mogelijkheden voor optimale temperatuur

Aansluitschema voor een zonnecollector (buis)

Regelmatig ontvangen wij berichten over ons zonne-collector experiment, waarbij een systeem is ontworpen dat in staat is om zowel een vijver als een quarantaine-voorziening op warmte aanstuurt. Hierbij wordt optimaal gebruik gemaakt van de verschillende componenten om op deze manier de kosten van een dergelijk systeem te beperken door gemeenschappelijke onderdelen te gebruiken. Door middel van een elektronische regeling een 3-wegklep is hierbij een 2-zone systeem gerealiseerd, waarbij één zone tegelijkertijd actief kan zijn. Welke dat is wordt bepaald door de controller op basis van de ingestelde onder- en bovengrenzen van de temperatuur en de actuele temperatuur die doorgegeven wordt via temperatuur-probes. Zo opgeschreven klink dit ingewikkeld, maar het is juist een zeer overzichtelijk systeem en in dit artikel kun u dan ook het detail-aansluitschema bestuderen om uw eigen installatie te verbeteren of op te bouwen.

Hoewel wij deze opstellen hebben gerealiseerd als een succesvol “proof of concept” raden wij u aan om een dergelijk systeem niet te delen over verschillende waterbekkens die op verschillende momenten warmte vragen (zoals zij hebben gedaan in de proof of concept). Zo vraagt een quarantaine vaak in een ander jaargetijde wat warmte, en is de hoeveelheid water ook exponentieel kleiner (bij veel hobbyisten is dit 10-20% van de vijvercapaciteit) waardoor de snelheid van verwarmen sterk verschilt. In de zomer is het juiste vijver die alle aandacht vereist (zie ons verwarmingsschema) en kun je alle warmte daar praktisch wel kwijt. Het is niet goed mogelijk om een dergelijk systeem te “tunen” omdat er geen controle is over het warmte-aanbod, er wordt immers direct warmte afgegeven via spiralen en er is geen “buffermogelijkheid” van warmte. Daardoor is het aanbod van warmte te onvoorspelbaar om te verdelen, voor het verwarmen van een enkele waterbekken is dat geen probleem omdat alle warmte niet verdeeld hoeft te worden.

In onderstaande afbeelding vindt u het aansluitschema. Wij kunnen u helaas niet helpen aan artikelnummers of bestelnummers, raadpleeg hiervoor de specialisten (bijvoorbeeld op internet). Er zijn verschillende shops die gespecialiseerd zijn op het gebied van zonnewarmte, zij kunnen u exacte types adviseren en zijn op de hoogte van de allerlaatste ontwikkelingen en “tweaks”.

Aansluitschema buiscollector

Zonne-collector: direct flow systeem

In een eerder artikel is reeds geschreven over de kenmerken van een vlakke plaat of buis-collector. In dit artikel vindt u meer informatie over een van de twee varianten van de buis-collector, namelijk de Direct Flow (DF) collector:

Direct flow collector onderdelen

Het unieke van het DF Systeem, is dat het volledig horizontaal of verticaal kan worden geïnstalleerd. De optimale hellingshoek voor instraling van de zon, wordt bereikt door het draaien van de buizen in de gewenste richting. Het DF systeem is daarom uitermate geschikt bij een plat dak-, reling- of gevelbevestiging. Waar bij een vlakke plaat of buis-collector de gehele unit in een hellingshoek geplaatst wordt (gericht naar de zon), is bij een DF-systeem iedere buis (tube) voorzien van een hellend vlak dat richting de zon wordt geplaatst. In onderstaande afbeelding ziet u daar een detail-opname van:

Direct Flow interne reflectie-tube

De opbrengst van een dergelijk systeem is in de praktijk verschillend van een vergelijkbare vlakke plaat of buis-opstelling omdat het oppervlakte wat zonnestralen kan opvangen kleiner is per tube. Wel zijn deze groter uitgevoerd, wat helaas ook de prijs ietwat negatief beïnvloed ten opzichte van een concurrerende opstelling.

