Opbouw, opstart en onderhoud van een zonne-installatie op druk
SOLARSTATION VORMT HART VAN DE INSTALLATIE
De primaire kringloop van een zonne-installatie wordt in België op één van twee manieren gerealiseerd. Ofwel wordt er gewerkt met een leegloopsysteem, ofwel kiest men voor een zonne-installatie op druk. Bij die laatste is het circuit tussen zonneboiler en zonnecollectoren volledig gesloten. In deze artikelreeks bespreken we de algemene opbouw, de aandachtspunten bij de opstart, en de nodige onderhoudswerkzaamheden.
GESLOTEN CIRCUIT
Het basisprincipe van een zonne-installatie op druk verschilt niet van dat van andere zonne-installaties: zonnecollectoren zorgen voor de opwarming van een transportvloeistof die vervolgens naar de zonneboiler gepompt wordt en zijn warmte daar via een warmtewisselaar aan het water in het boilervat overdraagt. Indien nodig wordt de temperatuur van het opgewarmde water nadien nog met behulp van een ketel of ander naverwarmingselement opgetrokken.
Transportvloeistof
Bij een zonne-installatie op druk is het circuit tussen de zonnecollectoren en de zonneboiler gesloten. Als transportvloeistof wordt gebruikgemaakt van een water-glycolmengsel, dat ook bij temperaturen tot zo'n -26°C niet bevriest. Dat is belangrijk omdat de transportvloeistof in de collectoren aanwezig blijft en dus ook aan lage buitentemperaturen moet weerstaan. Let wel op: het precieze mengsel is anders bij vlakkeplaatcollectoren dan bij vacuümbuiscollecteren!
Hydraulische aansluiting
De aansluiting van de collectoren op het binnencircuit gebeurt via een hydraulische aansluitingsset (uit kunststof of uit inox/koper) die een flexibele doorgang van buiten naar binnen mogelijk maakt. De aanvoerbuis naar de collectoren en de retourbuis van de collectoren bestaat uit een dubbele flexibele buis uit geribbeld inox met daarrond hoge temperatuurisolatie (geen gewone cv-isolatie want die smelt weg).
SOLARSTATION
Centraal in de installatie staat het solar- of zonnestation. Daarop worden zowel de aanvoer- als de retourbuis, alsook de voeler op het collectorenveld (en andere voelers) aangesloten.
Een solarstation omvat onder meer:
- de solarregelaar: dit is het besturingscentrum van de installatie. De regelapparatuur stemt alle toestellen van het solarsysteem (zonnecollectoren, ketel, boiler/buffer) op elkaar af, en bepaalt de werking van het systeem op basis van het tapprofiel van de gebruikers, de gewenste kamertemperatuur …. De zonneregeling meet o.a. de collector- en de boilertemperatuur, stuurt de circulatiepomp aan en beslist wanneer de naverwarming inspringt. Zo zorgt de regelaar (bij duosystemen) dat het water niet door de ketel opgewarmd wordt wanneer de zon dat had kunnen doen. De zonneregeling heeft tevens een belangrijke veiligheidsfunctie. Als de temperatuur in de zonneboiler te hoog wordt (bv. max. 80 °C), dan wordt de pomp uitgeschakeld;
- de circulatiepomp: deze wordt elektronisch aangestuurd door de solarregelaar. De pomp wordt bijvoorbeeld opgestart zodra er 8 à 10 °C verschil is gemeten tussen de temperatuur in het collectorenveld en de temperatuur in de boiler. De circulatiepomp werkt in high-flow, low-flow of verhoogt of verlaagt het debiet (moduleert) afhankelijk van de temperaturen die de regelaar van de voelers krijgt doorgestuurd;
- twee terugslagkleppen: een op de aanvoer- en een op de retourbuis. Het kan ook dat er slechts een enkele terugslagklep zit, met name op de retour. De terugslagkleppen moeten tegengaan dat warmte uit de boiler naar boven zou stijgen (warmte stijgt immers), bijvoorbeeld 's nachts richting de afgekoelde collectoren;
- twee afsluitkranen met thermometer: een op de aanvoer- en een op de retourleiding;
- een manometer: hierop is de systeemdruk af te lezen. Een installatie functioneert normalerwijze bij een druk van 2 à 3 bar;
- een overdrukklep: vanaf een druk van 6 bar gaat de overdrukklep open;
- een expansievat: dit vangt uitzetting van de vloeistof op;
- een voorschakelvat: indien de afstand tussen de collectoren en het solarstation beperkt is (minder dan een verdieping), dan wordt er ook nog een voorschakelvat voorzien om het solarstation/het expansievat te beschermen tegen te hoge temperaturen. Ook bij cv-ondersteuning en vacuümcollectoren wordt een voorschakelvat gebruikt;
- twee bolkranen: voor het vullen en ledigen van de installatie.
