การผสานระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์: การป้องกันวาล์วควบคุมอุณหภูมิจากการเก็บความร้อนที่อุณหภูมิสูงในระบบน้ำร้อนพลังงานแสงอาทิตย์

แผงรับความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์มักผลิตน้ำที่มีอุณหภูมิสูงจนทำลายวาล์วสำหรับใช้งานทั่วไปได้ แม้ในวันฤดูร้อนที่มีแดดจัด แผงรับความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่ออกแบบมาอย่างดีสามารถทำให้อุณหภูมิในถังเก็บน้ำร้อนสูงเกิน ๘๕ องศาเซลเซียส — และในภาวะที่ระบบหยุดนิ่ง (stagnation) ตัวแผงรับความร้อนเองอาจร้อนสูงถึง ๒๐๐ องศาเซลเซียส
สำหรับวิศวกร MEP และช่างติดตั้ง สิ่งนี้หมายความว่า วาล์วทุกตัวที่ติดตั้งอยู่ด้านหลังถังเก็บน้ำร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์จะต้องเลือกให้เหมาะสมกับอุณหภูมิและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลัน ซึ่งเป็นสภาวะที่องค์ประกอบท่อประปาแบบทั่วไปไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับ

ความจริงเรื่องอุณหภูมิในระบบความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์

เรามาพิจารณาเงื่อนไขการใช้งานจริงก่อนที่จะกล่าวถึงข้อกำหนดเฉพาะของวาล์ว:

สถานการณ์ที่อันตรายที่สุดสำหรับวาล์ว: ระบบทิ้งไว้โดยไม่ใช้งานในภาวะค้างร้อนช่วงฤดูร้อนที่อุณหภูมิ 95 °ซี และน้ำประปาเย็นไหลเข้าวงจรทันทีเมื่อเปิดก๊อก แรงกระแทกจากความร้อน — การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ 75 °ซี ภายในเวลาไม่ถึงหนึ่งวินาที — อาจทำให้แผ่นเซรามิกแตกร้าว ชิ้นส่วนพลาสติกบิดเบี้ยว และซีล EPDM มาตรฐานเสียรูปอย่างถาวร

วาล์วในวงจรความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์

ระบบทำความร้อนน้ำด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ต้องใช้วาล์วในสามตำแหน่งที่แตกต่างกัน แต่ละตำแหน่งมีความต้องการด้านอุณหภูมิที่ไม่เหมือนกัน

1. วาล์วในวงจรแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์

วาล์วเหล่านี้คือวาล์วที่ต้องรับภาระความร้อนมากที่สุดในระบบทั้งหมด วงจรแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ทำหน้าที่ลำเลียงของไหลถ่ายเทความร้อน (โดยทั่วไปเป็นสารผสมโพรพิลีนไกลคอลกับน้ำ) ระหว่างแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ที่ติดตั้งบนหลังคา กับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในถังเก็บน้ำ วาล์วในวงจรนี้ — ได้แก่ วาล์วแยกส่วน วาล์วควบคุมทิศทางการไหล และวาล์วระบายอากาศ — ต้องสามารถทนต่อ:
• ระยะอุณหภูมิ: –30 °C ถึง 200 °C (เพื่อความอยู่รอดในภาวะหยุดนิ่ง)
• ของไหล: สารผสมโพรพิลีนไกลคอลกับน้ำ ซึ่งมีฤทธิ์กัดกร่อนซีลมากกว่าน้ำ
• ความดัน: แรงดันจากปลายจ่ายของปั๊มบวกกับแรงดันสถิตจากความสูงของแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์
สำหรับการแยกวงจรเก็บความร้อน ให้ระบุวาล์วบอลแบบเปิดเต็มช่อง (full-bore) ที่มีที่นั่งทำจาก PTFE และแหวนซีลก้านวาล์วทำจากกราไฟต์ วาล์วบอลทองเหลืองมาตรฐานที่มีที่นั่งทำจาก PTFE มีค่าอุณหภูมิสูงสุดใช้งานได้ประมาณ 180 °C ซึ่งเพียงพอสำหรับการใช้งานปกติ แต่ไม่เพียงพอในกรณีที่ของไหลหยุดนิ่งอย่างรุนแรง (stagnation) สำหรับการติดตั้งในพื้นที่ที่ได้รับแสงแดดจัดมาก (เช่น ตะวันออกกลาง ยุโรปตอนใต้ ออสเตรเลีย) ควรพิจารณาใช้วาล์วสแตนเลสเกรด 316 สำหรับวงจรเก็บความร้อน