Voorbeeldinstallatie zonne-collector

Na het succesvolle experiment van vorig jaar met de warmtepomp is het dit seizoen het jaar van de zonnecollector! In dit artikel wordt een voorbeeldinstallatie weergegeven die gebaseerd is op "heatpipes" zoals deze op dit moment in gebruik is op mijn vijver en quarantaine-systeem. Het systeem is ontwikkeld in samenwerking met Zonneboiler-Huis op basis van ruimschoots bewezen componenten uit de verwarmingsindustrie en is nu ook geschikt gemaakt voor de vijver-hobby.

Componenten


De basis-installatie bestaat uit de volgende componenten:

  • de buiscollector bestaande uit 30 heatpipes
  • de elektronische regeling voor de aansturing van de verwarmingsinstallatie
  • het expansievat voor het opvangen van drukverschillen
  • de pompgroep die gebruikt wordt voor het rondpompen van de vloeistof door het systeem heen.
  • leidingwerk voor de aanvoer en retour
  • een 3-weg klep voor de gescheiden aansturing van de vijver zelf en de quarantaine-voorziening voor de ontwikkel-experimenten

Omdat de installatie is voorzien van een vorstbeveiliging en er geen vloeistof door de collector zelf gepompt hoeft te worden (zoals bij een vlakkeplaat-collector) is de installatie afgevuld met water. De buiscollector heeft een oppervlakte van ongeveer 4 vierkante meter en is geplaatst op het dak van de woning van waaruit dubbel geïsoleerde leidingen naar de lokatie worden gebracht. De leidingen zijn afgemonteerd in de vernieuwde quarantaine-voorziening waar de overige componenten van de installatie zijn aangebracht. De warmte-afgifte wordt gerealiseerd op basis van 22mm RVS-spiralen die zijn aangebracht in de quarantaine-voorziening en in de filterinstallatie van de vijver zelf:

ThermoPond PlaatsingThermoPond geplaatstThermoPond machinekamer

Verwachtingen


De installatie is in overleg met de leverancier samengesteld, en is gericht op het ondersteunen van de seizoenen. Hierbij is als uitgangspunt het onderstaande verwarmingsschema genomen:

Verwarmingsschema

Met de installatie is het mogelijk om de koi voor een periode van minimaal 5 maanden een zomerse ontwikkel-temperatuur te bieden, waarbij het voorjaar en najaar gebruikt wordt om de temperatuur gericht te laten stijgen en dalen. Met name in het voorjaar is het van belang om niet al te lang in de temperatuurzone van 10-15 graden te blijven zitten, de koi als seizoensdier moet in het voorjaar zijn metabolisme op gang brengen en daarmee zijn/haar weerstand op peil brengen en dit gaat het beste met wat hogere watertemperaturen (boven de 15 graden). In de temperatuurzone 10-15 graden zijn met name parasieten een gevaar omdat de weerstand van de koi nog niet op peil is door een opstartend metabolisme.

Het effect van ondersteunende verwarming op de ontwikkeling en groei van koi is enorm! In het Nederlandse klimaat komt het helaas zelden voor dat de ideale ontwikkel-temperatuur van 24-26 graden voor lange tijd op natuurlijke wijze gehandhaafd kan worden. Aangezien het verwarmen van water altijd energie kost, is het verwarmen van water met behulp van deze oplossing ook economisch het meest rendabel! Additionele kosten zijn er praktisch niet, behoudens de stroomkosten van de pompgroep waarin een CV-pomp is opgenomen met een maximaal opgenomen vermogen van 50 Watt als deze in de hoogste stand wordt afgeregeld, waarbij de laagste stand (die afdoende is voor het zomerseizoen) slechts 20 Watt verbruikt (!). En deze kosten worden alleen gemaakt als er warmte wordt gevraagd en de collector deze kan leveren, de elektronica schakelt op dat moment de installatie aan.

