ادغام حرارتی خورشیدی: محافظت از شیرهای ترموستاتیک در برابر ذخیره‌سازی دمای بالا در سیستم‌های گرمایش آب با انرژی خورشیدی

کلکتورهای حرارتی خورشیدی به‌طور معمول دمای آبی تولید می‌کنند که برای یک شیر مسکونی معمولی مخرب خواهد بود. در روزهای آفتابی تابستانی، یک آرایه حرارتی خورشیدی به‌خوبی طراحی‌شده می‌تواند دمای مخزن ذخیره‌سازی را فراتر از ۸۵ درجه سانتی‌گراد ببرد — و در شرایط توقف جریان (استاگناسیون)، خود کلکتور می‌تواند به دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد برسد.
برای مهندسان MEP و نصابان، این بدان معناست که هر شیری که پس از مخزن ذخیره‌سازی خورشیدی قرار گرفته است، باید بر اساس دماها و ضربه‌های حرارتی مشخص‌شده باشد که اجزای لوله‌کشی معمولی هرگز برای تحمل آن‌ها طراحی نشده‌اند.

واقعیت دمایی سیستم‌های حرارتی خورشیدی

پیش از بحث درباره مشخصات شیرها، بیایید شرایط عملیاتی واقعی را تعیین کنیم:

خطرناک‌ترین سناریو برای شیرها: سیستم مدتی در تابستان در حالت توقف حرارتی در دمای ۹۵ درجه سانتی‌گراد قرار داشته و ناگهان آب سرد شهری هنگام باز شدن شیر وارد مدار می‌شود. این ضربه حرارتی — کاهش ۷۵ درجه سانتی‌گرادی دما در کمتر از یک ثانیه — می‌تواند دیسک‌های سرامیکی را ترک دهد، قطعات پلاستیکی داخلی را تاب دهد و واشرهای استاندارد EPDM را به‌طور دائمی تغییر شکل دهد.

شیرهای مدار حرارتی خورشیدی

سیستم گرم‌کننده آب خورشیدی نیازمند شیرها در سه مکان مجزا است که هر کدام بار حرارتی متفاوتی دارند:

۱. شیرهای حلقه جمع‌کننده

این شیرها بیشترین تنش حرارتی را در سیستم تحمل می‌کنند. حلقه جمع‌کننده، مایع انتقال حرارت (معمولاً مخلوط گلیکول و آب) را بین جمع‌کننده‌های نصب‌شده روی پشت‌بام و مبدل حرارتی مخزن ذخیره منتقل می‌کند. شیرهای موجود در این حلقه — شامل شیرهای جداسازی، شیرهای برگشتی و شیرهای تخلیه هوا — باید قادر به تحمل موارد زیر باشند:
• محدوده دما: ۳۰- درجه سانتی‌گراد تا ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد (برای مقاومت در برابر شرایط توقف جریان)
• مایع: مخلوط گلیکول پروپیلن و آب، که نسبت به آب از نظر تأثیر بر واشرها خورنده‌تر است
• فشار: فشار تخلیه پمپ به علاوه فشار استاتیک ناشی از ارتفاع جمع‌کننده
برای جداسازی حلقهٔ جمع‌آوری، شیرهای کروی تمام‌قطر با نشیمنگاه‌های پلی‌تترافلورواتیلن (PTFE) و بسته‌بندی ساقه از گرافیت را مشخص کنید. شیرهای کروی استاندارد برنجی با نشیمنگاه‌های PTFE تا دمای حدود ۱۸۰ درجهٔ سانتی‌گراد مقاومت دارند که برای عملیات عادی کافی است اما در شرایط توقف افراطی کافی نیست. برای نصب‌ها در مناطق با تابش خورشیدی بالا (خاورمیانه، جنوب اروپا، استرالیا)، از شیرهای فولاد ضدزنگ درجهٔ ۳۱۶ برای حلقهٔ جمع‌آوری استفاده کنید.

