Tích hợp Nhiệt Mặt trời: Bảo vệ Van Điều nhiệt trước Lưu trữ ở Nhiệt độ Cao trong Hệ thống Nóng nước Mặt trời

Các bộ thu nhiệt mặt trời thường tạo ra nhiệt độ nước đủ để phá hủy van dân dụng tiêu chuẩn. Vào một ngày hè nắng rõ, một dàn thu nhiệt mặt trời được thiết kế tốt có thể đẩy nhiệt độ bồn chứa lên trên 85 °C — và trong điều kiện ngưng tụ, bản thân bộ thu có thể đạt tới 200 °C.
Đối với kỹ sư MEP và thợ lắp đặt, điều này có nghĩa là mọi van nằm phía hạ lưu của bồn chứa nước nóng năng lượng mặt trời đều phải được chọn lựa sao cho chịu được nhiệt độ và sốc nhiệt mà các thành phần cấp thoát nước thông thường không được thiết kế để xử lý.

Thực tế về nhiệt độ trong hệ thống năng lượng mặt trời nhiệt

Hãy xác định rõ các điều kiện vận hành thực tế trước khi thảo luận về đặc tính kỹ thuật của van:

Tình huống nguy hiểm nhất đối với van: hệ thống đã đứng yên trong tình trạng ngưng tụ mùa hè ở 95 °C, và đột ngột nước cấp lạnh từ đường ống chính tràn vào mạch khi vòi được mở. Sự sốc nhiệt — chênh lệch nhiệt độ 75 °C trong chưa đầy một giây — có thể làm nứt đĩa gốm, cong biến dạng các bộ phận nhựa bên trong và làm biến dạng vĩnh viễn các gioăng EPDM tiêu chuẩn.

Các van trong mạch nhiệt mặt trời

Một hệ thống làm nóng nước bằng năng lượng mặt trời yêu cầu các van ở ba vị trí riêng biệt, mỗi vị trí có nhu cầu nhiệt khác nhau:

1. Các van vòng thu nhiệt

Đây là những van chịu ứng suất nhiệt cao nhất trong hệ thống. Vòng thu nhiệt vận chuyển chất truyền nhiệt (thường là hỗn hợp glycol-nước) giữa các bộ thu lắp trên mái và bộ trao đổi nhiệt của bồn chứa. Các van trong vòng này — van cách ly, van một chiều và van xả khí — phải chịu được:
• Phạm vi nhiệt độ: –30 °C đến 200 °C (để tồn tại trong tình trạng ngừng hoạt động)
• Chất lỏng: Hỗn hợp propylene glycol/nước, có tính ăn mòn cao hơn nước đối với các gioăng làm kín
• Áp lực: Áp lực do bơm tạo ra cộng với áp lực tĩnh từ độ cao lắp đặt bộ thu
Để cách ly vòng tuần hoàn bộ thu, hãy chỉ định van bi toàn lưu lượng với ghế làm bằng PTFE và phần làm kín trục bằng graphite. Van bi đồng thau tiêu chuẩn với ghế làm bằng PTFE có khả năng chịu nhiệt đến khoảng 180 °C, đủ cho điều kiện vận hành bình thường nhưng không phù hợp với tình trạng ngừng hoạt động cực đoan. Đối với các hệ thống lắp đặt tại khu vực có cường độ bức xạ mặt trời cao (Trung Đông, Nam Âu, Úc), nên cân nhắc sử dụng van làm bằng thép không gỉ 316 cho vòng tuần hoàn bộ thu.

2. Van bồn chứa (van xả nhiệt)

Mọi bồn chứa năng lượng mặt trời đều yêu cầu một van xả nhiệt và áp suất (T&P) được đánh giá phù hợp với điều kiện vận hành tối đa của bồn chứa. Tiêu chuẩn EN 12897 quy định:
• Điểm thiết lập xả nhiệt: 95–99 °C (dưới điểm sôi ở áp suất khí quyển)
• Khả năng xả: Phù hợp với mức năng lượng đầu vào tối đa từ dàn pin mặt trời
• Ống xả: Làm bằng kim loại, có độ dốc liên tục dẫn tới điểm xả an toàn và dễ quan sát
Van an toàn và áp suất (T&P) rò rỉ ở 85 °C là van được chọn sai thông số kỹ thuật. Điểm xả phải cao hơn nhiệt độ vận hành bình thường cao nhất (thường là 85 °C trong tình trạng ngừng hoạt động vào mùa hè) nhưng thấp hơn nhiệt độ sôi. Giá trị cài đặt tiêu chuẩn cho hệ thống nhiệt mặt trời là 95 °C với dải dung sai ±3 °C.