Duurzaamheid


Met behulp van de installatie van de installatie is een zeer duurzame oplossing beschikbaar gekomen voor de koi-hobbyist om vijvers en grote waterbekkens CO2-neutraal te kunnen verwarmen. De hierboven besproken voorbeeldinstallatie is een basis-installatie die op vele vijvers in Nederland afdoende is. De oplossing is schaalbaar en eenvoudig uit te breiden, afhankelijk van eisen en wensen van de hobbyist. En zegt u nou zelf, als u als hobbyist de seizoenen kan ondersteunen en bijsturen wanneer de natuur het een beetje laat afweten zonder terugkerende kosten… precies!

Zonne-collector: vlakke plaat of buis?

Zoals in het artikel met betrekking tot de vlakkeplaat-collector en de buiscollector is beschreven is het doel van beide typen hetzelfde: het opwarmen van een vloeistof om deze warmte middels een pompje te verplaatsen naar een plaats om de warmte middels een warmte-wisselaar of spiraal af te geven aan uw vijverwater. Dit artikel beschrijft enkele voor- en nadelen van beide systemen.

Efficiëntie


Een buiscollector, werkend met een vacuüm ruimte in de buis, is een zeer goede isolator en verliest daardoor minder warmte. Toch is de opbrengst per vierkante meter niet hetzelfde als de opbrengst per vierkante meter van een vlakkeplaat-collector. Immers, doordat de collector bestaat uit verschillende losse buizen zal zonlicht altijd tussen de buizen door kunnen schijnen en niet opgevangen kunnen worden. Over het algemeen kan men stellen dat een vlakkeplaat-collector daardoor altijd een iets hoger rendement heeft. Toch is dit niet in alle gevallen zo, en dat heeft te maken met het type zonlicht dat er is.

Diffuus en direct zonlicht

Het is belangrijk te realiseren dat een vlakkeplaat-collector in een vast hoek geplaatst wordt om optimaal beschenen te kunnen worden. Daarmee wordt het rendement gemaximaliseerd, maar toch kleven daar nadelen aan. Het belangrijkste nadeel is dat de stand van de zon niet gedurende het jaar hetzelfde is. In de zomer staat de "koperen ploert" hoog aan de hemel, terwijl deze in de winter ergens boven de horizon beduidend lager hangt. Als de hoek van de zon ten opzichte van de collector niet hetzelfde is, is ook het rendement niet hetzelfde.

Kijken we naar de toepassing voor ons hobbyisten dan willen wij graag een stabiele warmte in de zomer afleveren, de pieken en dalen van het voorjaar en najaar stabiliseren, en de winter de vijver zo kort mogelijk in "de winterstand" van om en nabij de 8 graden houden. In al deze gevallen geldt dat de collector meer warmte moet opleveren dan er gevraagd wordt om dit te realiseren. Kijkend naar de seizoenen dan geldt dat er in de zomer veelal direct zonlicht is (linker afbeelding), maar in de koudere perioden het licht veel meer diffuus is (rechter afbeelding). Diffuus licht (licht dat van verschillende kanten lijkt te komen) kan met name door een buiscollector effectief opgevangen kan worden, een vlakkeplaat-collector heeft immers niet de mogelijkheid van een ronde buis. De ronde vorm en de speciale coating en reflectie zorgen ervoor dat het licht altijd optimaal kan doordringen tot het middenwerk middels weerkaatsing:

Buiscollectoren en de verwerking van direct zonlichtBuiscollectoren en de verwerking van diffuus zonlicht

Hieruit kan men ook meteen concluderen dat een buiscollector beter in staat is om diffuus licht te verwerken. En dat is met name van belang naarmate de zon dichter bij de horizon staat (najaar, winter en voorjaar). Optimaal benutten van diffuus licht is praktisch niet goed mogelijk door een vlakkeplaat-collector vanwege de vorm, waardoor geconcludeerd mag worden dat de efficiëntie van een buiscollector gedurende de koudere seizoenen en bewolkte dagen dan ook een factor beter is!