OPSTART voorbereiding
De installateur noteert de belangrijkste installatiegegevens, zoals het type solarsysteem, boiler, regeling, expansievat, solarstation, voordruk van het expansievat. Voorts wordt ook de oriëntatie van de collectoren, de dakhelling, het aantal collectoren, de statische hoogte van de collectoren, het type aansluiting, enzovoort opgetekend. Hij vult hiervoor een opstartprotocol in.
De correcte installatie van de verschillende onderdelen van het solarsysteem (het collectorenveld, de boiler, het solarstation, de regelaar, ...) wordt visueel gecontroleerd.
DE INSTALLATIE VULLEN
De juiste omstandigheden
Na de visuele controle, wordt er overgegaan tot het vullen van de installatie. Dat kan enkel bij geringe zonnestraling (bv. 's ochtends) of bij afgedekte collectoren. Halen de collectoren te hoge temperaturen, dan kan door het grote temperatuurverschil tussen de vulvloeistof en de collectoren immers een thermoshock veroorzaakt worden, met eventuele systeemschade tot gevolg.
De juiste vulvloeistof
Het vullen gebeurt met een vulstation dat het water-glycolmengsel onder druk in het systeem injecteert. Dat mengsel is anders bij vacuümbuiscollectoren dan bij vlakkeplaatcollectoren. In het mengsel voor vacuümbuiscollectoren zitten er namelijk extra inhibitoren. Deze moeten de vulvloeistof beschermen tegen de hogere stilstandstemperaturen, die bij vacuümbuiscollectoren kunnen oplopen tot wel 300°C. (Bij vlakkeplaatcollectoren is dat maar tot 200°C.)
Sommige fabrikanten bieden maar één water-glycolmengsel voor beide collectoren aan. Dat is dan bestand tegen de hogere stilstandstemperaturen van de vacuümbuiscollectoren, en kan ook voor de vlakkeplaatcollectoren worden gebruikt.
Aansluiting vulstation
Het vulstation beschikt over een in- en uitgang die via de bolkraantjes in het solarstation op de aanvoer- en retourleiding van het zonnesysteem worden aangesloten. Vervolgens worden de twee terugslagkleppen in het solarstation gedeblokkeerd (anders bieden deze weerstand tijdens het vullen) en wordt het kraantje met thermometer op de vertrekleiding dichtgezet (zodat een gesloten circuit ontstaat).
Het vullen zelf
Vervolgens stuwt de pomp van het vulstation het water-glycolmengsel tegen een gemiddeld debiet van 30 liter per minuut en tegen een druk van ongeveer 4 bar in het buizencircuit. Tijdens het vullen wordt het reservoir (meestal is dat een reservoir van 25 à 30 liter) tijdig bijgevuld zodat de pomp geen lucht trekt in het systeem. Het vulstation moet actief blijven pompen totdat het glycol-watermengsel transparant is en er geen luchtbelletjes meer te zien zijn.
Moeilijk bereikbare plaatsen kunnen worden afgekoppeld (bv. een expansievat), en om een volledige ontluchting te realiseren, wordt het circuit soms ook omgekeerd. Opgelet, als de installatie is voorzien van een debietmeter, is het circuit omkeren niet mogelijk en moet de stroomrichting gerespecteerd worden.
De juiste installatiedruk
De minimale installatiedruk wordt bepaald op basis van het hoogteverschil tussen het expansievat en de collectoren (= de statische hoogte). 2,6 bar is bijvoorbeeld het equivalent van 20 meter waterkolom en voldoet voor de meeste installaties (namelijk voor een statische hoogte tot 20 meter).
In de collectoren moet er ook een bepaalde druk worden gehaald. Hoeveel druk precies, wordt voorgeschreven door de fabrikant van de collectoren. Die schrijft bijvoorbeeld voor dat de druk in de vacuümbuiscollectoren minstens 1 bar moet bedragen.
De voordruk van het expansievat moet aangepast zijn aan de installatiedruk en de installatiehoogte. Werd er tijdens het vulprocedé onvoldoende druk opgebouwd, dan wordt het bolkraantje op de retourleiding van het zonnecircuit tijdelijk dichtgezet, waardoor het vulstation tijdens het pompen extra druk op het systeem kan steken.
FUNCTIETESTS
Als er voldoende druk is opgebouwd, worden de bolkraantjes afgesloten, worden de terugslagkleppen in bedrijfsstand geplaatst en wordt het kraantje met thermometer opnieuw open gezet. Het aantal liter vulvloeistof dat in het circuit geïnjecteerd werd en de systeemdruk en de voordruk van het expansievat worden genoteerd.
Vervolgens wordt de installatie opgestart. Dat gebeurt door de functietest in de regelaar uit te voeren en de circulatiepomp manueel op te starten. Tijdens deze functietest draait de pomp op zijn maximale vermogen en kan worden nagegaan of alles goed functioneert.
