太陽(yáng)能上水管防凍裝置研究

宋玉靜 劉洪武 劉玉慧

（臨沂大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，山東 臨沂 276005）

太陽(yáng)能熱水器具有節(jié)能環(huán)保、使用方便、使用成本低等諸多優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)有著很高的普及率，給人們的生活帶來(lái)了很大的方便，但在廣大的北方地區(qū)，由于冬季的嚴(yán)寒，會(huì)導(dǎo)致太陽(yáng)能暴露在室外的上水管部分因結(jié)冰而凍裂，用戶在冬季就不得不將太陽(yáng)能的水放空，降低了太陽(yáng)能的利用率。通過(guò)安裝太陽(yáng)能熱水器上下水管防凍裝置提高了太陽(yáng)能的利用率，從而減少了用戶因使用熱水額外增加的能源消耗，也能避免因上水管部分結(jié)冰凍裂產(chǎn)生的維修費(fèi)用，降低了生活成本，也能為降低碳排放做出貢獻(xiàn)。

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在市面的太陽(yáng)能上水管防凍裝置主要有在室外管道上纏伴熱線和介質(zhì)防凍。纏伴熱線的方法存在安全隱患，使用不當(dāng)容易漏電起火，會(huì)給人們帶來(lái)更大的損失；而介質(zhì)防凍裝置一是比較復(fù)雜麻煩，二是價(jià)格偏高；另外，還有排空閥等，而排空閥的缺點(diǎn)是防凍不夠全面，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，即使管道里面沒(méi)水也會(huì)因?yàn)闇囟冗^(guò)低而凍裂，而且要買專用的排空閥。

現(xiàn)提出的實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱水器上下水管道防凍裝置的工作原理，即在太陽(yáng)能水箱一側(cè)的上部連接有支管路，支管路的上端連接有溢水管，支管路上連接有水壓緩沖裝置，水壓緩沖裝置兩端的內(nèi)徑小于支管路的內(nèi)徑；支管路下端連通主管路；在主管路上安裝液壓泵，通過(guò)太陽(yáng)能電池板提供電力，用液壓泵使太陽(yáng)能水箱中的熱水在管路中緩慢流動(dòng)，從而使管道溫度不致于過(guò)低，起到防止結(jié)冰的效果。其原理圖如圖1所示。

單片機(jī)9安裝在室內(nèi)墻壁上，通過(guò)內(nèi)部程序來(lái)控制液壓泵級(jí)二位二通電磁換向閥的動(dòng)作，具體過(guò)程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)每隔一段時(shí)間（如30分鐘）發(fā)出一個(gè)信號(hào)，通過(guò)電線8傳給液壓泵及安在支管道連接熱水器部位的二位二通電磁換向閥，液壓泵通電工作，二位二通電磁換向閥為常閉狀態(tài)，收到此時(shí)信號(hào)后換向，閥門打開(kāi)，30秒后單片機(jī)發(fā)出中斷信號(hào)，液壓泵和二位二通電磁換向閥停止工作，恢復(fù)常態(tài)，這為一次循環(huán)完成，再30分鐘后執(zhí)行下一次循環(huán)，通過(guò)熱水在管道內(nèi)的流動(dòng)保持管道溫度，起到防凍的效果。在單片機(jī)內(nèi)多寫(xiě)入幾段不同的程序，時(shí)間可以設(shè)定為30分鐘、1小時(shí)、2小時(shí)等，在單片機(jī)外殼上會(huì)設(shè)有相應(yīng)的按鈕，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇合適的時(shí)間。

圖1

太陽(yáng)能上水管防凍裝置，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)錢便宜，使用安全方便，只要太陽(yáng)能中有熱水就能達(dá)到防凍效果，而且還可以起到排空閥的作用，當(dāng)碰到連續(xù)陰天的天氣，太陽(yáng)能中沒(méi)有熱水了，只要斷開(kāi)太陽(yáng)能電池與單片機(jī)，打開(kāi)水龍頭將管道內(nèi)的水全部放掉，一樣可以起到防凍效果。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查還有網(wǎng)絡(luò)及各方面查詢，結(jié)合現(xiàn)在家庭對(duì)太陽(yáng)能的需求，此款太陽(yáng)能上水管防凍裝置有很大的推廣前景，它可以應(yīng)用于任何品牌類型的太陽(yáng)能。