高寒型太陽能熱水系統(tǒng)設(shè)計改進

路靈 薛明波

皇明太陽能股份有限公司 山東德州 253000

國家工信部出臺了《關(guān)于促進太陽能熱水器行業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)意見》,指導(dǎo)意見提出提升技術(shù)與裝備水平、推動產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、加大市場拓展力度、健全售后服務(wù)體系等七項任務(wù)。目前，我國城鄉(xiāng)居民對洗浴熱水的需求增長迅猛，在農(nóng)村地區(qū)和中小城市，太陽能熱水器也已經(jīng)成為提高人民生活質(zhì)量、全面建設(shè)小康社會的重要手段。隨著社會的發(fā)展，人民生活水平的提高，消費者的消費觀也發(fā)生了微妙的變化，價格不再是左右消費的絕對因素，質(zhì)量的好壞，產(chǎn)品的人性化以及服務(wù)滿意程度已成為消費時的主要考量。

給予以上需求，本文針對太陽能熱水系統(tǒng)在高寒區(qū)域冬季使用問題進行分析和改進設(shè)計。

1 面臨的問題

高寒區(qū)域（如東北、北疆、內(nèi)蒙古等）冬季氣溫-20℃以下，常規(guī)太陽能熱水系統(tǒng)在冬季使用過程中會有一定的問題。通過對東北區(qū)域的實地調(diào)查，走訪黑吉遼及內(nèi)蒙古寒冷區(qū)域部分經(jīng)銷商和用戶，目前產(chǎn)品存在冬天不好用的問題，

（1）真空管漏水，東北區(qū)域銷售的產(chǎn)品有熱管和真空管式兩種，使用真空管走水式熱水器時，連續(xù)陰雪低溫天氣可能直接導(dǎo)致真空管內(nèi)的水結(jié)冰，漲破真空管，導(dǎo)致破損，給用戶帶來損失；真空管內(nèi)走水，如果用戶操作不當(dāng)白天上水，就有可能炸管，漏水。使用熱管熱水器時，真空管內(nèi)不走水，由于熱管結(jié)構(gòu)不合理，高溫密封帽在長期使用后，受內(nèi)管里熱空氣壓力，會沿著熱管運動，時間長了會裂，進而水箱內(nèi)的水就會滲入進入真空管內(nèi)，冬季就會出現(xiàn)結(jié)冰、炸管等一系列問題。

（2）熱水量不夠，容量偏小，不能滿足用戶大水量要求。

（3）冬季時間長，積雪較厚，整個冬天積雪不會融化，熱水器在樓頂，有可能被積雪覆蓋，影響集熱效果，造成水不熱。

（4）管路凍堵的現(xiàn)象比較嚴重；防凍帶著火等。危機到用戶人身和財產(chǎn)安全問題。

2 解決措施

根據(jù)市場調(diào)研結(jié)果，需要開發(fā)一款大容量的，支腿加高的太陽能熱水系統(tǒng)，滿足用戶冬天用熱水需求。而且要系統(tǒng)化設(shè)計，標(biāo)準(zhǔn)化安裝。

（1）開發(fā)大容量太陽能熱水器，容量為主推280L、360L，滿足冬天用戶對熱水的需求。

（2）支腿加高，熱水器的支撐面加高加厚處理，高于屋面35cm,集熱器角度加大，集熱器上積雪容易滑落，減少冬季積雪對產(chǎn)品集熱性能的影響。

（3）集成自動閥+熱納傳感器+溢流管，三重防護，防止漏水，用水更安全。集成自動閥浮子材料改進設(shè)計，原來浮球閥浮子為塑料材料，空心結(jié)構(gòu)，使用時間長了由于塑料的呼吸作用里面容易進水，進水后重力增加，拉力減少，浮球閥閥芯不能關(guān)閉，上水不止，改為汽車油箱里使用的橡塑發(fā)泡材質(zhì)，實心結(jié)構(gòu)，吸水率極低，耐高溫，此方案理論上可以解決浮球進水問題。

