태양열 열 통합: 태양열 온수 공급 시스템에서 고온 저장 조건에 대한 온도 조절 밸브 보호

태양열 집열기는 일반적으로 가정용 표준 밸브를 파손시킬 수 있는 수온을 정기적으로 생성한다. 맑은 여름 날에는 잘 설계된 태양열 집열 시스템이 저장 탱크의 온도를 85°C 이상으로 끌어올릴 수 있으며, 정체 조건에서는 집열기 자체가 200°C에 달할 수도 있다.
MEP 엔지니어 및 설치자에게는 이는 태양열 저장 탱크 하류에 위치한 모든 밸브가 일반 배관 부품이 설계되지 않은 온도와 열 충격 조건을 견딜 수 있도록 명세되어야 함을 의미한다.

태양열 열의 실제 온도

밸브 사양 논의에 앞서 실제 운전 조건을 먼저 확인해 보자:

밸브에 가장 위험한 상황: 여름 정체 상태에서 시스템이 95 °C로 오랫동안 머물러 있었고, 어느 순간 수도꼭지를 열자 차가운 상수도 물이 회로로 급격히 유입됨. 이 열 충격은 1초 이내에 75 °C의 온도 변화를 초래하며, 세라믹 디스크는 균열이 생기고, 플라스틱 내부 부품은 변형되며, 표준 EPDM 실링재는 영구적으로 변형될 수 있음.

태양열 회로의 밸브

태양열 온수 시스템은 세 곳의 서로 다른 위치에 밸브를 필요로 하며, 각 위치는 서로 다른 열 요구 조건을 가진다.

1. 집열기 루프 밸브

이들은 시스템 내에서 가장 높은 열 응력을 받는 밸브이다. 집열기 루프는 지붕에 설치된 집열기와 저장 탱크 열교환기 사이에서 열전달 유체(일반적으로 프로필렌글리콜-물 혼합액)를 이동시킨다. 이 루프 내 밸브 — 차단 밸브, 체크 밸브, 공기 배출 밸브 — 는 다음 조건을 견뎌야 한다.
• 온도 범위: –30 °C ~ 200 °C (정체 상태 생존용)
• 유체: 프로필렌글리콜/물 혼합액으로, 실링재에 대한 공격성이 물보다 크다.
• 압력: 펌프 배출 압력과 집열기 고도에서 발생하는 정압 헤드
콜렉터 루프의 격리용으로, PTFE 시트와 그래파이트 스템 패킹을 갖춘 풀보어 볼 밸브를 지정하십시오. 표준 황동 볼 밸브는 PTFE 시트를 사용하며 약 180°C까지 내열성이 있으므로 정상 작동 조건은 충족하지만 극단적인 정체 상황은 고려하지 못합니다. 고일사량 기후 지역(중동, 남유럽, 호주)에 설치할 경우 콜렉터 루프용으로 스테인리스강 316 밸브를 고려하십시오.

2. 저장 탱크 밸브(온도 방출용)

모든 태양열 저장 탱크는 탱크의 최대 작동 조건에 맞춰 인증된 온도 및 압력 방출(T&P) 밸브를 반드시 장착해야 합니다. EN 12897에서는 다음을 요구합니다.
• 온도 방출 설정점: 95–99°C(대기압에서의 끓는점 이하)
• 방출 용량: 태양광 어레이에서 공급되는 최대 에너지 입력량과 일치해야 함
• 방출 파이프: 금속재질로 제작하고, 안전하고 가시적인 방출 위치까지 연속적으로 하향 경사를 유지해야 함
85도 섭씨에서 약간 누수하는 T&P 밸브는 잘못된 사양이다. 배출 지점은 최고 정상 작동 온도(보통 여름 정체 시 85도 섭씨)보다 높아야 하며, 동시에 끓는점보다 낮아야 한다. 태양열 열 시스템에서는 일반적으로 ±3도 섭씨 허용 오차 범위를 갖는 95도 섭씨 설정점이 표준이다.

3. 공급 측 온도 조절 혼합 밸브(TMV)

여기서 공학적 설계가 흥미로워진다. 태양열 열 시스템의 온수 공급 측에 설치되는 TMV는 두 가지 임무를 수행한다.
1. 고온 저장수(65–95도 섭씨)를 안전한 공급 온도(38–46도 섭씨)까지 혼합하여 낮춘다.
2. 일반 TMV 카트리지의 성능 저하를 유발할 수 있는 지속적인 고입구 온도로부터 스스로를 보호한다.

