太阳能热水器的防冻解决方案

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，因此，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被冻坏。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、现场情况下，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-20℃的实验室得到验证，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10%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下去的话，迟早会被冰涨裂。通过实验表明，在-20℃以下的冷冻室内冷冻装满水的真空管，把口部保温做好，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1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，不留空隙，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)。[!--empirenews.page--]

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出管路冷水，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。

③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，但以浪费水资源为代价(滴水能有效利用除外)。

另外，用水承压热水系统可用防冻阀排水防冻，连接如图4所示，防冻原理如图5。

⑤防冻液防冻。

分体二次系统集热循环管路内一般要用防冻液作为导热介质，可有效解决冬季结冻问题。防冻液选择上要注意防冻液的使用冰点温度(浓度配比)、对管路的腐蚀性、一旦泄漏对人的伤害等，使用过程中要定期检测液体的冰点温度、色泽、损耗量。

海尔分体系统、阳台机用的是丙二醇防冻液，液体中加入了防冻剂、缓蚀剂、消泡剂、着色剂、防霉剂、缓冲剂等;具有较低的冰点，较高的沸点，较好的金属防腐性、防气蚀性和防结垢性，对环境污染极小;外观色泽透明、无机械杂质、无毒、药效持久、贮存期长、可在集热循环系统内连续工作2～3年仍可使用的综合性能。

乙二醇、丙二醇防冻液冰点与溶液浓度关系见图6。

三、小结

现阶段一次集热系统，防冻方法较多使用管道循环和电加热辅助、电伴热带;二次集热系统用防冻液作为导热介质来保护集热器和集热管路附件;普通一体式太阳能管路防冻普遍使用的是电伴热带。

另外有一些科研机构正在试验用热管给管道加热，研究开发新材料，从而避免管路结冰后易于冻坏，我们期待在此技术上，行业技术人员共同努力，推动太阳能热水器(系统)防冻技术的不断发展。