Integration av solvärme: Skydd av termostatiska ventiler mot lagring vid höga temperaturer i solvärmesystem för varmvatten

Solvärmekollektorerna genererar regelbundet vattentemperaturer som skulle förstöra en vanlig hushållsventil. På en klar sommardag kan en välkonstruerad solvärmearray driva lagringsbehållarens temperatur över 85 °C – och vid stagnation kan kollektorn själv nå 200 °C.
För MEP-ingenjörer och installatörer innebär detta att varje ventil nedströms från solvärmebehållaren måste specificeras för temperaturer och termiska stötar som konventionella rörledningskomponenter aldrig är utformade för att hantera.

Temperaturverkligheten för solvärme

Låt oss först fastställa de faktiska driftförhållandena innan vi diskuterar ventilspecifikationer:

Den farligaste scenariot för ventiler: systemet har stått i sommarstagnation vid 95 °C och plötsligt strömmar kallt nätvatten in i kretsen när en kran öppnas. Den termiska chocken – en temperaturändring på 75 °C på under en sekund – kan spricka keramiska skivor, deformera plastkomponenter och permanent förvränga standard-EPDM-tätningsringar.

Ventiler i solvärme-kretsen

Ett solvärme-system för uppvärmning av vatten kräver ventiler på tre olika platser, var och en med olika termiska krav:

1. Kollektor-loopventiler

Detta är de ventiler som utsätts för störst termisk belastning i systemet. Kollektor-loopen transporterar värmefrämjande vätska (vanligtvis en glykol-vattenblandning) mellan takmonterade kollektorer och värmeväxlaren i lagertanken. Ventilerna i denna loop – avstängningsventiler, backventiler och luftventiler – måste klara av:
• Temperaturområde: –30 °C till 200 °C (för överlevnad vid stagnation)
• Vätska: Propylenglykol/vattenblandning, vilken är mer aggressiv mot tätningar än vatten
• Tryck: Pumpens utloppstryck plus statiskt tryck från kollektorns höjd
För isolering av kollektorloopen specificera fullöppningskulventiler med PTFE-säten och grafittstamspackning. Standardmessiga mässingskulventiler med PTFE-säten är dimensionerade för temperaturer upp till ca 180 °C, vilket täcker normal drift men inte extrema stagnationsförhållanden. För installationer i klimat med hög solinstrålning (Mellanöstern, södra Europa, Australien) bör kulventiler i rostfritt stål 316 övervägas för kollektorloopen.

2. Ventiler för lagringsbehållare (temperaturavlastning)

Varje solvärme-lagringsbehållare kräver en temperatur- och tryckavlastningsventil (T&P-ventil) som är dimensionerad för behållarens maximala driftförhållanden. EN 12897 kräver:
• Temperaturavlastningsinställning: 95–99 °C (under kokpunkten vid atmosfäriskt tryck)
• Avlastningskapacitet: Anpassad till den maximala energitillförseln från solpanelanläggningen
• Avlastningsrör: Metalliskt, med kontinuerlig fallning till en säker och synlig avlastningsplats
En T&P-ventil som läcker vid 85 °C är felaktigt specificerad. Tryckavlastningspunkten måste ligga ovanför den högsta normala drifttemperaturen (vanligtvis 85 °C vid sommarstagnation) men under kokpunkten. En inställning på 95 °C med en toleranszon på ±3 °C är standard för solvärme.

3. Termostatiska blandventiler (TMV) på distributionsidan

Här blir ingenjörskonsten intressant. En TMV på varmvattensdistributionsidan i ett solvärmesystem har två uppgifter:
1. Blanda vatten med hög temperatur från lagringen (65–95 °C) ned till en säker leveranstemperatur (38–46 °C)
2. Skydda sig själv mot långvariga inkommande temperaturer som skulle försämra en standard-TMV-kassett

Att specificera TMV:er för solvärmearbete

En standard-TMV2-ventil testas för kontinuerliga inkommande varmvattentemperaturer upp till 85 °C. I en soluppvärmd lagringsbehållare kan TMV:s varma inkommande ström nå 90–95 °C i flera timmar under sommaren. Att specificera en ventil som inte är godkänd för detta villkor leder till:
• Termisk elementtrötthet: Den termostatiska kapseln fylld med vax förlorar sin responsivitet efter långvarig utsättning för temperaturer över dess konstruerade maxgräns
• Tätningsförslitning: EPDM-O-ringar och membran blir hårda och spricker
• Fjäderavslappning: Återställningsfjädern som stänger den varma porten förlorar spänning, vilket orsakar temperaturdrift
Specifikationskontrollistan för en solkraftsanpassad TMV:

Xindong tillverkar TMV2- och TMV3-certifierade termostatiska blandventiler med patroner som är godkända för höga temperaturer för solvärmeanvändning. Vårt ingenjörsteam kan leverera temperaturminskningskurvor och materialcertifikat för specifikationer avsedda för solvärme, samt stödja MEP-konsulter med tekniska underlagspaket för förnybar-energiprojekt.