Na controle wordt de functietest gestopt en wordt het systeem op automatisch gezet.
onderhoud
VISUELE CONTROLE
Eerst wordt de hele installatie visueel gecontroleerd. Dat omvat onder andere de controle van de collectoren, de bevestiging van de dakdichting, de voelers, ...
Aandacht voor details is hier van groot belang. De isolatie rond de buis die vanuit de collectoren naar binnen loopt, is bijvoorbeeld gevoelig voor vogelvraat. De vogels pikken de isolatie namelijk weg om hun nesten mee te bouwen, en als ze volledig is weggepikt, verliest de buis heel wat warmte, wat een negatieve invloed heeft op het rendement. Bij de installatie wordt daarom aangeraden om voor het tracé dat buiten loopt de beschermde versie van de solarbuis te gebruiken.
NAZICHT SYSTEEMDRUK
Na een visuele controle op lekken en beschadiging van de installatie, wordt de systeemdruk gemeten. Komt die overeen met de systeemdruk bij installatie, dan is er geen probleem. Verschilt die, dan is er ergens een probleem, bijvoorbeeld een lek of een defecte ontluchter. Het probleem moet worden opgespoord en hersteld, en met het vulstation kan de druk in het systeem weer op niveau worden gebracht.
Het is van groot belang dat de gebruiker zelf regelmatig de systeemdruk controleert. De controle van de systeemdruk gebeurt het best bij een systeem in rust.
WATER-GLYCOLMENGSEL
De vulvloeistof in het circuit ondergaat een verouderingsproces. Na verloop van tijd verliest het mengsel zijn eigenschappen, waardoor het bijvoorbeeld ook niet langer bestand is tegen vriestemperaturen. Hoe lang het duurt vooraleer de vulvloeistof moet worden vervangen, is afhankelijk van het gebruik van de installatie. Er kan hier geen vaste periode op worden geplakt. Vandaar moet de kwaliteit van het water-glycolmengsel worden gecontroleerd.
Controle
De controle van het water-glycolmengsel gebeurt met behulp van:
- een lakmoesproef: de pH-waarde van de vulvloeistof wordt gemeten. Een pH tussen 7 en 9 is goed.Is de pH-waarde lager, dan is de vloeistof verzuurd en moet de vulvloeistof worden vervangen;
- een refractometer: de vorstbeschermingsgrens van de vulvloeistof wordt bepaald. Met de refractometer wordt de brekingsindex van de vloeistof gemeten. Is die lager dan -25 °C, dan is het vervangen van de vloeistof noodzakelijk.
Zulke meetinstrumenten zijn belangrijke tools, maar meestal is het aan de vulvloeistof al te zien of die aan vervanging toe is. Vulvloeistof die verbrand ruikt, die er gelig of bruin uitziet, die stroperig is, of waarin kleine zwarte korreltjes ronddrijven, is versleten.
Vervanging
Indien vervanging noodzakelijk is, laat men het systeem via de bolkraantjes leeglopen. De oude vloeistof wordt opgevangen in bidons (hiervoor kunnen de bidons worden gebruikt waarin het nieuwe water-glycolmengsel zat). Er wordt nagekeken hoeveel vloeistof er bij het leeglopen al werd opgevangen en hoeveel er ongeveer nog in het systeem zit (de totale hoeveelheid vulvloeistof staat op de installatiefiche).
Om de vulvloeistof die nog in het systeem zit eruit te krijgen, wordt er nieuwe vulvloeistof in het systeem gepompt met behulp van het vulstation (de ingang wordt aangesloten op het vulstation, de uitgang niet). De nieuwe vloeistof duwt de oude eruit. Zodra de verwachte hoeveelheid uit het systeem is en het mengsel opnieuw helder is, wordt de uitgang ook op het vulstation aangesloten en kan voort worden gepompt tot alle lucht uit het circuit verdwenen is.
Bij sterke vervuiling dient het volledige circuit gereinigd te worden met een daarvoor geschikt reinigingsproduct voor het water-glycolmengsel wordt vervangen.
CONTROLE EXPANSIEVAT
Ten slotte wordt er gecontroleerd of het expansievat nog goed werkt en geen schade heeft opgelopen. Dat gebeurt door het expansievat te isoleren van het systeem en de druk van het vloeistofgedeelte af te laten (het expansievat moet altijd van het systeem kunnen worden afgekoppeld zonder daarbij het systeem te moeten legen, bij voorkeur met een kapventiel) en vervolgens de druk in het stikstofgedeeltete meten.
Is de druk lager dan bij installatie werd genoteerd, dan kan er met droge stikstof druk worden bijgestoken. Zit er in het stikstofgedeelte vloeistof, dan is het membraan in het expansievat beschadigd en moet het expansievat worden vervangen.
