med dig om man vill göra ett så billigt/ekonomiskt system som möjligt.

Men det är ju kul att bygga en tipp-topp solanläggning och försöka optimera den. Alla varken vill eller behöver köra Skoda även om det nu skulle vara mest förnuftigt.