respektive 24 W motoreffekt erfordras. De pumpar som finns i marknaden har motorer från ca 20 W motor

effekt och uppåt. Somliga är utrustade med tyristorer så att ändring av flöde och tryck lätt kan ske. Det

par med tillräcklig effekt; mestadels är effekten för stor varför strypningar i form av reglerventiler måste

insättas i ledningarna eller genom att använda klena

rördimensioner.

3.9.1 Energi från -pumpen

Den elenergi som tillförs elmotorn hos en pump kommer

till stor del att överföras till vattnet eller vätskan

som pumpen cirkulerar med en temperaturökning hos*vatt- net som följd. Uppskattningsvis har en pump i den stor-

leksklass det här är fråga om en motoreffekt av ca 90 W.

Om hela denna effekt tillfördes vattnet skulle tempera­

turökningen vid en vattenmängd på 0,004 kg/s bli

A0 90

4200 • 0,004 5,4 K

Genom att en viss del av effekten avges som värme till

omgivande luft och en del erfordras för cirkulation av vätskan så blir temperaturökningen mindre än den ovan

angivna. Värmeavgivningen från en pumps mantelyta kan

uppskattas till ca 20-30% av den tillförda effekten och i ett sådant fall skulle temperaturökningen bli ca

5 K.

Ovan beräknade temperaturökningar hos vattnet gäller för en solfångarinstallation med 1 m yta. Vid större flöde,

2

dvs större solfångaryta, blir temperaturökningen mind­

re eftersom flödet genom pumpen är större, men energi­

mängden som tillförs vattnet blir densamma. Vid pump­

cirkulation uppkommer således en förlust i form av den

värme som avges från pumpmotorns mantelyta. Det är där­

för sannolikt att en solfångarinstallation med pumpcir­

kulation av vatten får en verkningsgrad som är lägre än

motsvarande installation med självcirkulation. Uppskatt-ningsvis blir ökningen i tillförd effekt per m ca 5%

2

vilket då utgör medelvärdet för en dag. Instrålad effekt har därvid satts till 500 W/m , vilket är ett medelvärde

2

för en solig dag och 10 timmars infallande direktstrål­

ning (07.00 - 17.00 för en plan solfångare riktad mot

söder). Detta ger en ändring i verkningsgraden om denna för ett självcirkulationssystem sätts till 0,5 av 3%.

3:14

3.9.2 Självcirkulationskraf ter i sol fångarinstallation med pump

I den tidigare beräkningen av erforderlig pumpeffekt för

en installation där summan av tryckförlusterna ansetts

vara lika med 100 m rör inkluderades även inverkan av självcirkulation. Pump installeras ju på grund av att

självcirkulation ej av en eller annan orsak kan ske.

Som tidigare framhållits är då solfångaren placerad hög­

re än vattenmagasinet och varmare vatten transporteras från en högre nivå till en lägre. I ett sådant fall måste även självcirkulationskrafterna som uppstår på

grund av den temperaturdifferens som råder mellan sol-

fångare och cistern övervinnas. Ett extremvärde för dessa erhålls om vattenmagasinet antas urladdat på vär­

me och har en medeltemperatur av 10°C samt att medeltem­

peraturen hos vattnet från solfångaren är 50°C.

Självcirkulationskrafter som då skall övervinnas blir,

om höjdskillnaden sätts till 3 m, ca:

AP

- 9,81 • 3 (999,70 - 988,14) = 340 N/m2

I bild(3/21) visas självcirkulationskrafterna som funktion

av temperaturdifferensen och med höjden som parameter.

Dessa självcirkulationskrafter skall jämföras med tryck­

fallet per m rör. I bild(3/22) återges grafiskt tryckfallet för några aktuella diameterar då det gäller solfångar-

installationer som funktion av flödet. Det framgår av

en jämförelse mellan bilderna att självcirkulationskraf- terna vid en höjdskillnad av 3 m och A0 = 20, vilket

kan anses vara realistiska värden gällande en solfångar-

installation för varmvattenberedning är ungefär lika stora som tryckfallet per m vid en inre diameter av

10 mm och vid flödet 0,015 l/s.

