Vgrajenost sončne toplotne energije: zaščita termostatskih ventilov pred shranjevanjem pri visokih temperaturah v sistemih sončnega ogrevanja vode

Sončni toplotni zbiralniki redno proizvajajo vodne temperature, ki bi uničile standardni domači ventil. Na jasnem poletnem dnevu dobro zasnovan sončni toplotni sistem lahko poganja temperature v shranjevalnem rezervoarju čez 85 °C – in pri stanju stagnacije lahko sam zbiralnik doseže temperaturo do 200 °C.
Za inženirja MEP in namestitvenega strokovnjaka to pomeni, da mora biti vsak ventil, nameščen nizvodno od sončnega shranjevalnega rezervoarja, izbran za temperature in toplotne udare, za katere so konvencionalni instalacijski elementi nikoli bili zasnovani.

Toplotna resničnost sončne toplotne energije

Najprej določimo dejanske obratovalne pogoje, preden obravnavamo specifikacije ventilov:

Najnevarnejši scenarij za ventile: sistem je bil v poletni stagnaciji pri 95 °C in nenadoma vstopi hladna voda iz omrežja, ko se odpre pipa. Toplotni udar – sprememba temperature za 75 °C v manj kot eni sekundi – lahko povzroči razpoke keramičnih plošč, upogibanje plastičnih notranjih delov in trajno deformacijo standardnih EPDM tesnil.

Ventili v sončni toplotni zanki

Sistem za ogrevanje vode s sončno energijo zahteva ventile na treh ločenih mestih, vsak z drugačnimi toplotnimi zahtevami:

1. Ventili v zbirni zanki

To so najbolj termično obremenjeni ventili v sistemu. Zbirna zanka prenaša toplotni medij (običajno mešanico glikola in vode) med zbiralniki na strehi in izmenjevalnikom toplote v shranjevalnem rezervoarju. Ventili v tej zanki – ločilni ventili, nepovratni ventili in zračni ventili – morajo vzdržati:
• Temperaturni razpon: –30 °C do 200 °C (za preživljanje v stanju zastojnosti)
• Tekočina: Mešanica propilenglikola in vode, ki je za tesnila bolj agresivna kot voda
• Tlak: Pritisk na izhodu črpalke plus statični tlak zaradi višine zbiralnikov
Za ločitev zbirne zanke določite krogelne ventile s polnim presekom in sedeži iz PTFE ter napolnitvijo iz grafita za vreteno. Standardni krogelni ventili iz mesinga s sedeži iz PTFE so ustreznih za temperaturo do približno 180 °C, kar pokriva običajno obratovanje, ne pa tudi ekstremnih razmer zastojnosti. Za namestitve v področjih z visoko sončno obsevanostjo (Srednji vzhod, južna Evropa, Avstralija) upoštevajte krogelne ventile iz nerjavnega jekla 316 za zbirno zanko.

2. Ventili shranjevalnega rezervoarja (za odvajanje prekomernega tlaka zaradi temperature)

Vsak sončni shrambni rezervoar zahteva ventil za nadzor temperature in tlaka (T&P), ki je ustrezen najvišjim obratovalnim pogojev rezervoarja. Standard EN 12897 določa:
• Nastavljena temperatura sproščanja: 95–99 °C (pod vreliščno temperaturo pri atmosferskem tlaku)
• Iztočna zmogljivost: Prilagojena najvišji energijski vhodni moči sončne naprave
• Iztočna cev: Kovinska, z nenehnim padcem do varnega in vidnega iztočnega mesta
Ventil T&P, ki kaplja že pri 85 °C, je napačno izbran. Temperatura sproščanja mora biti višja od najvišje običajne obratovalne temperature (običajno 85 °C med poletno stagnacijo), a nižja od vrelišča. Standardna nastavitev za sončne toplotne sisteme je 95 °C z dopustnim odstopanjem ±3 °C.

3. Termostatski mešalni ventili (TMV) na strani razdelitve

Tu se inženirstvo postane zanimivo. TMV na strani razdelitve tople vode v sončnem toplotnem sistemu opravlja dve nalogi:
1. Zmešajte vročo shranjeno vodo (65–95 °C) do varne temperature za izdajo (38–46 °C)
2. Zaščitite se pred dolgotrajnimi vhodnimi temperaturami, ki bi poškodovali standardni TMV-kartušo

Določanje TMV-jev za sončno toplotno uporabo

Standardni TMV2 ventil je preskušan za neprekinjene vhodne temperature vroče vode do 85 °C. V sončno polnjenem zbirnem rezervoarju lahko TMV-jev vhod za vročo vodo doseže 90–95 °C več ur zaporedoma poleti. Določitev ventila, ki ni ustrezen za to razmerje, povzroči:
• Utrujenost toplotnega elementa: Voskast termostatski kapsul izgubi odzivnost po daljšem izpostavljanju temperaturam nad njegovo načrtovano najvišjo vrednost
• Razgradnja tesnil: EPDM-O-obročki in membranske ploščice postanejo trde in se razpokajo
• Oslabitev vzmeti: Vračalna vzmet, ki zapira vhod za vročo vodo, izgubi napetost, kar povzroča odmik temperature
Kontrolni seznam specifikacij za TMV, primernega za sončno energijo:

Xindong proizvaja termostatske mešalne ventile, certificirane po standardih TMV2 in TMV3, z patroni za visoke temperature za sončne toplotne aplikacije. Naš inženirski tim lahko zagotovi krivulje znižanja temperature in potrdila o materialih za specifikacije sončne uporabe ter podpira MEP svetovalce s tehničnimi predložitvenimi paketi za projekte obnovljive energije.

