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解決方案

太陽能熱水器的防凍解決方案

作者:    發布時間:2017-09-21    點擊次數:0次

 

現市場上銷售的太陽能熱水器(系統)分為一體機和分體機,主要的區別在于一體機的儲水箱和集熱器組合成一體,而分體機是儲水箱和集熱器分離。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、儲水箱防凍主要方法:

①自動低溫保護(電加熱+溫控儀)。

當儲水箱內的溫度低于設定值時電加熱啟動,達到設定溫度時電加熱停止,此過程自動控制。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水箱中的水放空,并保持放水閥常開,這樣就不會使熱水器被凍壞。但此方法缺點是冬季無法使用熱水,影響生活質量,不建議采用。

③真空管的抗凍性。

正常情況下真空管內的水散熱很慢,就是結冰也是從下往上順序結冰(因為水溫不同比重就不同,在一定溫度范圍、現場情況下,真空管下部的水先結冰),所以真空管不易凍壞。真空管有真空夾層,結冰速度非常緩慢,此項目在-20℃的實驗室得到驗證,多年來一體機在市場上的大量應用也是有力的證明。但真空管夾層漏氣、真空度不夠或真空管玻璃應力集中、微裂紋等質量問題極易造成真空管被凍裂。

試驗結果證明真空管不易被凍壞,但不是說永遠凍不壞。眾所周知,水在4℃時密度大,體積小。在常壓下,水在0℃開始結冰,并且0℃的冰體積比0℃的水體積增大10%左右;結冰后,體積會隨著溫度的繼續下降而逐漸增大,所以,真空管內的水結成冰后若繼續冷凍下去的話,遲早會被冰漲裂。通過實驗表明,在-20℃以下的冷凍室內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冷凍三天管子沒有發生損壞,但到第四天有個別管子開始因冰膨漲而破裂。

另外,經實際使用證實,冬季北方下雪后,真空管長期被積雪覆蓋,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行),可有效的保護真空管,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相應升高,當到達一定溫度時,電阻會足夠大,PTC材料相當于斷路狀態,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(不同廠家不同規格的電伴熱帶產品最高溫度會有所不同)。

電伴熱帶結構示意圖如圖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管路防凍的常用方法,實際使用中要注意伴熱帶單根使用長度不能超過規定值、電源線容量選擇要符合規范要求、電源線和伴熱帶接頭要符合相應規范、需防凍管路通徑和伴熱帶功率匹配要合適、伴熱帶保溫系統要加裝漏電保護插頭或設置保險熔斷器等。

②管路排空防凍。

(a)現市場上常用的有排空閥技術,在熱水器出口安裝一臺排空設備(一般用電動三通閥),用水點安裝一臺排空控制器,每次使用熱水后,按下自動排空按鈕,排凈管道積水,下次用水時按下用水按鈕,流出熱水。達到冬天不凍管路的目的。

排空閥防凍原理如圖3所示。

實際安裝時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凍,影響使用效果(照樣放不出熱水)甚至把排空閥凍壞(現階段實際使用的排空閥多次出現此類狀況)。

輸水管自始至終不能有“U”形彎,以避免彎內積水而被凍結。

另外,用排空閥在一定程度上可以實現即開即熱、管路防凍,但不能節水,因為不用排空閥需用水前放出管路冷水,用排空閥是用水后放出管路內的存水。

(b)如果管道在安裝時沒有反坡的話,冬季來臨前,可將熱水器放空,并保持放水閥常開,這樣就不會使管道凍結。這種方法可靠,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。

適用于一次集熱循環系統和帶管道循環的用水系統。原理是在管道上設置一測溫點,當該點溫度低于設定值時,循環泵啟動,防凍循環開始運行,溫度升高到設定值時循環泵停止運行(一般啟動溫度設定為5℃,停止溫度設定為10℃)。

④滴水防凍。

當氣溫降到一定溫度時,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,使其慢慢滴水,以保持管道內水的流動,滴水速度要根據當地最低溫度和水箱內儲水溫度決定(一般靠經驗設置)。此方法效果明顯、不需要增加投資和改動設備,但以浪費水資源為代價(滴水能有效利用除外)。

另外,用水承壓熱水系統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。

分體二次系統集熱循環管路內一般要用防凍液作為導熱介質,可有效解決冬季結凍問題。防凍液選擇上要注意防凍液的使用冰點溫度(濃度配比)、對管路的腐蝕性、一旦泄漏對人的傷害等,使用過程中要定期檢測液體的冰點溫度、色澤、損耗量。

海爾分體系統、陽臺機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,較高的沸點,較好的金屬防腐性、防氣蝕性和防結垢性,對環境污染極??;外觀色澤透明、無機械雜質、無毒、藥效持久、貯存期長、可在集熱循環系統內連續工作2~3年仍可使用的綜合性能。

乙二醇、丙二醇防凍液冰點與溶液濃度關系見圖6。

三、小結

現階段一次集熱系統,防凍方法較多使用管道循環和電加熱輔助、電伴熱帶;二次集熱系統用防凍液作為導熱介質來保護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。

另外有一些科研機構正在試驗用熱管給管道加熱,研究開發新材料,從而避免管路結冰后易于凍壞,我們期待在此技術上,行業技術人員共同努力,推動太陽能熱水器(系統)防凍技術的不斷發展。


 

 

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