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1太陽能熱水系統常用防凍方法

1.1管路排空防凍

管路排空防凍是當集熱器管路可能會有凍結發生時，通過控制裝置將太陽能集熱系統中的水排空。但目前應用的集熱器大都無法做到全排空，以平板太陽能集熱器為例，其結構為集排管形式（如圖1所示），排管管徑較小（一般為8mm左右），集管管徑較大（一般為22mm左右），集熱器內管道粗細變化多，不可能形成真正的同平面，所以無法做到全排空，系統內存水是必然的。且銅管管壁很薄（一般在0.4mm-0.6mm之間），當室外溫度低于0℃時，一但存水結冰，管子很容易凍裂，造成整塊集熱器損壞，進而影響整個熱水系統的運行。有些玻璃真空管系統也采用全力排空，即是犧牲集熱性能的無奈之舉。因為玻璃管是通過水的對流集熱的，必須有一定傾斜度才有效。為了能排空水，玻璃管要么橫置，要么反向斜置，這都會大大降低其集熱效率.

 

1.2防凍液二次換熱防凍

太陽能熱水系統防凍的主流是防凍液二次換熱、防凍法。該方法是將循環管路內的介質替換為防凍液，與儲熱保溫水箱進行二次換熱。由于防凍液通常帶有腐蝕性，因此系統采用的熱交換器一般需用雙層結構以免污染生活熱水或防止生活熱水進入防凍液對防凍液的供能產生影響，并且防凍液需根據生產商要求定期更換。因此，系統的成本及維護費用大大增加。另外，二次換熱系統將導致系統熱效率降低。而白天集熱系統啟動時防凍液預熱同樣需要消耗太陽能，進一步降低了系統的集熱效率。

1.3管路循環防凍

管路循環防凍是在管道內水溫低于一定數值時，自動開啟循環泵，將太陽能保溫水箱內水溫較高的熱水換入管道內，以保障管道內的水溫不低于冰點。

該方法用于防凍的額外電能損耗較大，經濟性較低的地區。在寒冷地區，出現控制故障或斷電情況下，防凍系統自動癱瘓，整個太陽能管道將面臨凍裂的巨大風險。

1.4伴熱帶防凍

電伴熱采用電加熱的形式保持管道溫度，主要用于玻璃管系統的防凍。但該方法耗電，因而很不經濟，且存在安全隱患，電接頭老化易引起火災。

綜上所述，針對目前太陽能熱水系統冬季結凍問題，盡管已有多種解決方法，但都存在缺點，不能從根本上解決。

2基于微熱管陣列新型平板太陽能集熱系統防凍方法及其分析

微熱管陣列平板太陽能集熱器系統，因微熱管陣列可耐-100℃以下低溫，板芯有好的抗凍能力。同時，獨特的干式接觸式換熱水管（唯一一根承壓主管）既能抗凍（滿水狀態可抗-15℃低溫），更容易做到全排空防凍，無需使用防凍液，將其應用于太陽能熱水系統中，可克服目前廣泛應用的太陽能集熱器系統中相應的抗凍能力差、效率低、維護成本高等缺點和問題。

 

 

 

圖2微熱管陣列平板太陽能熱水系統熱性能測試結果

圖3微熱管材料

圖2為基于微熱管技術的新型平板太陽能集熱器系統某日的熱性能測試結果，該系統由2m2集熱器與160L保溫水箱組成。由圖a可知，水箱內水溫持續升高，15：30 時達到最大值50.5℃。即使在太陽輻射強度與環境溫度較低（08:00-09:00）的情況下，水溫仍升高較快，說明微熱管陣列在較低溫度下仍能啟動，集熱器運行良好。由圖b可知，熱水系統的有效得熱量與逐時效率均有先增大再減小的趨勢，在12：00左右，有效得熱量達到最大值2.2MJ，而在10：30左右，逐時效率達到最大值74.9%。經計算，測試熱水系統的日有效得熱量為11.3 MJ/m2，優于國家標準要求值61.4%。當日日平均效率為66.1%。可見，基于微熱管陣列的平板太陽能熱水器系統性能優異。目前，該系統已在內蒙古、青海、新疆、黑龍江等極端寒冷地域、海南等高溫氣候地域以及全國各地得到了廣泛的應用（最長已有緣年以上）。在北京工業大學的長時間連續實驗跟蹤檢測（2008年3月開始至今）及實際應用結果表明，集熱器性能穩定可靠。

圖4微熱管背板

圖5微熱管平板集熱器

3結論

本文在分析現有太陽能熱水系統優缺點的基礎上，介紹了基于微熱管陣列的太陽能集熱器的熱水系統與性能，實踐表明：基于微熱管陣列技術的平板太陽能熱水系統具有抗凍性能好、承壓能力強、無炸裂、質輕、易與建筑相結合等特點。具有國際領先的抗凍性能，該系統可克服目前太陽能熱水系統抗凍能力差、效率低、維護成本高等問題，是真正具有免維護或很少維護的太陽能集熱系統。

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