Strategija predhlajanja

Za sisteme, kjer temperature v shranjevalnih rezervoarjih redno presegajo stalno dovoljeno temperaturo TMV-ja, je najbolj robustna rešitev toplotni izmenjevalnik za predhlajanje med shranjevalnim rezervoarjem in TMV-jem. Majhen ploščati toplotni izmenjevalnik na dovodu hladne vode predhladi vročo vodo, preden doseže vhod TMV-ja:
• Hladna voda iz javne vodovodne omrežja (~15 °C) teče skozi eno stran ploščatega izmenjevalnika
• Vroča voda iz sončnega rezervoarja (90 °C) teče skozi drugo stran
• Toplotna mešalna ventil (TMV) za vroči vhod prejme vodo pri predhlajeni temperaturi približno 70 °C
• Hladna voda, ki je opravila predhlajevanje, je sedaj predogreta na približno 35 °C, kar zmanjša obremenitev mešanja za TMV
Ta razporeditev bistveno podaljša življenjsko dobo TMV, zmanjša tveganje opekljin z zožitvijo obsega mešanja, ki ga mora TMV obravnavati, ter izkorišča odpadno toploto v hladni oskrbi – majhen energijski bonus.

Zagon sončnega toplotnega sistema

Zagon sončnega toplotnega sistema zahteva isto preskusno metodo za TMV kot konvencionalni sistem (glejte naš sprememben članek o zagonu po standardu BS 7949), z naslednjimi dodatki:
1. Preskus pri najvišji temperaturi shranjevanja: Zaženite rezervni grelec (če je nameščen), da dosežete najvišjo projektirano temperaturo v rezervoarju za shranjevanje, nato izvedete celoten zaporedje za zagon TMV. TMV, ki uspešno prestane preskus pri 65 °C, lahko pri 85 °C spodleti.
2. Preverite izpust varnostnega temperaturnega in tlakovnega ventila (T&P): Ročno dvignite testni ročaj varnostnega tlaka in temperature (T&P) ter preverite prosto izpuščanje. To storite, ko je sistem hladen – nikoli ne poskušajte dvigniti T&P ventila na vročem, pod tlakom delujočem rezervoarju.
3. Simulacija zastajanja: Med poletno vzpostavitvijo izklopite črpalko zbiralnega kroga in 30 minut spremljajte temperaturo zbiralnika in rezervoarja. Preverite, ali se nadzorni sistemi za zaščito pred prekomerno temperaturo aktivirajo, preden katera koli ventil preseže njegovo nazivno temperaturo.
4. Zapišite meritve, specifične za sončno energijo: Poleg standardnih podatkov za vzpostavitev mešalnih ventilov (TMV) zapišite temperaturo zastajanja sončnega zbiralnika, najvišjo temperaturo shranjevalnega rezervoarja, koncentracijo glikola ter nazivni tlak in nastavljeno vrednost T&P ventila.

Gradnja za dolgoročno uporabo

Sončna toplotna energija je naložba za 25 let. Zbirniki na strehi lahko trajajo toliko časa z minimalnim vzdrževanjem, vendar bodo ventili v strojarni zamenjani vsaj enkrat – razen če so že od prvega dne pravilno izbrani. Robni strošek nadgradnje od standardnega termostatskega mešalnega ventila (TMV) na TMV, ki je primeren za visoke temperature sončne energije, je zanemarljiv v primerjavi s stroški zamenjave kartuš, stroški izvajanja popravil na klic in motnji za najemnike v obdobju življenjske dobe sistema.

Zhejiang Xindong Sanitary Ware Co., Ltd. proizvaja ventile za svetovno industrijo vodovodnih in kanalizacijskih instalacij že od leta 1999. S preko 65 patenti, certifikati WRAS/CE/ACS/NSF ter mesečno proizvodno zmogljivostjo več kot 200.000 kompletov dobavljamo termostatske mešalne ventile, ventile za razbremenitev temperature in ločilne ventile, ki so konstruirani za toplotne zahteve sistemov obnovljive energije. Naš tehnični tim podpira projektante MEP z potrdili o materialih, dokumentacijo o temperaturnih razredih in ventilske sheme, prilagojene posameznim projektom.
Integracija sončne toplotne energije ni niša – je smer, ki jo spremlja komercialna instalaterska stroka. Izbor ventilov, ki so termično primerni za to nalogo, je tiho inženirsko odločitev, ki sistem zaščiti za desetletja.

Za tehnične specifikacije ventilov in podporo pri visokotemperaturnih aplikacijah se obrnite na Xindonga na [ www.cn-xindong.com ](https://www.cn-xindong.com).