۲. شیرهای مخزن ذخیره‌سازی (شیر اطمینان دما)

هر مخزن ذخیره‌سازی خورشیدی نیازمند یک شیر اطمینان دما و فشار (T&P) است که برای حداکثر شرایط کاری مخزن رتبه‌بندی شده باشد. استاندارد EN 12897 الزامات زیر را دارد:
• نقطهٔ تنظیم اطمینان دما: ۹۵ تا ۹۹ درجهٔ سانتی‌گراد (زیر نقطهٔ جوش در فشار جو)
• ظرفیت تخلیه: متناسب با حداکثر ورودی انرژی از آرایهٔ خورشیدی
• لولهٔ تخلیه: فلزی، با شیب پیوسته به سمت نقطهٔ تخلیهٔ ایمن و قابل مشاهده
شیر اطمینان دما و فشاری که در دمای ۸۵ درجه سانتی‌گراد نشت می‌کند، به‌درستی مشخص‌نشده است. نقطه تخلیه باید بالاتر از بالاترین دمای عادی کارکرد (معمولاً ۸۵ درجه سانتی‌گراد در دوره‌ی توقف حرارتی تابستانی) و پایین‌تر از نقطه جوش باشد. تنظیم نقطه تخلیه روی ۹۵ درجه سانتی‌گراد با باند تحمل ±۳ درجه سانتی‌گراد، استاندارد رایج برای سیستم‌های حرارتی خورشیدی است.

۳. شیرهای مخلوط‌کننده دمایی در سمت توزیع

در اینجا طراحی مهندسی جالب می‌شود. شیر مخلوط‌کننده دمایی (TMV) در سمت توزیع آب گرم سیستم حرارتی خورشیدی دو وظیفه دارد:
۱. مخلوط کردن آب ذخیره‌شده با دمای بالا (۶۵ تا ۹۵ درجه سانتی‌گراد) تا دمای ایمن تحویل (۳۸ تا ۴۶ درجه سانتی‌گراد) حاصل شود
۲. محافظت از خود در برابر دماهای ورودی طولانی‌مدتی که می‌توانند کارتریج استاندارد TMV را تخریب کنند

مشخص‌کردن شیرهای TMV برای کاربردهای حرارتی خورشیدی

شیر استاندارد TMV2 برای دماهای ورودی آب گرم پیوسته تا ۸۵ درجه سانتی‌گراد آزمایش می‌شود. در مخزن ذخیره‌سازی شارژشده توسط انرژی خورشیدی، دمای ورودی شیر TMV در فصل تابستان ممکن است به‌مدت چند ساعت به ۹۰ تا ۹۵ درجه سانتی‌گراد برسد. انتخاب شیری که برای این شرایط رتبه‌بندی نشده باشد، منجر به موارد زیر می‌شود:
• خستگی عنصر حرارتی: کپسول ترموستاتیک پر از موم پس از قرار گرفتن طولانی‌مدت در دمایی بالاتر از حداکثر دمای طراحی‌شده، واکنش‌پذیری خود را از دست می‌دهد
• کاهش کیفیت آب‌بندی: حلقه‌های O شکل و دیافراگم‌های اِپدم سخت شده و ترک‌خورده می‌شوند
• آزاد شدن فنر: فنر بازگشتی که دریچهٔ گرم را می‌بندد، فشار خود را از دست می‌دهد و منجر به انحراف دما می‌شود
فهرست بررسی مشخصات TMV مخصوص کاربردهای خورشیدی:

شرکت شیندونگ شیرهای مخلوط‌کننده ترموستاتیکی مورد تأیید TMV2 و TMV3 را تولید می‌کند که کارتریج‌های آن برای کاربردهای حرارتی خورشیدی دارای رتبه‌بندی دمایی بالا هستند. تیم مهندسی ما منحنی‌های کاهش دما و گواهی‌های مواد مربوط به مشخصات کار در سیستم‌های انرژی خورشیدی را ارائه می‌دهد و به مشاوران MEP در تهیه بسته‌های فنی ارسالی برای پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر کمک می‌کند.

استراتژی پیش‌سردکردن

در سیستم‌هایی که دمای مخزن ذخیره به‌طور معمول از حد مجاز پیوسته شیر مخلوط‌کننده ترموستاتیکی فراتر می‌رود، مقاوم‌ترین راه‌حل، استفاده از یک مبدل حرارتی پیش‌سردکننده بین مخزن ذخیره و شیر مخلوط‌کننده ترموستاتیکی است. یک مبدل حرارتی صفحه‌ای کوچک روی خط تأمین آب سرد، آب گرم را پیش از ورود به ورودی شیر مخلوط‌کننده ترموستاتیکی سرد می‌کند:
• آب شهری سرد در دمای تقریبی ۱۵ درجه سانتی‌گراد از یک سوی مبدل صفحه‌ای عبور می‌کند
• آب گرم از مخزن خورشیدی در درجه حرارت 90 درجه سانتیگراد از طرف دیگر عبور می کند
• ورودی گرم TMV آب را در دمای پیش خنک شده ~ 70 °C دریافت می کند
• آب سرد که پیش خنک کننده بود اکنون به ~ 35 °C گرم می شود، که وظیفه مخلوط کردن TMV را کاهش می دهد
این ترتیب عمر سرویس TMV را به طور قابل توجهی افزایش می دهد، با محدود کردن محدوده مخلوط کردن که TMV باید انجام دهد، خطر ضد سوختگی را کاهش می دهد و گرما ضایعات را به منبع خنک یک جایزه انرژی کوچک بازیابی می کند.

