Integrace solárního tepelného systému: Ochrana termostatických ventilů proti vysokoteplotnímu ukládání ve slunečních systémech pro ohřev vody

Solární tepelné kolektory pravidelně dosahují teplot vody, které by zničily běžný domácí ventil. V jasné letní den může dobře navržené solární tepelné pole zvýšit teplotu v akumulační nádrži nad 85 °C – a za podmínek stagnace může teplota samotného kolektoru dosáhnout až 200 °C.
Pro projektanta a montéra MEP znamená to, že každý ventil umístěný po směru toku za akumulační nádrží musí být vybrán tak, aby odolal teplotám a tepelným šokům, na které nebyly běžné potrubní součástky nikdy navrženy.

Skutečné teploty v solární tepelné technice

Než se budeme zabývat specifikacemi ventilů, podívejme se na skutečné provozní podmínky:

Nejnebezpečnější scénář pro ventily: systém po celé léto stál ve stagnaci při 95 °C a najedou studené vodovodní vody vstupují do obvodu v okamžiku otevření kohoutku. Tepelný šok – změna teploty o 75 °C za méně než jednu sekundu – může prasknout keramické kotouče, deformovat plastové vnitřní části a trvale poškodit standardní těsnění z EPDM.

Uzavírací klapky v obvodu sluneční tepelné energie

Sluneční systém pro ohřev vody vyžaduje uzavírací klapky ve třech různých místech, každé s jinými tepelnými požadavky:

1. Uzavírací klapky smyčky kolektorů

Jedná se o nejvíce tepelně zatížené uzavírací klapky v celém systému. Smyčka kolektorů přepravuje teplovodivou kapalinu (obvykle směs glykolu a vody) mezi kolektory umístěnými na střeše a výměníkem tepla v zásobníku. Uzavírací klapky v této smyčce – uzavírací klapky, zpětné klapky a ventily pro odvzdušnění – musí odolávat:
• Teplotní rozsah: –30 °C až 200 °C (pro přežití stagnace)
• Kapalina: Směs propylenglykolu a vody, která je pro těsnění agresivnější než čistá voda
• Tlak: Tlak výstupu čerpadla plus statický tlak z výškové polohy kolektorů
Pro izolaci sběratelského okruhu zadejte kuličkové uzavírací kohouty s plným průtokem, sedly z PTFE a těsněním hřídele z grafitu. Standardní kuličkové uzavírací kohouty z mosazi se sedly z PTFE jsou dimenzovány pro teploty až přibližně 180 °C, což stačí pro běžný provoz, ale ne pro extrémní stagnaci. Pro instalace v oblastech s vysokým slunečním zářením (Střední východ, jižní Evropa, Austrálie) zvažte použití kohoutů ze slitiny nerezové oceli 316 pro sběratelský okruh.

2. Uzavírací kohouty zásobníku tepla (ochrana proti přehřátí)

Každý solární zásobník tepla vyžaduje uzavírací kohout pro ochranu proti přetlaku a přehřátí (T&P), který je dimenzován pro maximální provozní podmínky zásobníku. Norma EN 12897 stanovuje:
• Nastavení teploty pro aktivaci ochrany proti přehřátí: 95–99 °C (pod bodem varu při atmosférickém tlaku)
• Výtokový výkon: Musí odpovídat maximálnímu vstupnímu výkonu ze solárního pole
• Výtoková trubka: Kovová, se stálým spádem do bezpečného viditelného výtokového místa
Tlakový a teplotní ventil (T&P), který kapá, již při 85 °C, je nesprávně specifikován. Bod uvolnění musí být nad nejvyšší běžnou provozní teplotou (obvykle 85 °C během letního stání) a zároveň pod bodem varu. Standardní nastavení je 95 °C s tolerančním pásmem ±3 °C pro solární tepelné systémy.

3. Termostatické směšovací ventily (TMV) na straně rozvodu

Zde se inženýrská část stává zajímavou. Termostatický směšovací ventil (TMV) na straně rozvodu teplé vody v solárním tepelném systému má dvě úlohy:
1. Smíchat vodu z akumulace vysoké teploty (65–95 °C) na bezpečnou dodávací teplotu (38–46 °C)
2. Chránit se proti trvalým vstupním teplotám, které by poškodily standardní TMV výměnný prvek

Specifikace TMV pro solární tepelné aplikace

Standardní TMV2 ventil je testován na nepřetržité vstupní teploty teplé vody až do 85 °C. V solárně nabíjené akumulační nádrži může vstupní teplota TMV dosahovat 90–95 °C po několik hodin v průběhu léta. Použití ventilu, který není pro tuto podmínku certifikován, vede k:
• Únavě tepelného prvku: Vosková termostatická kapsle ztrácí citlivost po dlouhodobém vystavení teplotám nad svůj konstrukční maximální limit
• Degradace těsnění: EPDM kroužky a membrány ztvrdnou a prasknou
• Uvolnění pružiny: Návratová pružina, která uzavírá horký přívod, ztrácí napětí, což způsobuje drift teploty
Kontrolní seznam specifikací pro TMV určený pro solární aplikace:

Společnost Xindong vyrábí termostatické směšovací kohoutky certifikované podle norem TMV2 a TMV3 s kazetami odolnými vysokým teplotám pro aplikace solárního tepelného systému. Naši inženýři mohou poskytnout křivky snížení povolené provozní teploty a osvědčení o materiálu pro specifikace solárního provozu a tak podporovat konzulty MEP technickými dokumenty pro projekty v oblasti obnovitelných zdrojů energie.