3. Van trộn điều nhiệt phía mạng phân phối

Đây là phần kỹ thuật trở nên thú vị. Một van trộn điều nhiệt (TMV) lắp phía mạng phân phối nước nóng của hệ thống nhiệt mặt trời có hai nhiệm vụ:
1. Pha loãng nước lưu trữ ở nhiệt độ cao (65–95 °C) xuống mức nhiệt độ cấp nước an toàn (38–46 °C)
2. Bảo vệ bản thân van trước các nhiệt độ đầu vào kéo dài có thể làm suy giảm lõi van TMV tiêu chuẩn

Chọn van TMV dành riêng cho ứng dụng nhiệt mặt trời

Một van TMV2 tiêu chuẩn được kiểm tra khả năng chịu nhiệt độ nước nóng đầu vào liên tục tối đa 85 °C. Trong bồn chứa được sạc bằng năng lượng mặt trời, đầu vào nóng của van TMV có thể đạt 90–95 °C trong nhiều giờ liền vào mùa hè. Việc chọn van không được đánh giá phù hợp cho điều kiện này sẽ dẫn đến:
• Mỏi nguyên tố cảm nhiệt: Bộ điều nhiệt chứa sáp mất độ nhạy sau khi tiếp xúc kéo dài ở nhiệt độ cao hơn giới hạn thiết kế tối đa
• Suy giảm độ kín: Vòng đệm O-ring và màng ngăn EPDM trở nên cứng và nứt
• Giảm lực đàn hồi lò xo: Lò xo hồi về đóng cổng nước nóng mất lực căng, gây trôi nhiệt độ
Danh sách kiểm tra thông số kỹ thuật cho van hỗn hợp nhiệt (TMV) dùng trong hệ thống năng lượng mặt trời:

Xindong sản xuất các van trộn nhiệt độ được chứng nhận TMV2 và TMV3, kèm theo các bộ điều khiển nhiệt có khả năng chịu nhiệt độ cao dành riêng cho ứng dụng năng lượng mặt trời. Đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi có thể cung cấp các đường cong giảm nhiệt độ cho phép và giấy chứng nhận vật liệu phù hợp với đặc tả vận hành năng lượng mặt trời, đồng thời hỗ trợ các chuyên gia tư vấn MEP bằng các gói hồ sơ kỹ thuật để nộp cho các dự án năng lượng tái tạo.

Chiến lược làm mát sơ bộ

Đối với các hệ thống mà nhiệt độ bồn chứa thường vượt quá giới hạn hoạt động liên tục của van trộn nhiệt (TMV), giải pháp bền vững nhất là lắp đặt một bộ trao đổi nhiệt làm mát sơ bộ giữa bồn chứa và van trộn nhiệt. Một bộ trao đổi nhiệt bản mỏng nhỏ được lắp trên đường cấp nước lạnh để làm mát sơ bộ nước nóng trước khi nước này đến đầu vào của van trộn nhiệt:
• Nước cấp từ mạng lưới lạnh ở khoảng 15 °C đi qua một phía của bộ trao đổi nhiệt bản mỏng
• Nước nóng từ bồn năng lượng mặt trời ở 90 °C đi qua phía bên kia
• Đầu vào nước nóng của van trộn nhiệt độ (TMV) nhận nước đã được làm mát sơ bộ ở khoảng 70 °C
• Nước lạnh thực hiện việc làm mát sơ bộ giờ đây được làm nóng sơ bộ lên khoảng 35 °C, giảm khối lượng công việc pha trộn của TMV
Bố trí này kéo dài đáng kể tuổi thọ hoạt động của TMV, giảm nguy cơ bỏng do thu hẹp dải nhiệt độ cần pha trộn mà TMV phải xử lý, đồng thời tái sử dụng nhiệt thải vào nguồn cấp nước lạnh — một khoản tiết kiệm năng lượng nhỏ.