Duurzaamheid


De levensduur van de collectoren zelf en de componenten van het systeem kan verschillen. De buiscollector heeft als voordeel dat de individuele buizen bij een defect vervangen kunnen worden en het systeem als totaal systeem kan blijven doordraaien. Dit geldt dan voor systemen die werken op basis van een heatpipe, omdat men gewoon de heatpipe ontkoppelt en afsluit. Bij een direct flow buiscollector of een vlakkeplaat-collector heeft met dit voordeel niet. De eerste versies van een heatpipe kenden geen dubbelwandige pijpen en verloren na een aantal jaren hun capaciteit bij de aanhechting met de pijp, maar dit met de moderne dubbelwandige buizen niet meer mogelijk tenzij het glas breekt. De levensduur wordt tegenwoordig dan ook ver voorbij de 25 jaren aangegeven.

Wat wel een aandachtspunt is, is de temperatuur van het systeem. Vlakkeplaat-collectoren hebben de eigenschap dat, zodra de collector warmer wordt, een lager vermogen gaat afgeven. Dit is het geval wanneer de vijver geen warmte vraagt en er dus ook geen warmte getransporteerd wordt, maar de boel wel lekker onder het zonnetje op blijft warmen! Dit fenomeen heet het "zelfremmend vermogen" wat als voordeel heeft dat het totale aantal collectoren op een systeem vergroot kan worden zonder neveneffecten. Een buiscollector kent dit fenomeen niet en wordt in de praktijk dan ook veel heter. De constructie is hierop natuurlijk wel berekend maar het heeft wel zijn effect op de overige componenten in het systeem omdat deze een grote warmte-tolerantie moeten hebben.

Uitbreidbaarheid


Beide oplossingen zijn prima uitbreidbaar door panelen te koppelen en zo het rendement en vermogen te kunnen vergroten. Om u een idee te geven omtrent benodigde oppervlakte: voor een 15-20 m3 aan water effectief te kunnen verwarmen heeft u in alle gevallen ongeveer 2m2 oppervlakte nodig. Voor een vijver van 30-40 m3 verdubbelt dat dus. In de praktijk valt dit qua ruimte dus erg mee, temeer daar uw paneel niet direct bij de vijver hoeft te staan, en een efficiënte opvoerhoogte van 6 meter geen enkel probleem is.

Kosten


De hamvraag blijft natuurlijk hoe de kosten zich verhouden tussen een vlakkeplaat- en een buiscollector? Om met de deur in huis te vallen: eigenlijk is dit lood om oud ijzer, de prijzen zijn vergelijkbaar wanneer men kijkt naar de verhouding kosten/rendement. De kosten van een collector van om en nabij de 2m2 zijn alleszins redelijk, en daarmee biedt het de hobbyist een prima basis om tegen praktisch geen terugkerende kosten uw koi optimaal te laten ontwikkelen op de juiste temperaturen en daarmee de omstandigheden te bieden die zij verdienen!

Laat uw gedachte er eens over gaan, en investeer in een degelijke verwarming. Koop een of een paar visjes minder, en haal meer uit uw bestaande populatie op een wijze die EN duurzaam is EN daarnaast zeer voordelig: zonne-collectoren hebben een heden en hebben een toekomst!





Zonne-collector: de buiscollector (vacuum)

Naast de "vlakke plaat" collectoren om zonnewarmte om te zetten in warmte voor uw vijver bestaat er ook een tweetal typen buiscollectoren. Een buiscollector bestaat uit separate glazen buizen, die middels een thermische coating warmte kunnen opvangen. Doordat de buis vacuüm is, wat bekend staat als de beste isolator die men kan bedenken, wordt middels een speciale vloeistof de warmte getransporteerd. Er zijn twee typen buiscollectoren:

  • de U-buis collector ("direct flow")
  • de warmtepijp-collector ("heatpipe")

In het vervolg van het artikel wordt verder de werking beschreven van deze twee typen buiscollectoren.