Strategie předchlazení

U systémů, jejichž teplota v zásobníku pravidelně překračuje trvalé provozní limity termostatického směšovacího kohoutku (TMV), je nejodolnějším řešením tepelný výměník pro předchlazení mezi zásobníkem a TMV. Malý deskový tepelný výměník na přívodu studené vody předchlazuje horkou vodu ještě před tím, než dosáhne vstupu do TMV:
• Studená voda z veřejné sítě (~15 °C) prochází jednou stranou deskového výměníku
• Horká voda z sluneční nádrže při teplotě 90 °C prochází druhou stranou
• Horký vstup TMV přijímá vodu předochlazenou na teplotu přibližně 70 °C
• Studená voda, která prováděla předochlazení, je nyní předehřátá na přibližně 35 °C, čímž se snižuje zátěž TMV při míchání
Toto uspořádání výrazně prodlužuje životnost TMV, snižuje riziko opaření zužením rozsahu teplot, který TMV musí míchat, a využívá odpadní teplo pro předehřev studené vody – malá energetická výhoda.

Uvedení slunečního tepelného systému do provozu

Uvedení slunečního tepelného systému do provozu vyžaduje stejný postup testování TMV jako u konvenčního systému (viz naše doprovodné články o uvádění do provozu podle normy BS 7949), s těmito dodatky:
1. Test při maximální teplotě ukládání: Zapněte záložní ohřívač (pokud je nainstalován), aby se nádrž na ukládání ohřála na svou maximální návrhovou teplotu, a poté proveďte celý postup uvedení TMV do provozu. TMV, který projde testem při 65 °C, může selhat při 85 °C.
2. Ověřte vypouštění teploty a tlaku: Ručně zvedněte testovací páku ventilu T&P a ověřte volný výtok. Proveďte to, když je systém studený – nikdy nepokoušejte zvednout ventil T&P na horké, tlakové nádrži.
3. Simulace stagnace: Během letního uvedení do provozu izolujte čerpadlo smyčky kolektorů a po dobu 30 minut sledujte teploty kolektorů a nádrže. Ověřte, že ochranné prvky systému proti přehřátí se aktivují dříve, než jakýkoli ventil překročí svou jmenovitou teplotu.
4. Zaznamenejte údaje specifické pro solární systémy: Kromě standardních údajů pro uvedení do provozu smíšených tepelných ventilů (TMV) zaznamenejte teplotu stagnace solárních kolektorů, maximální teplotu zásobní nádrže, koncentraci glykolu a jmenovitý tlak a nastavení ventilu T&P.

Stavba na dlouhou dobu

Solární tepelné systémy jsou investicí na 25 let. Kolektory na střeše mohou vydržet takovou dobu za minimální údržby, ale ventily v technické místnosti budou nutné alespoň jednou vyměnit – pokud nejsou od samotného začátku správně specifikovány. Okrajové náklady na výměnu standardního termostatického směšovacího ventilu (TMV) za TMV s certifikací pro vysoké teploty používaný ve slunečních systémech jsou zanedbatelné ve srovnání s náklady na výměnu výměnných vložek, výjezd technika a nepohodlí nájemců během celé životnosti systému.

Zhejiang Xindong Sanitary Ware Co., Ltd. vyrábí ventily pro světový instalatérský průmysl od roku 1999. S více než 65 patenty, certifikacemi WRAS/CE/ACS/NSF a měsíční výrobní kapacitou přesahující 200 000 kusů dodáváme termostatické směšovací ventily, ventily pro uvolnění teploty a uzavírací ventily navržené pro tepelné požadavky systémů obnovitelných zdrojů energie. Náš technický tým podporuje MEP projektanty certifikáty materiálů, dokumentací teplotních tříd a seznamy ventilů specifických pro daný projekt.
Integrace sluneční tepelné energie není žádná níšová záležitost – je to směr, kterým se komerční instalatérství ubírá. Výběr ventilů, které jsou tepelně zcela vhodné pro daný účel, je tiché inženýrské rozhodnutí, které systém chrání po desetiletí.

Pro technické údaje ventilů a podporu při aplikacích za vysokých teplot se obraťte na Xindonga na [ www.cn-xindong.com ](https://www.cn-xindong.com).