Giải pháp hệ thống nước nóng trung tâm, hệ thống hơi Ecotherm Áo

Sau khi giải pháp truyền nhiệt hệ nước nóng trung tâm, hệ hơi Ecotherm (Áo) được giới thiệu tại Việt Nam, đã tạo nên một điểm nhấn công nghệ độc đáo và thú vị cho thị trường cơ điện, các chủ đầu tư, các nhà tư vấn thiết kế đã nhận được những thông tin thật sự gây ngạc nhiên bởi nó có thể giúp tiết kiệm được 95% diện tích đặt sàn so với lắp đặt hệ thống bồn truyền thống, đồng thời tiết kiệm 25% năng lượng, tiết kiệm chi phí bảo trì hiệu quả và tiết kiệm chi phí đầu tư tổng thể. Hãy đăng ký buổi chia sẻ giải pháp từ chúng tôi, hoặc yêu cầu chúng tôi cung cấp thông tin kỹ thuật, tính toán dự án nếu bạn đang có dự án về khách sạn, bệnh viện, tòa nhà hoặc công nghiệp có sử dụng hệ nước nóng trung tâm, hệ hơi hoặc hệ năng lượng mặt trời...chúng tôi sẽ giúp các bạn! Vui lòng liên hệ với PGTECH!

Bình giãn nở lắp đặt trong hệ thống năng lượng mặt trời

11/12/2024

Giống như mọi hệ thống kín trong đó có nhiệt độ của chất lỏng thay đổi, một hệ thống năng lượng mặt trời cũng cần có bình giãn nở. Tuy nhiên, có một số khác biệt quan trọng giữa các hệ thống năng lượng mặt trời và hệ thống nhiệt trung tâm liên quan đến vị trí của bình giãn nở và cách tính công suất cần thiết. Điều này không chỉ do môi chất được sử dụng mà còn do cách thức hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời. PGTECH là nhà cung cấp 2 dòng bình giãn nở của Flamco, đó là dòng bình giãn nở thông thường và bình giãn nở tự động dùng máy nén để bơm nước ra tự động. Trong đó, dòng bình giãn nở Flexcon Solar được thiết kế đặc biệt cho hệ thống năng lượng mặt trời của Flamco được sản xuất theo tiêu chuẩn EN12828, nguyên liệu thép tốt, ruột bình bằng cao su butyl với dung tích từ 8 lít tới 1000 lít. Trong bài viết này, PGTECH sẽ đề cập đến một số loại hệ thống nồi hơi năng lượng mặt trời và những lưu ý lắp đặt bình giãn nở Flxecon Solar trong mỗi loại hệ thống năng lượng mặt trời này.

Bình giãn nở Flexcon Solar cho hệ thống năng lượng mặt trời — *Bình giãn nở Flexcon Solar được thế kế đặc biệt cho hệ thống năng lượng mặt trời theo tiêu chuẩn EN12828*

I. Hệ thống nồi hơi năng lượng mặt trời có dòng hồi lưu

Các biến thể áp suất thấp (tối đa 3 bar), chẳng hạn như hệ thống nồi hơi năng lượng mặt trời có dòng hồi lưu. Hệ thống dòng hồi lưu tương thích rộng rãi với hệ thống quá áp. Sự khác biệt chính là có một bình chứa dòng hồi lưu trong hệ thống mà môi chất chảy ngược trở lại từ bộ thu nhiệt ngay khi bơm tuần hoàn ngừng hoạt động. Điều này bảo vệ bộ thu nhiệt khỏi cả đóng băng và quá nhiệt.

Nhờ điều này mà hệ thống nồi hơi năng lượng mặt trời có dòng hồi lưu rất phổ biến, nhưng có điều là phải tìm một nơi nào đó để đặt bình chứa dòng hồi lưu. Ngoài ra, cần có một bơm tuần hoàn khoẻ hơn để kéo nước trở lại từ bình chứa dòng hồi lưu. Vì lý do này, cần phải đặt bình chứa dòng hồi lưu càng gần càng tốt, nhưng phải thấp hơn mức của bộ thu nhiệt.

