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太阳能热水器的防冻解决方案 Technology 技术太阳能与热泵热水器专题 太阳能热水器的防冻解决方案 海尔热水器有限公司太阳能开发部刘桂永庄长宇姜立军李伟 64家电科技 现市场上销售的太阳能热水器(系统) 分为一体机和分体机,主要的区别在于一体机 的储水箱和集热器组合成一体,而分体机是储 水箱和集热器分离.由于我国冬季南北温差很 大,凶此,太阳能热水器在北方冬季使用都有 防冻问题需要考虑,解决. 一 ,储水箱防冻主要方法: ①自动低温保护(电加热+温控仪). 当储水箱内的温度低于设定值时电加热启 动,达到设定温度时电加热停止,此过程自动 控制.这是目前很多厂家普遍使用的方法. ②放空防冻. 冬季来临之前可将热水器储水箱中的水放 空,并保持放水阀常开,这样就不会使热水器 玻冻坏.但此方法缺点是冬季无法使用热水, 影响生活质量,不建议采用. ③真空管的抗冻性. 正常情况下真空管内的水散热很慢,就 是结冰也是从下往上顺序结冰(因为水温不同 比重就不同,在一定温度范围,现场情况_卜, 真空管下部的水先结冰),所以真空管不易冻 坏.真空管有真空夹层,结冰速度非常缓慢, 此项目在一20~C的实验事得到验证,多年来一 体机在市场上的大量应用也是有力的证明.但 真空管夹层漏气,真空度不够或真空管玻璃应 力集中,微裂纹等质量问题极易造成真空管被 冻裂. 试验结果证明真空管不易被冻坏,但不 是说永远冻不坏.众所周知,水在4℃时密度 最大,体积最小.在常压下,水在0℃开始结 冰,并且0℃的冰体积比0℃的水体积增大1o% 左右;结冰后,体积会随着温度的继续下降而 逐渐增大,所以,真空管内的水结成冰后若继 续冷冻r去的话,迟早会被冰涨裂.通过实验 表明,在一2O℃以下的冷冻室内冷冻装满水的 真空管,把El部保温做好,抽真空度低的管子 连续冷冻三天管子没有发生损坏,但到第四天 有个别管子开始因冰膨涨而破裂. 另外,经实际使用证实,冬季北方下雪 后,真空管长期被积雪覆盖,易造成管子破 裂,所以建议下大雪后有条件的应尽快把集热 器上的积雪扫除(此工作要在有效保证操作人 员人身安全的情况下进行),可有效的保护真 空管,这也是近几年全玻璃真空管太阳能热水 器几乎都不使用背板(反射板),避免积雪的 主要原因之一. 二,管路防冻的主要方法 ①伴热带防冻. 自限温电伴热带是用PTC材料制成,PTC 材料的特性是随温度的升高电阻也会相应升 高,当到达一定温度时,电阻会足够大,PTC 材料相当于断路状态,几乎没有电流通过, 通常电伴热带最高温度维持在70度左右(不 同厂家不同规格的电伴热带产品最高温度会 有所不同). 电伴热带结构示意图如图l所示,电伴热 带随管路温度升高功率的变化曲线如图2. 目前电伴热带是北方地区管路防冻的最 常用的方法,实际使用中要注意伴热带单根使 用长度不能超过规定值,电源线容量选择要符 合规范要求,电源线和伴热带接头要符合相应 规范,需防冻管路通径和伴热带功率匹配要合 适,伴热带保温系统要加装漏电保护插头或设 置保险熔断器等. ②管路排空防冻. (a)现市场上常用的有排空阀技术,在 热水器出口安装一台排空设备(一般用电动三 通阀),用水点安装一台排空控制器,每次使 用热水后,按下自动排空按钮,排净管道积 水,下次用水时按下用水按钮,流出热水.达 到冬天不冻管路的目的. 排空阀防冻原理如图3所示. / 实际安装时要特别注意阀体周围,阀体与 水箱之间必须把保温做好,留空隙,并固定 好,防止阀芯因保温不好而结冻,影响使用效 果(照样放不出热水)甚至把排空阀冻坏(现 阶段实际使用的排空阀多次出现此类状况). 输水管自始至终不能有u形弯,以避免弯 内积水而被冻结. 另外,用排空阀在一定程度上可以实现即 开即热,管路防冻,但不能节水,因为不用排 空阀需用水前放管路冷水,用排空阀是用水 后放出管路内的存水. (b)如果管道在安装时没有反坡的话, 冬季来临前,可将热水器放空,并保持放水阀 常开,这样就不会使管道冻结.这种方法最 可靠,但影响太阳能利用,甚至降低生活舒适 度,不推荐使用. ⑧管道循环. 适用于一次集热循环系统和带管道循环的 用水系统.原理是在管道上设置一测温点,当 该点温度低于设定值时,循环泵启动,防冻循 环开始运行,温度升高到设定值时循环泵停止 厨I-髓磕鳓蠹翻际曩曩一擘00◆|lll 亨 一l元件下善的f遣井■甩知热毫囊 运行(一般启动温度设定为5℃,停止温度设 定为10℃). ④滴水防冻. 当气温降到一定温度时,用完热水后, 将水箱上满水,此后在喷头或水龙头下接一 水盆,把热水阀打开一点,使其慢慢滴水,以 保持管道内水的流动,滴水速度要根据当地最 低温度和水箱内储水温度决定(一般靠经验设 置).此方法效果明显,不需要增加投资和改 动设备,