太陽能熱水器的防凍解決方案

現(xiàn)市場(chǎng)上銷售的太陽能熱水器(系統(tǒng))分為一體機(jī)和分體機(jī)，主要的區(qū)別在于一體機(jī)的儲(chǔ)水箱和集熱器組合成一體，而分體機(jī)是儲(chǔ)水箱和集熱器分離。由于我國冬季南北溫差很大，因此，太陽能熱水器在北方冬季使用都有防凍問題需要考慮、解決。

一、儲(chǔ)水箱防凍主要方法：

①自動(dòng)低溫保護(hù)(電加熱+溫控儀)。

當(dāng)儲(chǔ)水箱內(nèi)的溫度低于設(shè)定值時(shí)電加熱啟動(dòng)，達(dá)到設(shè)定溫度時(shí)電加熱停止，此過程自動(dòng)控制。這是目前很多廠家普遍使用的方法。

②放空防凍。

冬季來臨之前可將熱水器儲(chǔ)水箱中的水放空，并保持放水閥常開，這樣就不會(huì)使熱水器被凍壞。但此方法缺點(diǎn)是冬季無法使用熱水，影響生活質(zhì)量，不建議采用。

③真空管的抗凍性。

正常情況下真空管內(nèi)的水散熱很慢，就是結(jié)冰也是從下往上順序結(jié)冰(因?yàn)樗疁夭煌戎鼐筒煌谝欢囟确秶?、現(xiàn)場(chǎng)情況下，真空管下部的水先結(jié)冰)，所以真空管不易凍壞。真空管有真空夾層，結(jié)冰速度非常緩慢，此項(xiàng)目在-20℃的實(shí)驗(yàn)室得到驗(yàn)證，多年來一體機(jī)在市場(chǎng)上的大量應(yīng)用也是有力的證明。但真空管夾層漏氣、真空度不夠或真空管玻璃應(yīng)力集中、微裂紋等質(zhì)量問題極易造成真空管被凍裂。

試驗(yàn)結(jié)果證明真空管不易被凍壞，但不是說永遠(yuǎn)凍不壞。眾所周知，水在4℃時(shí)密度最大，體積最小。在常壓下，水在0℃開始結(jié)冰，并且0℃的冰體積比0℃的水體積增大10%左右;結(jié)冰后，體積會(huì)隨著溫度的繼續(xù)下降而逐漸增大，所以，真空管內(nèi)的水結(jié)成冰后若繼續(xù)冷凍下去的話，遲早會(huì)被冰漲裂。通過實(shí)驗(yàn)表明，在-20℃以下的冷凍室內(nèi)冷凍裝滿水的真空管，把口部保溫做好，抽真空度低的管子連續(xù)冷凍三天管子沒有發(fā)生損壞，但到第四天有個(gè)別管子開始因冰膨漲而破裂。

另外，經(jīng)實(shí)際使用證實(shí)，冬季北方下雪后，真空管長(zhǎng)期被積雪覆蓋，易造成管子破裂，所以建議下大雪后有條件的應(yīng)盡快把集熱器上的積雪掃除(此工作要在有效保證操作人員人身安全的情況下進(jìn)行)，可有效的保護(hù)真空管，這也是近幾年全玻璃真空管太陽能熱水器幾乎都不使用背板(反射板)，避免積雪的主要原因之一。

二、管路防凍的主要方法

①伴熱帶防凍

自限溫電伴熱帶是用PTC材料制成，PTC材料的特性是隨溫度的升高電阻也會(huì)相應(yīng)升高，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定溫度時(shí)，電阻會(huì)足夠大，PTC材料相當(dāng)于斷路狀態(tài)，幾乎沒有電流通過，通常電伴熱帶最高溫度維持在70度左右(不同廠家不同規(guī)格的電伴熱帶產(chǎn)品最高溫度會(huì)有所不同)。

電伴熱帶結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，電伴熱帶隨管路溫度升高功率的變化曲線如圖2。

目前電伴熱帶是北方地區(qū)管路防凍的最常用的方法，實(shí)際使用中要注意伴熱帶單根使用長(zhǎng)度不能超過規(guī)定值、電源線容量選擇要符合規(guī)范要求、電源線和伴熱帶接頭要符合相應(yīng)規(guī)范、需防凍管路通徑和伴熱帶功率匹配要合適、伴熱帶保溫系統(tǒng)要加裝漏電保護(hù)插頭或設(shè)置保險(xiǎn)熔斷器等。