De U-buis collector ("direct flow")


Bij een direct flow collector wordt gebruik gemaakt van een antivries die direct door de buizen heen wordt getransporteerd. De speciale coating van de buizen zorgt hierbij voor maximale warmte-opvang dat wordt doorgegeven aan een intern koperen buizen-stelsel. In onderstaande afbeelding wordt de werking van de direct flow collector gepresenteerd:

Zonne-collector op basis van U-bocht principe (Vacuum)

Door de vloeistof door de leidingen te transporteren middels een pomp wordt de warmte die is afgegeven aan de vloeistof buiten het paneel gebracht. Deze warmte kan dan bijvoorbeeld middels een warmtewisselaar of een spiraal worden afgegeven aan uw vijverwater. Onderstaande afbeeldingen zijn detail-opnames van het buizenwerk en de glazen buis:

Zonne-collector glazen buisZonne-collector leidingenwerk van U-bocht principe

De heatpipe buiscollector


Een tweede variant van de buiscollector is de de zogenaamde "heatpipe" buiscollector. Hoewel er zeker gelijkenis is met de direct flow collector (beiden werken immers met vacuüm buizen waarin een vloeistof zorgt voor transport van warmte) is de werking toch net iets anders. Heatpipes zijn ook vacuümbuis collectoren, alleen bevindt zich in de heatpipe een speciale vloeistof/damp mengsel in een gesloten koperen pijp. De warmte stijgt op (de collectoren moet dus altijd onder een minimale hoek van 20 graden geplaatst worden) en wordt aan de bovenkant van de pijp afgegeven aan de vloeistof (antivries) in de verzamelbuis zie zich aan de bovenkant van het paneel bevindt. Dit geschiedt door warmte-overdracht door het koper heen zodat beide vloeistoffen gescheiden blijven van elkaar.

De voordelen hiervan zijn dat er weinig vloeistof massa opgewarmd hoeft te worden en de collector reeds bij lage instraling (zoals bewolkte dagen) sneller warmte gaat afgeven dan bijvoorbeeld een direct flow vacuümbuis of een vlakkeplaat-collector. Een klein nadeel van dit type collectoren is het warmteverlies door de overdracht maar dit is marginaal. In onderstaande afbeelding staat de werking van de heatpipe afgebeeld:

Collector-buis op basis van een heatpipe

Een groot voordeel van de direct flow buiscollector is dat deze (als enige) horizontaal geplaatst mag en kan worden. Vanwege het mechanisme van een heatpipe, waarbij een vloeistof in gasvorming naar boven stijgt en de warmte transporteert, is de minimale hoek hier 20 centimeter. Met name voor situaties waar een zonne-collector het aangezicht sterk zou beïnvloeden zou dit een belangrijke overweging kunnen zijn. Aan de andere kant hangt heel Nederland zijn huis vol met design-radiatoren die het uiterlijk hebben van… een buiscollector. Esthetisch is het dus een persoonlijke overweging, belangrijk is om goed naar de ligging van uw vijver te kijken om het potentieel van de collector optimaal te kunnen benutten.

Koi-Ontwikkeling.info gebruikt cookies en scripts van Google om uw gebruik van onze websites geanonimiseerd te analyseren, zodat we functionaliteit en effectiviteit kunnen aanpassen en advertenties kunnen tonen. Ook worden cookies en scripts van Facebook, Twitter, en Google gebruikt om social media integratie op onze websites mogelijk te maken.

Indien u hiermee niet kan instemmen dient u uw browser direct af te sluiten en de website niet te gebruiken. Meer informatie kunt u lezen in de Cookie- en privacy-verklaring.