태양열 전용 TMV 사양 선정

일반 TMV2 밸브는 최대 85도 섭씨의 온수 입구 온도에서 지속 작동을 위해 시험된다. 태양열로 충전된 저장 탱크에서는 여름철 몇 시간 동안 TMV의 고온 입구에 90–95도 섭씨의 온도가 지속적으로 가해질 수 있다. 이 조건에 대응하지 못하도록 설계된 밸브를 선정하면 다음 문제가 발생한다.
• 열소자 피로: 왁스가 채워진 온도 조절 캡슐은 설계 최대 온도를 초과한 상태로 장기간 노출된 후 반응성이 저하된다
• 밀봉재 열화: EPDM 오링 및 다이어프램이 경화되어 균열이 발생한다
• 스프링 이완: 뜨거운 유입구를 닫는 복귀 스프링의 장력이 감소하여 온도 편차가 발생한다
태양열 전용 온도 조절 밸브(TMV) 사양 점검 목록:

신동은 태양열 열응용 분야를 위해 고온 등급 카트리지를 갖춘 TMV2 및 TMV3 인증 서모스타틱 믹싱 밸브를 제조합니다. 당사 엔지니어링 팀은 태양열 용도 사양에 맞춘 온도 강하 곡선과 재료 인증서를 제공하며, 재생 에너지 프로젝트를 위한 기술 제출 패키지 지원을 위해 MEP 컨설턴트를 돕습니다.

사전 냉각 전략

저장 탱크 온도가 TMV의 연속 사용 한계를 정기적으로 초과하는 시스템의 경우, 저장 탱크와 TMV 사이에 사전 냉각 열교환기를 설치하는 것이 가장 견고한 해결책입니다. 냉수 공급측에 설치된 소형 플레이트 열교환기가 TMV 입구에 도달하기 전에 온수를 사전 냉각시킵니다.
• 약 15 °C의 냉수 정수관 물이 플레이트 열교환기 한쪽을 통과합니다.
• 태양열 탱크에서 나온 90°C의 온수는 다른 쪽을 통과함
• TMV의 뜨거운 입구는 약 70°C의 사전 냉각된 온도로 물을 공급받음
• 사전 냉각에 사용된 냉수는 이제 약 35°C로 사전 가열되어 TMV의 혼합 부하를 줄임
이 배치는 TMV의 수명을 크게 연장시키고, TMV가 처리해야 하는 혼합 범위를 좁혀 안티스콜드 위험을 낮추며, 폐열을 냉수 공급에 회수함으로써 소규모 에너지 보너스를 제공함

태양열 열 시스템 시운전

태양열 열 시스템의 시운전은 기존 시스템과 동일한 TMV 테스트 절차(당사의 BS 7949 시운전 관련 동반 기사 참조)를 따르되, 다음 추가 항목을 적용함
1. 최대 저장 온도에서 테스트: 보조 히터(설치된 경우)를 작동시켜 저장 탱크를 최대 설계 온도까지 상승시킨 후, 전체 TMV 시운전 절차를 수행함. 65°C에서 합격한 TMV라도 85°C에서는 실패할 수 있음
2. T&P 방출 확인: 수동으로 T&P 밸브 테스트 레버를 들어 올리고 자유롭게 배출되는지 확인하세요. 이 작업은 시스템이 차가운 상태일 때만 수행해야 하며, 뜨겁고 압력이 가해진 탱크에서는 절대 T&P 밸브 레버를 들어 올리지 마세요.
3. 정체 시뮬레이션: 여름 시즌 시운전 중 집열기 루프 펌프를 차단하고, 집열기 및 탱크 온도를 30분간 모니터링하세요. 어떤 밸브도 정격 온도를 초과하기 전에 시스템의 과온도 보호 제어 장치가 작동함을 확인하세요.
4. 태양광 전용 측정값 기록: 표준 TMV 시운전 데이터 외에도, 태양광 집열기 정체 온도, 저장 탱크 최대 온도, 글리콜 농도, 그리고 T&P 밸브의 정격치 및 설정값을 기록하세요.

장기적으로 설계된 건물

태양열 시스템은 25년간의 투자다. 지붕에 설치된 집열기는 최소한의 정비만으로도 그 기간 동안 사용할 수 있지만, 기계실 내 밸브는 적어도 한 차례 이상 교체되어야 한다—단, 처음부터 올바르게 사양을 정했을 경우는 예외다. 일반적인 온도조절혼합밸브(TMV)에서 고온 태양열 전용 TMV로 업그레이드하는 추가 비용은 카트리지 교체 비용, 출동 인건비, 그리고 시스템 수명 기간 동안 거주자에게 발생할 수 있는 불편함에 비하면 무시할 만하다.

저장성동 위생설비 유한공사(Zhejiang Xindong Sanitary Ware Co., Ltd.)는 1999년 이래 전 세계 배관 산업을 위한 밸브를 제조해 왔다. 65개 이상의 특허, WRAS/CE/ACS/NSF 인증, 월 생산 능력 20만 세트를 넘어서는 규모를 갖춘 당사는 재생에너지 시스템의 열적 요구 조건에 맞춰 설계된 온도조절혼합밸브, 온도방출밸브, 차단밸브를 공급한다. 당사의 기술팀은 MEP 설계자를 대상으로 자재 인증서, 온도 등급 문서, 프로젝트별 밸브 일정표 등을 지원한다.
태양열 통합은 틈새 시장이 아니다 — 상업용 배관 분야의 진화 방향이다. 고온 조건에서도 성능을 발휘하는 밸브를 지정하는 것은 수십 년간 시스템을 보호하는 조용하지만 중요한 엔지니어링 결정이다.

밸브 사양 및 고온 응용 기술 지원 문의는 신동 씨에게 해 주십시오. [ www.cn-xindong.com ](https://www.cn-xindong.com).