راه اندازی یک سیستم گرما خورشیدی

راه اندازی یک سیستم حرارتی خورشیدی مستلزم همان روش آزمایش TMV به عنوان یک سیستم معمولی است (به مقاله همراه ما در مورد راه اندازی BS 7949 مراجعه کنید) با این افزونه ها:
1. آزمایش در دمای ذخیره سازی حداکثر: گرم کننده ی پشتیبان (اگر نصب شده باشد) را اجرا کنید تا مخزن را به حداکثر دمای طراحی خود برساند، سپس کل توالی راه اندازی TMV را انجام دهید. یک TMV که در 65 °C عبور می کند ممکن است در 85 °C خراب شود.
2. تایید تخفیف T&P: دستی اهرم آزمایش شیر T&P را بالا ببرید و تخلیهٔ آزاد آن را تأیید کنید. این کار را هنگامی انجام دهید که سیستم سرد است — هرگز سعی نکنید شیر T&P را روی مخزنی که داغ و تحت فشار است، بالا بیاورید.
3. شبیه‌سازی توقف جریان: در زمان راه‌اندازی تابستانی، پمپ حلقهٔ کلکتور را قطع کنید و دمای کلکتور و مخزن را به مدت ۳۰ دقیقه پایش کنید. اطمینان حاصل کنید که کنترل‌های محافظت در برابر دمای بیش از حد سیستم، پیش از اینکه هر شیری از دمای تعیین‌شدهٔ خود فراتر رود، فعال شوند.
4. ثبت مقادیر خاص خورشیدی: علاوه بر داده‌های استاندارد راه‌اندازی TMV، دمای توقف جریان کلکتور خورشیدی، حداکثر دمای مخزن ذخیره، غلظت گلیکول و رتبه‌بندی و نقطهٔ تنظیم شیر T&P را ثبت کنید.

ساختن برای بلندمدت

گرمای خورشیدی یک سرمایه‌گذاری بیست و پنج‌ساله است. صفحات جمع‌کننده روی پشت‌بام ممکن است با نگهداری حداقلی تا این مدت دوام بیاورند، اما شیرهای موجود در اتاق تأسیسات حداقل یک‌بار تعویض خواهند شد — مگر اینکه از روز اول به‌درستی انتخاب شده باشند. هزینه حاشیه‌ای ارتقای شیر مخلوط‌کننده ترموستاتیک استاندارد به شیر مخلوط‌کننده ترموستاتیک مقاوم در برابر دمای بالا برای کاربردهای خورشیدی، در مقایسه با هزینه تعویض کارتریج، هزینه بازدید تعمیرکار و اختلال در زندگی ساکنان در طول عمر سیستم، ناچیز است.

شرکت ژجیانگ شیندونگ وارِز سانیتری لتد از سال ۱۹۹۹ شیرها را برای segu صنعت لوله‌کشی جهانی تولید می‌کند. این شرکت دارای بیش از ۶۵ امتیاز اختراع، گواهی‌های WRAS/CE/ACS/NSF و ظرفیت تولید ماهانه‌ای بیش از ۲۰۰٬۰۰۰ ست است. ما شیرهای مخلوط‌کننده ترموستاتیک، شیرهای اطمینان دما و شیرهای جداسازی را عرضه می‌کنیم که برای تحمل بارهای حرارتی سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر طراحی شده‌اند. تیم فنی ما مشخصات‌دهندگان MEP را با ارائه گواهی‌های مواد، اسناد رده‌بندی دمایی و جداول شیرهای مخصوص پروژه پشتیبانی می‌کند.
ادغام انرژی حرارتی خورشیدی یک حوزهٔ تخصصی نیست — بلکه جهت حرکت لوله‌کشی تجاری است. انتخاب شیرهایی که از نظر حرارتی برای این کار مناسب باشند، تصمیم مهندسی بی‌صدا و مؤثری است که سیستم را برای دهه‌ها حفظ می‌کند.

برای مشخصات فنی شیرها و پشتیبانی از کاربردهای دمای بالا، با شیندونگ تماس بگیرید در [ www.cn-xindong.com ](https://www.cn-xindong.com).