Khởi động hệ thống nhiệt mặt trời

Khởi động một hệ thống nhiệt mặt trời yêu cầu quy trình kiểm tra TMV giống như hệ thống thông thường (xem bài viết kèm theo của chúng tôi về khởi động theo tiêu chuẩn BS 7949), với các bổ sung sau:
1. Kiểm tra ở nhiệt độ lưu trữ tối đa: Chạy thiết bị gia nhiệt dự phòng (nếu có) để đưa bồn lưu trữ lên nhiệt độ thiết kế tối đa, sau đó thực hiện đầy đủ quy trình khởi động TMV. Một TMV đạt yêu cầu ở 65 °C có thể không đạt ở 85 °C.
2. Xác minh xả van an toàn áp suất – nhiệt độ (T&P): Nâng cần gạt thử van xả nhiệt và áp suất (T&P) bằng tay và kiểm tra xem nước xả có thoát tự do hay không. Thực hiện việc này khi hệ thống đang nguội — tuyệt đối không nâng van T&P khi bình chứa đang nóng và có áp suất.
3. Mô phỏng tình trạng ứ đọng: Trong quá trình vận hành ban đầu vào mùa hè, ngắt bơm vòng thu nhiệt và theo dõi nhiệt độ của bộ thu nhiệt và bình chứa trong 30 phút. Xác minh rằng các thiết bị điều khiển bảo vệ quá nhiệt của hệ thống kích hoạt trước khi bất kỳ van nào vượt quá nhiệt độ định mức của nó.
4. Ghi lại các giá trị đo riêng cho hệ thống năng lượng mặt trời: Ngoài dữ liệu vận hành ban đầu tiêu chuẩn cho van trộn nhiệt (TMV), hãy ghi lại nhiệt độ ứ đọng của bộ thu năng lượng mặt trời, nhiệt độ tối đa của bình chứa, nồng độ glycol và thông số định mức cũng như điểm đặt của van T&P.

Xây dựng vì tương lai lâu dài

Năng lượng mặt trời nhiệt là một khoản đầu tư kéo dài 25 năm. Các bộ thu nhiệt trên mái có thể hoạt động trong suốt khoảng thời gian đó với mức bảo trì tối thiểu, nhưng các van trong phòng kỹ thuật sẽ phải thay thế ít nhất một lần — trừ khi chúng được lựa chọn đúng ngay từ ngày đầu tiên. Chi phí chênh lệch khi nâng cấp từ van trộn nhiệt độ tiêu chuẩn lên van trộn nhiệt độ cao đạt chuẩn cho hệ thống năng lượng mặt trời là rất nhỏ so với chi phí thay thế lõi van, chi phí nhân công xử lý sự cố tại hiện trường và gián đoạn sinh hoạt của cư dân trong suốt vòng đời hệ thống.

Công ty TNHH Thiết bị Vệ sinh Tân Đông Chiết Giang đã sản xuất van cho ngành cấp thoát nước toàn cầu kể từ năm 1999. Với hơn 65 bằng sáng chế, chứng nhận WRAS/CE/ACS/NSF và năng lực sản xuất hàng tháng vượt quá 200.000 bộ, chúng tôi cung cấp van trộn nhiệt độ, van xả nhiệt độ và van cách ly được thiết kế đặc biệt để đáp ứng yêu cầu nhiệt của các hệ thống năng lượng tái tạo. Đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi hỗ trợ các chuyên gia MEP trong việc lập hồ sơ kỹ thuật thông qua giấy chứng nhận vật liệu, tài liệu đánh giá khả năng chịu nhiệt và bảng danh mục van theo từng dự án cụ thể.
Việc tích hợp năng lượng mặt trời nhiệt không phải là một phân khúc nhỏ hẹp — mà chính là xu hướng phát triển của ngành cấp thoát nước thương mại. Việc lựa chọn van đáp ứng yêu cầu về mặt nhiệt là quyết định kỹ thuật âm thầm nhưng bảo vệ hệ thống trong nhiều thập kỷ.

Để biết thêm thông tin về đặc tả van và hỗ trợ ứng dụng ở nhiệt độ cao, vui lòng liên hệ Xindong tại [ www.cn-xindong.com ](https://www.cn-xindong.com).