Förkylningssystemet

För system där lagertankens temperatur regelbundet överskrider TMV:s kontinuerliga temperaturgräns är den robustaste lösningen en förkylande värmeväxlare mellan lagertanken och TMV:n. En liten plattvärmeväxlare på kallvattentillförseln förkyler varmvattnet innan det når TMV:s intag:
• Kallt nätvatten vid ca 15 °C passerar genom ena sidan av plattvärmeväxlaren
• Varmt vatten från soltanken vid 90 °C passerar genom den andra sidan
• Den varma ingången till TMV:n tar emot vatten vid en förkylt temperatur på ca 70 °C
• Det kalla vattnet som utförde förkylningen är nu förvärmtd till ca 35 °C, vilket minskar TMV:n:s blandningsarbete
Denna anordning förlänger TMV:n:s livslängd avsevärt, minskar risken för skåldning genom att begränsa det temperaturintervall som TMV:n måste hantera, och återvinner spillvärme till den kalla försörjningen – en liten energibonus.

Idrifttagning av ett solvärmesystem

Idrifttagning av ett solvärmesystem kräver samma TMV-testprocedur som ett konventionellt system (se vår kompanjonsartikel om BS 7949-idrifttagning), med följande tillägg:
1. Test vid maximal lagringstemperatur: Kör reservvärmaren (om monterad) för att höja lagertanken till dess maximala designtemperatur, och utför sedan hela TMV-idrifttagningsserien. En TMV som klarar testet vid 65 °C kan misslyckas vid 85 °C.
2. Verifiera tryck- och temperaturutlopp: Lyft manuellt testhandtaget på tryck- och temperaturventilen (T&P-ventilen) och kontrollera att avloppet sker fritt. Utför detta när systemet är kallt – försök aldrig att lyfta en T&P-ventil på en varm, tryckbelastad tank.
3. Stagnationssimulering: Under sommarkommissionering isoleras pumpen i kollektorloopen och kollektorns samt tankens temperatur övervakas i 30 minuter. Kontrollera att systemets övertemperaturskydd aktiveras innan någon ventil når sin angivna temperaturgräns.
4. Dokumentera solspecifika mätvärden: Förutom standarddata för TMV-kommissionering ska solkollektorns stagnationstemperatur, lagertankens maximala temperatur, glykolkoncentrationen samt T&P-ventilens klassning och inställningsvärde registreras.

Bygga för lång sikt

Solär termisk energi är en investering på 25 år. Kollektorerna på taket kan hålla i sig så länge med minimal underhållning, men ventilerna i anläggningens utrymme kommer att bytas ut minst en gång – om de inte specificerats korrekt redan från dag ett. Den marginella kostnaden för att uppgradera från en standard-TMV till en högtemperatur-solcertifierad TMV är försumbar jämfört med kostnaden för patronbyten, servicebesök och hyresgästers störningar under systemets livscykel.

Zhejiang Xindong Sanitary Ware Co., Ltd. har tillverkat ventiler för den globala rörsystembranschen sedan 1999. Med över 65 patent, WRAS/CE/ACS/NSF-certifieringar och en månatlig produktionskapacitet på mer än 200 000 set levererar vi termostatiska blandventiler, temperaturavlastningsventiler och avstängningsventiler som är konstruerade för de termiska kraven i förnybar energi-system. Vårt tekniska team stödjer MEP-specifikatörer med materialcertifikat, dokumentation om temperaturklassning och projektspecifika ventilplaner.
Soltermisk integration är inte en nisch – det är den riktning som kommersiell rörinstallationsbransch går i. Att specificera ventiler som är termiskt kapabla för uppgiften är den tysta ingenjörsbeslutet som skyddar systemet i flera decennier.

För ventilspecifikationer och stöd vid högtemperaturapplikationer, kontakta Xindong på [ www.cn-xindong.com ](https://www.cn-xindong.com).