②管路排空防凍。

(a)現(xiàn)市場(chǎng)上常用的有排空閥技術(shù)，在熱水器出口安裝一臺(tái)排空設(shè)備(一般用電動(dòng)三通閥)，用水點(diǎn)安裝一臺(tái)排空控制器，每次使用熱水后，按下自動(dòng)排空按鈕，排凈管道積水，下次用水時(shí)按下用水按鈕，流出熱水。達(dá)到冬天不凍管路的目的。

排空閥防凍原理如圖3所示。

實(shí)際安裝時(shí)要特別注意閥體周圍、閥體與水箱之間必須把保溫做好，不留空隙，并固定好，防止閥芯因保溫不好而結(jié)凍，影響使用效果(照樣放不出熱水)甚至把排空閥凍壞(現(xiàn)階段實(shí)際使用的排空閥多次出現(xiàn)此類狀況)。[!--empirenews.page--]

輸水管自始至終不能有“U”形彎，以避免彎內(nèi)積水而被凍結(jié)。

另外，用排空閥在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)即開即熱、管路防凍，但不能節(jié)水，因?yàn)椴挥门趴臻y需用水前放出管路冷水，用排空閥是用水后放出管路內(nèi)的存水。

(b)如果管道在安裝時(shí)沒有反坡的話，冬季來臨前，可將熱水器放空，并保持放水閥常開，這樣就不會(huì)使管道凍結(jié)。這種方法最可靠，但影響太陽能利用、甚至降低生活舒適度，不推薦使用。

③管道循環(huán)。

適用于一次集熱循環(huán)系統(tǒng)和帶管道循環(huán)的用水系統(tǒng)。原理是在管道上設(shè)置一測(cè)溫點(diǎn)，當(dāng)該點(diǎn)溫度低于設(shè)定值時(shí)，循環(huán)泵啟動(dòng)，防凍循環(huán)開始運(yùn)行，溫度升高到設(shè)定值時(shí)循環(huán)泵停止運(yùn)行(一般啟動(dòng)溫度設(shè)定為5℃，停止溫度設(shè)定為10℃)。

④滴水防凍。

當(dāng)氣溫降到一定溫度時(shí)，用完熱水后，將水箱上滿水，此后在噴頭或水龍頭下接一水盆，把熱水閥打開一點(diǎn)，使其慢慢滴水，以保持管道內(nèi)水的流動(dòng)，滴水速度要根據(jù)當(dāng)?shù)刈畹蜏囟群退鋬?nèi)儲(chǔ)水溫度決定(一般靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)置)。此方法效果明顯、不需要增加投資和改動(dòng)設(shè)備，但以浪費(fèi)水資源為代價(jià)(滴水能有效利用除外)。

另外，用水承壓熱水系統(tǒng)可用防凍閥排水防凍，連接如圖4所示，防凍原理如圖5。

⑤防凍液防凍。

分體二次系統(tǒng)集熱循環(huán)管路內(nèi)一般要用防凍液作為導(dǎo)熱介質(zhì)，可有效解決冬季結(jié)凍問題。防凍液選擇上要注意防凍液的使用冰點(diǎn)溫度(濃度配比)、對(duì)管路的腐蝕性、一旦泄漏對(duì)人的傷害等，使用過程中要定期檢測(cè)液體的冰點(diǎn)溫度、色澤、損耗量。

海爾分體系統(tǒng)、陽臺(tái)機(jī)用的是丙二醇防凍液，液體中加入了防凍劑、緩蝕劑、消泡劑、著色劑、防霉劑、緩沖劑等;具有較低的冰點(diǎn)，較高的沸點(diǎn)，較好的金屬防腐性、防氣蝕性和防結(jié)垢性，對(duì)環(huán)境污染極小;外觀色澤透明、無機(jī)械雜質(zhì)、無毒、藥效持久、貯存期長(zhǎng)、可在集熱循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)連續(xù)工作2～3年仍可使用的綜合性能。

乙二醇、丙二醇防凍液冰點(diǎn)與溶液濃度關(guān)系見圖6。

三、小結(jié)

現(xiàn)階段一次集熱系統(tǒng)，防凍方法較多使用管道循環(huán)和電加熱輔助、電伴熱帶;二次集熱系統(tǒng)用防凍液作為導(dǎo)熱介質(zhì)來保護(hù)集熱器和集熱管路附件;普通一體式太陽能管路防凍普遍使用的是電伴熱帶。

另外有一些科研機(jī)構(gòu)正在試驗(yàn)用熱管給管道加熱，研究開發(fā)新材料，從而避免管路結(jié)冰后易于凍壞，我們期待在此技術(shù)上，行業(yè)技術(shù)人員共同努力，推動(dòng)太陽能熱水器(系統(tǒng))防凍技術(shù)的不斷發(fā)展。