2. วาล์วถังเก็บความร้อน (วาล์วปล่อยความร้อนเมื่ออุณหภูมิสูงเกินกำหนด)

ถังเก็บความร้อนพลังงานแสงอาทิตย์ทุกใบต้องติดตั้งวาล์วปล่อยความร้อนและแรงดัน (T&P) ที่ออกแบบให้รองรับสภาวะการใช้งานสูงสุดของถังตามมาตรฐาน EN 12897 ดังนี้
• จุดตั้งค่าการปล่อยความร้อน: 95–99 °C (ต่ำกว่าจุดเดือดที่ความดันบรรยากาศ)
• ความสามารถในการปล่อยของไหล: ต้องสอดคล้องกับปริมาณพลังงานสูงสุดที่แผงเซลล์แสงอาทิตย์สามารถป้อนเข้าไปได้
• ท่อปล่อยของไหล: ทำจากวัสดุโลหะ มีความลาดเอียงอย่างต่อเนื่องไปยังจุดปล่อยที่ปลอดภัยและมองเห็นได้ชัดเจน
วาล์ว T&P ที่รั่วไหลที่อุณหภูมิ 85 °C นั้นถูกกำหนดค่าผิด จุดปล่อยแรงดันต้องสูงกว่าอุณหภูมิการใช้งานปกติสูงสุด (โดยทั่วไปคือ 85 °C ระหว่างภาวะน้ำนิ่งในฤดูร้อน) แต่ต่ำกว่าจุดเดือด ค่าตั้งเป้าที่ 95 °C พร้อมช่วงความคลาดเคลื่อน ±3 °C เป็นมาตรฐานสำหรับระบบร้อนพลังงานแสงอาทิตย์

3. วาล์วผสมแบบควบคุมอุณหภูมิฝั่งการจ่ายน้ำ

นี่คือจุดที่วิศวกรรมเริ่มท้าทาย วาล์วผสมแบบควบคุมอุณหภูมิ (TMV) ที่ติดตั้งบนฝั่งการจ่ายน้ำร้อนของระบบร้อนพลังงานแสงอาทิตย์มีหน้าที่สองประการคือ
1. ผสมน้ำร้อนที่เก็บไว้ซึ่งมีอุณหภูมิสูง (65–95 °C) ให้ลดลงเป็นอุณหภูมิที่ปลอดภัยสำหรับจ่ายใช้งาน (38–46 °C)
2. ป้องกันตัวเองจากอุณหภูมิขาเข้าที่สูงต่อเนื่องซึ่งอาจทำให้คาร์ทริดจ์ TMV แบบมาตรฐานเสื่อมสภาพ

การเลือกใช้ TMV สำหรับงานระบบร้อนพลังงานแสงอาทิตย์

วาล์ว TMV2 แบบมาตรฐานได้รับการทดสอบให้สามารถทนต่ออุณหภูมิขาเข้าน้ำร้อนอย่างต่อเนื่องสูงสุดถึง 85 °C แต่ในถังเก็บน้ำที่ได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ วาล์ว TMV อาจได้รับอุณหภูมิขาเข้าสูงถึง 90–95 °C เป็นเวลาหลายชั่วโมงในช่วงฤดูร้อน การเลือกใช้วาล์วที่ไม่ได้รับการรับรองให้ทำงานภายใต้เงื่อนไขเช่นนี้จะนำไปสู่
• การล้าขององค์ประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิ: แคปซูลเทอร์โมสแตตที่บรรจุขี้ผึ้งสูญเสียความไวหลังจากสัมผัสอุณหภูมิสูงกว่าค่าสูงสุดที่ออกแบบไว้เป็นเวลานาน
• การเสื่อมสภาพของซีล: โอริงและไดอะแฟรมทำจากวัสดุ EPDM แข็งตัวและแตกร้าว
• สปริงคลายตัว: สปริงคืนกลับที่ใช้ปิดพอร์ตสำหรับน้ำร้อนสูญเสียแรงตึง ส่งผลให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลง
รายการตรวจสอบข้อกำหนดสำหรับวาล์วควบคุมอุณหภูมิแบบใช้พลังงานแสงอาทิตย์:

ซินต้ง ผลิตวาล์วผสมอุณหภูมิคงที่ที่รับรองตามมาตรฐานทีเอ็มวี2 และทีเอ็มวี3 พร้อมตลับไส้ที่ออกแบบให้ทนอุณหภูมิสูงสำหรับงานพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ ทีมวิศวกรของเราสามารถจัดเตรียมเส้นโค้งลดค่าอุณหภูมิที่ใช้งานได้จริง และใบรับรองวัสดุตามข้อกำหนดเฉพาะสำหรับงานพลังงานแสงอาทิตย์ รวมทั้งสนับสนุนที่ปรึกษาด้านระบบกล-ไฟฟ้า-ประปา (MEP) ด้วยชุดเอกสารทางเทคนิคสำหรับการยื่นเสนอโครงการพลังงานหมุนเวียน

กลยุทธ์การลดอุณหภูมิล่วงหน้า

สำหรับระบบที่อุณหภูมิในถังเก็บมักสูงกว่าค่าอุณหภูมิสูงสุดที่วาล์วผสมอุณหภูมิคงที่ (TMV) ออกแบบให้ทำงานได้อย่างต่อเนื่อง วิธีแก้ปัญหาที่แข็งแกร่งที่สุดคือการติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบลดอุณหภูมิล่วงหน้าระหว่างถังเก็บกับ TMV โดยใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นขนาดเล็กติดตั้งอยู่ที่สายจ่ายน้ำเย็น เพื่อลดอุณหภูมิของน้ำร้อนก่อนเข้าสู่ทางเข้าของ TMV
• น้ำประปาเย็นที่ประมาณ 15 องศาเซลเซียสไหลผ่านด้านหนึ่งของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่น
• น้ำร้อนจากถังพลังงานแสงอาทิตย์ที่อุณหภูมิ 90 °C ไหลผ่านด้านตรงข้าม
• ทางเข้าของน้ำร้อนสำหรับวาล์วผสมอุณหภูมิคงที่ (TMV) รับน้ำที่ผ่านการลดอุณหภูมิล่วงหน้าแล้ว ประมาณ 70 °C
• น้ำเย็นที่ใช้ในการลดอุณหภูมิล่วงหน้าจะถูกทำให้อุ่นล่วงหน้าแล้ว ประมาณ 35 °C ซึ่งช่วยลดภาระการผสมของ TMV
การจัดวางแบบนี้ยืดอายุการใช้งานของ TMV ได้อย่างมาก ลดความเสี่ยงจากการลวกด้วยการแคบลงของช่วงอุณหภูมิที่ TMV ต้องควบคุม และนำความร้อนส่วนเกินกลับมาใช้ในระบบจ่ายน้ำเย็น — เป็นผลประโยชน์ด้านพลังงานเล็กน้อย

การตรวจรับรองระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์

การตรวจรับรองระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ต้องปฏิบัติตามขั้นตอนการทดสอบ TMV เหมือนกับระบบทั่วไป (ดูบทความประกอบของเราเรื่องการตรวจรับรองตามมาตรฐาน BS 7949) พร้อมเพิ่มข้อกำหนดต่อไปนี้:
1. ทดสอบที่อุณหภูมิสูงสุดของถังเก็บ: เปิดเครื่องทำความร้อนสำรอง (หากติดตั้งไว้) เพื่อให้ถังเก็บร้อนถึงอุณหภูมิออกแบบสูงสุด จากนั้นดำเนินการตรวจรับรอง TMV อย่างสมบูรณ์ วาล์ว TMV ที่ผ่านการทดสอบที่ 65 °C อาจล้มเหลวเมื่อทดสอบที่ 85 °C
2. ตรวจสอบการปล่อยน้ำและแรงดัน (T&P): ยกคันโยกทดสอบวาล์ว T&P ด้วยมือ และตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการปล่อยของเหลวได้อย่างอิสระ ให้ทำขั้นตอนนี้ขณะที่ระบบยังเย็น — ห้ามยกวาล์ว T&P ขณะถังร้อนหรือมีแรงดัน
3. การจำลองภาวะน้ำนิ่ง ระหว่างการเดินเครื่องในฤดูร้อน ให้ตัดปั๊มวงจรแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ออก และตรวจวัดอุณหภูมิของแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์และถังเก็บเป็นเวลา 30 นาที ตรวจสอบให้แน่ใจว่าระบบควบคุมป้องกันอุณหภูมิเกินกำหนดทำงานก่อนที่วาล์วใด ๆ จะถึงอุณหภูมิสูงสุดที่ระบุไว้
4. บันทึกค่าที่เฉพาะเจาะจงสำหรับระบบพลังงานแสงอาทิตย์ นอกเหนือจากข้อมูลการเดินเครื่อง TMV ตามมาตรฐานแล้ว ให้บันทึกอุณหภูมิสูงสุดของแผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ในภาวะน้ำนิ่ง อุณหภูมิสูงสุดของถังเก็บความร้อน ความเข้มข้นของสารกันแข็ง (glycol) และค่าอุณหภูมิที่กำหนดและค่าตั้งค่าของวาล์ว T&P

สร้างเพื่อใช้งานระยะยาว

การใช้พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์เป็นการลงทุนระยะยาว 25 ปี แผงเก็บความร้อนบนหลังคาอาจใช้งานได้นานเท่านั้นโดยต้องบำรุงรักษาเพียงเล็กน้อย แต่วาล์วในห้องเครื่องจะต้องเปลี่ยนอย่างน้อยหนึ่งครั้ง — เว้นแต่ว่าจะระบุคุณสมบัติของวาล์วให้ถูกต้องตั้งแต่เริ่มต้น การเพิ่มคุณสมบัติจาก TMV มาตรฐานไปเป็น TMV ที่ออกแบบสำหรับอุณหภูมิสูงโดยเฉพาะในระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ มีต้นทุนเพิ่มเติมเพียงเล็กน้อยเมื่อเทียบกับค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนไส้กรอง ค่าแรงช่างเข้าซ่อม และความไม่สะดวกที่ผู้เช่าต้องเผชิญตลอดอายุการใช้งานของระบบ

Zhejiang Xindong Sanitary Ware Co., Ltd. ผลิตวาล์วสำหรับอุตสาหกรรมท่อประปาทั่วโลกมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1999 ด้วยสิทธิบัตรมากกว่า 65 ฉบับ ใบรับรอง WRAS/CE/ACS/NSF และกำลังการผลิตต่อเดือนเกิน 200,000 ชุด เราจัดจำหน่าย thermostatic mixing valves, temperature relief valves และ isolation valves ที่ออกแบบมาเฉพาะเพื่อรองรับความต้องการด้านอุณหภูมิของระบบพลังงานหมุนเวียน ทีมวิศวกรเทคนิคของเราสนับสนุนผู้กำหนดข้อกำหนด MEP ด้วยใบรับรองวัสดุ เอกสารระบุค่าอุณหภูมิที่รองรับ และตารางรายละเอียดวาล์วเฉพาะโครงการ
การผสานระบบพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ไม่ใช่เรื่องเฉพาะทาง — แต่คือทิศทางหลักของงานประปาเชิงพาณิชย์ การเลือกวาล์วที่สามารถทนต่ออุณหภูมิสูงได้ตามข้อกำหนด คือการตัดสินใจด้านวิศวกรรมที่เงียบงันแต่ช่วยปกป้องระบบให้ใช้งานได้อย่างมั่นคงยาวนานหลายสิบปี

สำหรับข้อมูลจำเพาะของวาล์วและการสนับสนุนการใช้งานที่อุณหภูมิสูง โปรดติดต่อซินตงที่ [ www.cn-xindong.com ](https://www.cn-xindong.com).