（4）熱管組件+盲管，盲管跟膠圈密封，膠圈處溫度降低，有效解決水箱管口膠圈老化而導(dǎo)致漏水問題。用現(xiàn)有58管膠圈，加盲管，保證與現(xiàn)有水箱的通用性。

目前，市場上關(guān)于水箱和熱管組件密封結(jié)構(gòu)裝置有不少，但是結(jié)構(gòu)都挺復(fù)雜，比如：在水箱安裝螺紋件利用螺紋連接將熱管組件和水箱密封，這樣長時間使用不能保證其密封性。在水箱口安裝的密封膠圈直接和熱管接觸容易造成高溫老化現(xiàn)象，制作不易且成本較高，在制作密封件時工藝過于復(fù)雜，所用材料過多使得成本加大。市場上還有的直接就是用密封膠圈連接水箱和熱管組件，這樣雖然成低，但是密封性太差，需要頻繁更換密封膠圈，多次更換就會使得成本加大，而且沒有安全保障，可能會經(jīng)常漏水。

新結(jié)構(gòu)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于水箱和熱管組件密封連接的裝置，解決了熱管組件和密封膠圈直接接觸的問題，簡單實用，安裝方便，不僅具有良好的密封效果，更具有良好導(dǎo)熱性和散熱性，有效緩解了高溫老化問題，同時增加了密封膠圈的使用壽命。

工作原理為：首先將密封膠塞4固定在真空管5口處，熱管3、密封膠塞4、固定真空管5組成熱管組件。然后利用工裝將盲管2放入水箱真空管孔處，與真空管膠圈1緊密結(jié)合，注意安裝到位，盲管擴口處外壁緊貼真空管膠圈1，把熱管組件3口插到盲管2內(nèi)，使熱管端進入盲管2涂有導(dǎo)熱硅脂的部分內(nèi)，密封膠塞4緊貼盲管2擴口處內(nèi)壁。該裝置使得熱管組件3和真空管膠圈1不直接接觸，將熱管組件3插入盲管2內(nèi)，盲管2和真空管膠圈1接觸，溫度會有所降低，真空管膠圈1不易高溫老化，而且真空管膠圈1和水箱內(nèi)膽固定，保證了密封膠圈4不會出現(xiàn)移動，增強密封效果。

有益效果：（1）在盲管內(nèi)部涂上具有高導(dǎo)熱性和散熱性的導(dǎo)熱硅脂，解決了熱管組件和真空管膠圈直接接觸的問題，有效緩解了高溫老化問題，同時增加了真空管膠圈的使用壽命；（2）盲管利用特定的工裝配合密封帽內(nèi)部的螺紋，將盲管準(zhǔn)確的放入水箱熱管口中，簡單方便、密封效果好。

煙道保溫，去掉防凍帶，鋁風(fēng)管或者鐵皮外殼代替鋁箔，鋁箔長期空曬等因素容易脫落，影響管路保溫性能。解決管路凍堵問題，冬季使用更安全。

煙道保溫安裝規(guī)范：（1）保溫管采用三層保溫管，保溫層厚度為60mm，保溫層外面應(yīng)用鋁風(fēng)管或鐵皮進行防護。（2）保溫管應(yīng)伸進煙道，尾端做成喇叭口狀，使煙道中的熱氣能夠順利進入保溫管內(nèi)部。（3）在防脫模塊下端加裝排氣孔，排氣孔彎曲向上，上部豎直安裝一直徑100mm的無動力風(fēng)帽。無動力風(fēng)帽通過特制支架與水箱支架進行固定。此方案理論解決管路凍堵問題，實際效果需要進一步判定測試。

4 結(jié)語

通過對高寒型太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計改進，加高支腿，防止真空管上積雪；熱管結(jié)構(gòu)改進，解決真空管的凍裂問題；采用水箱防凍技術(shù)，由控制儀表進行控制，解決水箱防凍問題；管路采用煙道保溫技術(shù)，防止管路凍堵和防凍帶著火等。產(chǎn)品性能有了很大提高，高寒型熱水系統(tǒng)以容量大，安全性高等優(yōu)勢，更有利于大面積推廣。