*Hình 1. Hệ thống nồi hơi năng lượng mặt trời có dòng hồi lưu*

Tất cả các đường ống cũng phải được đặt có độ dốc để đảm bảo không có nước bị đọng lại trong quá trình hồi lưu và toàn bộ không khí được đẩy ra khỏi hệ thống một cách hiệu quả khi hệ thống đang được nạp đầy.

Hệ thống dạng này không yêu cầu bình giãn nở hoặc chỉ cần một bình rất nhỏ, vì hệ thống có một bóng khí duy trì sự thay đổi về thể tích trong giới hạn áp suất đã đặt. Một lợi thế của hệ thống này là nếu cần, hệ thống có thể được đổ đầy nước cất, cho phép sử dụng bộ trao đổi nhiệt một lớp để làm nóng nước sinh hoạt. Điều này làm tăng hiệu quả của hệ thống.

II. Hệ thống nồi hơi năng lượng mặt trời áp suất cao

Hệ thống được sử dụng thường xuyên nhất ở Châu Âu là hệ thống nồi hơi năng lượng mặt trời áp suất cao được đổ đầy hỗn hợp nước và glycol. Hỗn hợp này phù hợp với nhiệt độ vận hành cao trong các hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động ở áp suất từ 3 đến 10 bar.

Hệ thống năng lượng mặt trời áp suất cao bao gồm một số thành phần quan trọng khi lựa chọn bình giãn nở:

Bộ thu nhiệt
Van an toàn
Bơm tuần hoàn
Bình trữ nhiệt/bộ trao đổi nhiệt

Tất nhiên, tất cả các thành phần khác cũng quan trọng nhưng ít ảnh hưởng đến việc lựa chọn bình giãn nở cho hệ thống năng lượng mặt trời.

Hình 2. Hệ thống nồi hơi năng lượng mặt trời áp suất cao — *Hình 2. Bình giãn nở Flexcon Solar trong Hệ thống nồi hơi năng lượng mặt trời áp suất cao*

1. Bình giãn nở Flexcon Solar có chức năng đảm bảo duy trì áp suất trong hệ thống năng lượng mặt trời

Trong bài viết này, chúng tôi giả định rằng việc lắp đặt về cơ bản là an toàn theo DIN 4757-1. Nghĩa là, đây là một hệ thống hoàn toàn kín, hoạt động trong mọi điều kiện vận hành hợp lý. Bình giãn nở Flexcon Solar đóng vai trò quan trọng khi nói đến việc duy trì áp suất trong hệ thống năng lượng mặt trời.

Áp suất không được tăng quá cao khi quá trình lưu thông trong bộ thu nhiệt dừng lại, nhưng cũng không được quá thấp khi nhiệt độ bên ngoài xuống dưới điểm đóng băng. Môi chất trong hệ thống năng lượng mặt trời có hệ số giãn nở cao; ngoài ra, nhiệt độ có thể dễ dàng dao động 150 °C trong một năm.

Khi lựa chọn bình giãn nở cho hệ thống năng lượng mặt trời phải lường trước được những biến động nhiệt độ như vậy.

2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời áp suất cao

Hệ thống năng lượng mặt trời mà chúng tôi thảo luận ở đây được giả định là một hệ thống kín chứa đầy chất lỏng. Nhiệt trong bộ thu nhiệt được chất lỏng hấp thụ và truyền lại cho bộ trao đổi nhiệt của nồi hơi.

Nếu nguồn cung cấp nhiệt ít hơn hoặc bằng nhu cầu nhiệt, hệ thống hoạt động trong phạm vi nhiệt độ khoảng 80 – 100 °C. Sự giãn nở và co lại của chất lỏng được xác định trong phạm vi hoạt động bởi lượng bức xạ mặt trời và nhiệt độ trong nồi hơi.

Ngay khi môi chất trong nồi hơi đạt đến nhiệt độ mong muốn, quá trình tuần hoàn sẽ dừng lại. Môi chất có trong bộ thu nhiệt lúc này sẽ nóng lên cho đến khi chuyển sang dạng hơi. Môi chất trong hệ thống năng lượng mặt trời chủ yếu là hỗn hợp nước và glycol.

