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深圳市和平源節(jié)能環(huán)保科技有限公司
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真空管太陽能熱水器的凍堵問題與預(yù)防方法
    真空管太陽能熱水器水箱不承壓，通過排氣口與外部環(huán)境相聯(lián)通以保持常壓。在北方地區(qū)冬季常發(fā)生排氣口結(jié)冰堵塞問題，造成水箱漲裂或吸癟，影響使用。廣州皇明太陽能熱水器維修中心今天通過本文向讀者推薦一項低成本、無動力、不耗電的太陽能熱水器水箱防凍堵新技術(shù)。
　　1凍堵問題與預(yù)防方法
　　我國北方大部分地區(qū)的冬季夜間氣溫一般都在-10℃以下，極寒地區(qū)甚至達到-30℃以下，且風(fēng)力較大。在夜間，真空管太陽能熱水器水箱要留存一定量的熱水才能保證真空管不至于被凍裂、凍壞。水箱內(nèi)的蒸汽、冷凝水或濕空氣在流經(jīng)排氣口時遇冷可能會冷凝結(jié)冰出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象，凍堵問題的嚴重程度與排氣口開口朝向有關(guān)。
　　真空管太陽能熱水器水箱排氣口開口朝向有上排氣、側(cè)排氣和下排氣三種方式，在保溫性能和凍堵問題等方面有所區(qū)別：
　　（1）上排氣和側(cè)排氣
　　由于蒸汽的密度不到空氣的2/3，當(dāng)排氣口位置在水箱上部時，無論開口向上還是向側(cè)面，無論水箱內(nèi)外壓力是否平衡，蒸汽總是容易向環(huán)境飄散，而冷空氣總是不斷流入水箱內(nèi)置換掉蒸汽占據(jù)的空間。這種情形就像暖水瓶瓶塞打開一樣，蒸汽外逸帶走大量熱量，導(dǎo)致水箱保溫效果降低，水箱水溫下降過快，從而降低太陽能整體熱效率。其優(yōu)點是蒸汽持續(xù)流動、熱量持續(xù)供給，即使外部氣溫很低，在排氣口也不容易結(jié)冰，凍堵事故只在極端狀況下發(fā)生。
　　（2）下排氣
　　排氣口向下的排氣方式可以很好地避免水箱熱量散失，其內(nèi)部如圖2所示。下排氣與上排氣從表象上看區(qū)別很大，上排氣口可以明顯看出熱氣外冒而下排氣口沒有任何明顯現(xiàn)象。下排氣方式下，只要水箱內(nèi)外壓力一致，水箱內(nèi)就不會有蒸汽或濕空氣逸出，事實上水箱內(nèi)的壓力是逐漸下降的，會吸入少量冷空氣。冷空氣與排氣管內(nèi)濕空氣換熱會產(chǎn)生一部分冷凝水，水箱內(nèi)也會有冷凝水進入排氣管，冷凝水在排氣口下端水嘴處積聚，在低于-8℃的環(huán)境溫度下，極易結(jié)冰將排氣口堵死造成凍堵。
　　水箱排氣口凍堵是真空管太陽能熱水器（皇明太陽能維修網(wǎng)www.himinwx.com）在寒冷地區(qū)冬季使用過程中非常常見的一個問題。目前太陽能水箱排氣口水嘴的防凍堵都是采用加熱方式解決的，要么增加電伴熱帶，要么由水箱內(nèi)熱水引出熱量至水嘴作為伴熱，都會造成額外的能耗。
 　2超疏水防凍堵水嘴
　　最近，山東省科學(xué)院太陽能重點實驗室采用表面涂層的方法，開發(fā)了一種內(nèi)壁超疏水的水嘴（圖3），解決了寒冷地區(qū)太陽能熱水器水箱排氣口的凍堵問題。該技術(shù)以低表面能有機樹脂做功能材料，添加納米耐磨骨料，通過分步不同溫度條件下熟化，形成低表面能涂層覆蓋的納米結(jié)構(gòu)表面，具有荷葉仿生學(xué)的超疏水性能，涂層達到超疏水程度（接觸角大于150°，圖4），實現(xiàn)水嘴內(nèi)壁水滴完全不粘附，所以不可能出現(xiàn)水滴在水嘴處積聚成冰的現(xiàn)象。
為了驗證超疏水防凍堵水嘴的應(yīng)用效果，我們做了如下測試實驗：場地——海鮮品冷藏庫；室溫——恒溫-25℃；水箱——下排氣水箱，初始水溫70℃，每12小時電加熱一次以恢復(fù)初溫；風(fēng)速——10m/s，軸流風(fēng)機持續(xù)供風(fēng)；時間——72小時。測試的結(jié)果是水嘴內(nèi)壁及邊沿沒有任何冰凍跡象出現(xiàn)，在其下方地面有散落的水滴冰粒出現(xiàn)。另外，水箱的保溫效果很好，水溫12小時僅降低4℃左右。
 為了檢驗超疏水防凍堵水嘴的耐候性，我們還做了如下測試實驗：將水嘴冷卻至-30℃，然后迅速加熱至110℃，反復(fù)多次，然后再裝配到水箱上進行應(yīng)用效果測試。測試結(jié)果顯示，防凍堵水嘴的超疏水性依然保持，沒有受到任何影響。據(jù)開發(fā)人員介紹，其超疏水效果可以持續(xù)10年以上不衰退，徹底解決了超疏水膜層易脫落的傳統(tǒng)難題。