Det torde ej vara någon svårighet att bemästra den öka­

de effekt som pumpen måste ha på grund av de i systemet

uppträdande självcirkulationskrafterna, eftersom denna för det mesta har för stor effekt. Oftast måste strypningar

insättas trots att klena rör använts vid systemets ut­

formning.

Ap Nm/m3

Ah 6 m

Bild 3/21 Drivtryck som funktion av temperaturdifferen­

sen och med höjdskillnaden som parameter.

N/m2/m

0,015 0,020 0,025 0,030 flöde l/s 0,010

Bild 3/22

Risken för erosionskorrosion måste även beaktas vid

dimensioneringen av ett solfångarsystem. Detta medför att hastigheten i rörledningarna ej får vara för stor.

I VA-byggnormen (1970) anges 0,3 - 0,8 m/s som lämplig

hastighet i en ledning med kontinuerlig strömning.

E Mattsson et al (1971) anger att vattnets ph-värde har betydelse för uppkomsten av erosionskorrosion. Resulta­

ten visar, att om vattnets ph-värde minskades från 8 till 6,5 vid kontinuerlig strömning av 65° vatten i

6/4 mm rör så uppstod dels mer omfattande erosionskor­

rosion och dels skedde denna vid lägre hastigheter.

Vid ph 8 kunde hos luftmättat vatten ej några korro-

sionsangrepp konstateras vid 3 m/s medan vid ph 6,5

motsvarande gränshastighet var 1,0 m/s.

Mattsson (1971) anger även att risken för erosionskor­

rosion ökar med ökande temperatur. Ledningar med syre-

haltigt vatten av lägre temperatur utsätts för mindre angrepp än ledningar med högre vattentemperaturer och

följaktligen kan vid lägre temperaturer och i övrigt likartade förhållanden högre strömningshastighet hållas

i rören.

Vattnets syrehalt har stor betydelse för bildandet av korrosion. Således konstaterades att kopparrör;

i kontakt med luftmättat vatten utsattes för korrosions-

angrepp om vattenhastigheten var för stor medan avluftat vatten ej orsakar någon erosionskorrosion ens vid

stor vattenhastighet (12 m/s) och relativt hög vatten­

temperatur (65°C). Detta medför att man i solfångarin-

stallationer med slutet system, dvs där tappvattnet

ej passerar genom solfångaren utan värmeväxling sker i vattencisternen kan hålla högre hastighet på vattnet och därmed få klenare rördimensioner och lägre investe­

ringskostnader.

Strömningens varaktighet har en inverkan på erosionens förlopp såtillvida att i rör med kontinuerligt strömman­

de vätska angrepp uppstår på kortare tid än i rör där strömningen ej upprätthålles dygnet om t ex

solfångar-installationer.

3:16

Ovannämnda undersökning tyder även på, att erosions- ikorrosionen är dimensionsberoende. Man erhåller för vatten med 65°C temperatur och mättat med luft erosions-

korrosionsangrepp vid strömningshastigheter av ca 3 m/s

i kopparrör vid rördimension 16/14 och 28/25 mm medan sådana ej uppstår i rör med dimensionen 6/4 mm.

Glödgade eller oglödgade kopparrör synes i stort ge

samma förlopp vad gäller korrosionen; däremot är glöd­

gade kopparrör känsligare för stötar och slag, vilka

kan ge upphov till förträngningar med högre strömnings- hastighet än normalt. Erosionskorrosionen är särskilt

vanlig i installationer där sammanfogningen av

rör och utformningen av avgreningar och böj ar har skett

på ett slarvigt sätt.

3.11 Lämpliga hastigheter i vattenledningar med hänsyn till utfälld luft

Tappvattnet som värms i en solfångare innehåller en viss

mängd luft. En viss del av denna luft utfälls då vatt­

net värms t ex i en solfångare.

Lufts löslighet i vatten som funktion av temperaturen

vid olika tryck framgår av bild (2/23). I indirekta.system med vatten är det även av intresse för bedömning av kor- rosionsangreppstalet att veta hur mycket syre som utfälls i rörsystemet. Syrelöslighet i vatten och dess variation

med temperaturen vid olika tryck framgår av bild(3/24).