Mặc dù (propylene) glycol có khả năng chịu được nhiệt độ cao nhưng nó sẽ làm hỏng cấu trúc không thể phục hồi ở nhiệt độ trên 150 °C. Điều này cũng có thể có tác động mạnh đến các thành phần khác của hệ thống. Do đó, điều quan trọng là phải giữ nhiệt độ dưới 150 °C.

Điều này được thực hiện bằng cách giữ áp suất trong hệ thống ở mức thấp sao cho môi chất chuyển sang trạng thái hơi ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ này. Ngay khi bộ thu nhiệt được làm đầy bằng hơi, hầu như không có nhiệt nào được truyền đi và nhiệt độ trong hệ thống không còn tăng nữa.

3. Áp suất càng thấp thì trạng thái hơi càng xuất hiện sớm

Hỗn hợp nước/glycol theo tỷ lệ 60/40 chuyển sang trạng thái hơi khi áp suất của bộ thu nhiệt là 5 bar và nhiệt độ là 160 °C. Khi áp suất bộ thu nhiệt khoảng 2,5 bar, môi chất chuyển sang pha hơi ở 140 °C.

4. Ảnh hưởng của bộ thu nhiệt đến kích thước của hệ thống bình giãn nở

Có nhiều kiểu thiết kế bộ thu nhiệt khác nhau, bao gồm các dạng trong đó chất lỏng nhanh chóng bị đẩy ra khỏi bộ thu nhiệt trong quá trình chuyển trạng thái và các dạng khác trong đó quá trình này được thực hiện rất chậm. Một số sơ đồ nguyên lý của các loại bộ thu nhiệt này được hiển thị trong hình dưới đây.

*Hình 3. Sơ đồ nguyên lý của một số loại bộ thu nhiệt*

Ba bộ thu nhiệt trên cùng có kết nối hồi lưu ở phía dưới và kết nối dòng chảy ở phía trên. Trong quá trình chuyển trạng thái, chất lỏng chỉ bị đẩy xuống dưới để chỉ một lượng nhỏ chất lỏng được chuyển thành hơi.

Trong ba bộ thu nhiệt dưới cùng, dòng chất lỏng chảy ngược bị ngăn cản bởi bọt hơi được tạo ra ở phía trên bộ thu nhiệt. Quá trình này biến một lượng rất lớn chất lỏng thành hơi, có thể tích lớn hơn nhiều so với chất lỏng. Do đó, phải có một cách để hấp thụ thể tích này ở đâu đó trong hệ thống - Bình giãn nở Flexcon Solar là giải pháp hoàn hảo.

5. Van an toàn

Van an toàn Prescor bằng đồng nối ren bảo vệ hệ thống khỏi áp suất không cho phép. Do đó, áp suất mở van không được cao hơn áp suất cho phép của các bộ phận khác.

Tìm hiểu về dòng Van an toàn bằng đồng Prescor Flamco cho hệ Heating/Cooling

Bình giãn nở trong hệ thống năng lượng mặt trời đảm bảo rằng van an toàn luôn đóng và áp suất tối đa trong bộ thu nhiệt được giới hạn. Việc này nhằm ngăn nhiệt độ của hỗn hợp nước/glycol tăng quá cao.

6. Vị trí lắp đặt của bình giãn nở trong hệ thống năng lượng mặt trời

Trong các hệ thống nhiệt trung tâm thông thường, bình giãn nở được đề xuất lắp đặt tại đường hồi lưu ở phía hút của máy bơm. Trong khi đó, Bình giãn nở Flexcon Solar trong hệ thống năng lượng mặt trời thường được đặt ở phía áp suất của máy bơm tuần hoàn (xem hình 2).

Điều này ngăn không cho hơi nước xâm nhập vào bình giãn nở càng nhiều càng tốt. Không nên có hơi trong bình giãn nở vì nhiệt độ cao của hơi nước sẽ làm hỏng màng.

III. Hệ thống nồi hơi năng lượng mặt trời với bộ thu nhiệt không tráng men

Một biến thể khác của hệ thống năng lượng mặt trời áp suất cao là hệ thống sử dụng bộ thu nhiệt không tráng men. Bộ thu nhiệt không tráng men được sử dụng trong những trường hợp không cần hoặc không muốn nhiệt độ cao, chẳng hạn như tái tạo nguồn nhiệt mặt đất cho máy bơm nhiệt, làm nóng nước hồ bơi, làm nguồn nhiệt cho hệ thống đệm băng hoặc làm nóng trước nước nóng trong nước sinh hoạt hoặc nước xử lý.

1. Ưu điểm và nhược điểm

Ưu điểm của bộ thu nhiệt không tráng men là chúng có hiệu quả tốt hơn ở nhiệt độ thấp hơn, dễ lắp đặt hơn, chất lỏng của bộ thu nhiệt không bị quá nóng và có thể lắp thêm vào kết cấu mái hoặc mặt tiền.

Một nhược điểm là hiệu quả bị giảm khi hệ thống phải chịu tác động của các yếu tố thời tiết như gió và khi hệ thống bị yêu cầu cung cấp nhiệt độ cao.

2. Phiên bản

Có nhiều phiên bản hệ thống khác nhau. Ví dụ, ống thu nhiệt mềm làm từ polyethylene, bộ trao đổi nhiệt đặc biệt làm từ polyethylene, ống thu nhiệt đặt trên mái nhà phẳng, ống thu nhiệt mềm hoặc ống thu nhiệt cứng dưới tấm nhôm hoặc kẽm. Cuối cùng, cũng có thể lựa chọn tấm thép không gỉ toàn phần có lớp phủ đặc biệt hấp thụ quang phổ ánh sáng mặt trời rộng nhất và tỏa ra ít nhiệt nhất có thể.

Việc lựa chọn phiên bản cụ thể phụ thuộc vào hiệu quả mong muốn. Ví dụ, tấm thép không gỉ có hiệu quả cao và các hệ thống sử dụng polyethylene có hiệu quả thấp hơn nhiều.

*Lắp đặt bình giãn nở Flexcon solar cho hệ thống năng lượng mặt trời*

3. Bình giãn nở cho hệ thống năng lượng mặt trời Flexcon Solar

Các bộ thu nhiệt không tráng men, tùy thuộc vào loại và vị trí lắp đặt, hoạt động trong phạm vi nhiệt độ từ ±4 đến 50 °C trong quá trình vận hành bình thường.

Các thiết bị này được tính toán như các thiết bị nhiệt trung tâm thông thường, có tính đến sự chênh lệch giữa nhiệt độ nạp, nhiệt độ tối thiểu bên ngoài và vị trí của bình giãn nở. Bình giãn nở này có thể được đặt ở đầu ra của máy bơm.

IV. Tính toán bình giãn nở trong hệ thống năng lượng mặt trời

Cần có một bảng tính để xác định kích thước của hệ thống giãn nở. Bảng tính này được thiết kế riêng cho các hệ thống nhiệt mặt trời có quy mô vừa và nhỏ. Các hệ thống này có diện tích bề mặt thu nhiệt khoảng 20 đến 40 m².

Nhìn chung, điều này có nghĩa là hệ thống được sử dụng tối đa để gia nhiệt nước sinh hoạt trong một tòa nhà chung cư. Trong các hệ thống lớn, hệ thống điều khiển cũng hoàn toàn khác biệt và cần phải liên kết kích thước của hệ thống giãn nở với hệ thống này.

*Hình 4. Tính toán bình giãn nở trong hệ thống năng lượng mặt trời*

Trước tiên, bảng tính yêu cầu người dùng nhập thông số về công suất của bộ thu nhiệt, đường ống và bộ trao đổi nhiệt. Những thông tin này rất quan trọng để xác định các mức tăng thể tích khác nhau. Sau đó, người dùng được yêu cầu nhập chiều cao tĩnh phía trên bình giãn nở. Điều này cũng rất quan trọng để lựa chọn áp suất trước phù hợp cho bình giãn nở.

Vì bình giãn nở nằm ở phía áp suất của máy bơm, nên bảng tính yêu cầu áp suất động của máy bơm. Tuy nhiên, nếu hơi có thể phát sinh trong hệ thống, thì áp suất động của máy bơm không quan trọng. Nếu hơi thực sự hình thành, thể tích hơi luôn lớn hơn thể tích được tính toán bổ sung tạo ra bởi áp suất động của máy bơm. Hơi chỉ được tạo ra trong máy bơm đã ngừng hoạt động; do đó, không cần thiết phải đưa cả hai vào phép tính.