Kväves löslighet i vatten återges grafiskt i bild(3/25).

Vattenhastigheten i rörledningar är som framgår av före­

gående begränsad med hänsyn till risken för erosions- korrosion. Emellertid får hastigheten ej heller vara

för låg - då uppstår risk för luftansamlingar i rörled­

ningarna. Vid en självcirkulationsanläggning undviks

detta genom att ledningar och solfångare ges en lämplig

lutning, så att utfälld luft och i vattnet förekommande luftblåsor genom egen stigkraft kan stiga upp till vat­

tenmagasinet eller särskilt anordnad luftningsanordning

och därifrån avlägsnas ur systemet. I ett system med pumpcirkulation ärtsom förut nämnts, solfångaren oftast

placerad högre än vattencisternen, varför luft lätt kan

cm3 luft /dm3 H20

Temperatur °C

Bild 3/23 Lufts löslighet i vatten som funktion av vat­

tentemperaturen och med lufttrycket som para­

meter.

cm3 O 2/(dm3H20)

Temperatur °C

Bild 3/24 Syres löslighet i vatten som funktion av vat­

tentemperaturen och med lufttrycket som para­

meter.

ansamlas.

Förutom risken för korrosion,som uppstår i och med att

en luftansamling bildas, ökar också tryckfallet i sys­

temet. Tryckförlusten ( i Pa ) över en luftblåsa som nästan helt fyller ut rörarean anges av Rydberg (1951)

i vertikalt rör till approximativt lika med

Ap = h • p • g (3:1)

där

h

är blåsans längd och p vattnets densitet.

I bild(3/26) visas grafiskt tryckfallet (i vatten) som

funktion av luftblåsans höjd (då dennas diameter är unge­

fär lika med rördiametern). Luftblåsor ansamlas före­

trädesvis i vertikala eller i lutande ledningar efter böjar, om vattenhastigheten är för låg. Om vattenhastig­

heten överstiger en

jämviktshastighet

, dvs den has­

tighet då en luftblåsa är stillastående vid vertikalt nedåtriktad vätskeströmning, så transporteras blåsan

med vattnet. Jämviktshastigheten i ett vertikalt rör med 21 mm innerdiameter för luftblåsor av olika längd

(30-240

mm) som funktion av temperaturen hos vattnet framgår av bild(3/27).

Området inom vilken jämviktshastigheten erhållits (mind­

re än 0,02 m/s) tyder på, att temperaturinflytandet på

jämviktshastigheten är litet. Som synes, se bild(3/28), är jämviktshastigheten oberoende av längden hos blåsan.

Bild (3/29) visar densamma som funktion av rördiametern då

luftblasan uppfyller rörets tvärsnittsarea bortsett från en tunn vätskefilm invid rörets mantelyta.

Jämviktshastigheten i vatten för vertikala rör är en

funktion av rördiametern. För rörböjar är den även be­

roende av hur böjen utformats. Förhållandet mellan rör­

diameter och böjens krökningsradie, inverkar och olika

^ ger olika jämviktshastigheter för samma rördiameter.

Då

v

går mot oändligheten, dvs man har ett rakt rör, fås värden på jämviktshastigheten som för rakt vertikalt

rör.

Vätskeströmningen genom böjen är horisontell före och ändras till vertikalt nedåtriktad efter böjen. I bild(3/30) återges grafiskt jämviktshastigheten för luftblåsor i

rörkrökar som funktion av Jämviktshastigheten för rör­

böjar definieras som den vattenhastighet som erfordras

för att en luftblåsa nätt och jämt skall följa med vat­

tenströmmen genom böjen.

cm3 N2/(dm3 H02 ) 100

t

--- --- --- ---r

80

Temperatur °C Bild 3/2S Kväves löslighet i vatten som funktion av vat­

tentemperaturen och med lufttrycket som para­

meter.

In document ning med hj älp av solenergi (Page 102-107)