Ngoài ra, bảng tính còn yêu cầu áp suất cài đặt của van an toàn. Điều này xác định áp suất cuối cùng tối đa cho phép trong hệ thống. Hệ số giãn nở của môi chất trong hệ thống được tự động đặt thành 10%. Giá trị này được xác định sau khi Flamco tham khảo ý kiến của Solarpraxis AG tại Berlin. Có rất nhiều loại hỗn hợp glycol tiêu chuẩn có sẵn, tất cả đều có hệ số giãn nở khác nhau. Với nồng độ 10%, có thể sử dụng cho mọi hỗn hợp.

Có thể chọn cài đặt 0,5 bar cho áp suất tối thiểu tại điểm cao nhất của hệ thống. Áp suất tối thiểu cao hơn dẫn đến hiệu ứng hữu ích thấp hơn và do đó dung tích bình giãn nở lớn hơn.

Vì hệ thống được lắp đặt ở nhiệt độ môi trường xung quanh và nhiệt độ có thể giảm xuống -20 °C, thể tích của môi chất cũng có thể giảm. Sự giảm thể tích này ước tính là 3%. Do đó, bình giãn nở phải đủ lớn để cung cấp lại thể tích nước này cho hệ thống.

Cuối cùng, phải nhập thông tin hệ thống có thể chuyển sang trạng thái hơi (hoàn toàn hay một phần).

Điểm này phải được kiểm tra và nhập thật cẩn thận. Loại bộ thu nhiệt đóng vai trò quan trọng trong việc này (xem hình 3). Khi sử dụng bộ thu nhiệt khó thoát nước, thì bảng tính sẽ hỏi xem loại hệ thống nào đang được xem xét (chỉ nước sinh hoạt, nước sinh hoạt và hệ thống nhiệt trung tâm, nước sinh hoạt và hệ thống nhiệt trung tâm trên gác xép, hoặc loại khác). Các giá trị được sử dụng để tính toán được đưa ra sau khi tham khảo ý kiến của Solarpraxis AG.

Sau đó, bảng tính cung cấp kết quả cùng với lời giải thích ngắn gọn về các giá trị được sử dụng và khuyến nghị về bình giãn nở để sử dụng. Bảng tính dành cho các hệ thống nồi hơi năng lượng mặt trời quy mô vừa và nhỏ. Bảng lựa chọn sẽ không còn phù hợp khi công suất tăng lên và có thể đưa ra lời khuyên không chính xác. Do đó, bạn nên luôn cảnh giác về tính hợp lý của kết quả.

*Hình 4.1 Kết quả tính toán bình giãn nở trong hệ thống năng lượng mặt trời*

Kết luận

Flamco Hà Lan là nhà sản xuất bình giãn nở, hệ thống điều áp tách khử khí lớn nhất thế giới, và được xem là chất lượng hàng đầu trong lĩnh vực. Bình giãn nở hay cũng được gọi là bình tích áp theo cách gọi phổ biến được xem là không thể thiếu cho bất kỳ hệ thống bơm nào, đặc biệt là hệ thống kín như hệ thống năng lượng mặt trời bởi những lợi ích to lớn mà chúng mang lại như giúp ổn định áp lực, tránh được những rò rỉ cho hệ thống do quá áp gây ra, đồng thời ổn định cho hệ thống bơm, giúp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống năng lượng mặt trời. Hiện PGTECH đang là đại diện chính thức của Flamco Hà Lan, cung cấp hàng ngàn chiếc bình giãn nở ra thị trường mỗi năm, mang lại giá trị to lớn về mặt giá trị đầu tư và giải pháp cơ điện cho thị trường.

PGTech Co., Ltd - Nhà phân phối các thiết bị, sản phẩm công nghiệp uy tín hàng đầu tại Việt Nam và các nước trong Khu Vực

Ban Biên Tập Tin Tức: PGTECH

Kỹ Sư: Mạnh Thắng

PGTECH CO., LTD

VPGD: Tầng 3, Tòa Nhà C14-CT2, Bắc Hà, Bộ Công An, Đường Tố Hữu, Nam Từ Liêm, HN.