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真空管太陽(yáng)能熱水器的凍堵問(wèn)題與預(yù)防方法
真空管太陽(yáng)能熱水器水箱不承壓，通過(guò)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(wèn)題，造成水箱漲裂或吸癟，影響使用。廣州皇明太陽(yáng)能熱水器維修中心今天通過(guò)本文向讀者推薦一項(xiàng)低成本、無(wú)動(dòng)力、不耗電的太陽(yáng)能熱水器水箱防凍堵新技術(shù)。
1凍堵問(wèn)題與預(yù)防方法
我國(guó)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(dá)到-30℃以下，且風(fēng)力較大。在夜間，真空管太陽(yáng)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(shí)遇冷可能會(huì)冷凝結(jié)冰出現(xiàn)凍堵現(xiàn)象，凍堵問(wèn)題的嚴(yán)重程度與排氣口開(kāi)口朝向有關(guān)。
真空管太陽(yáng)能熱水器水箱排氣口開(kāi)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(wèn)題等方面有所區(qū)別：
?。?）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(shí)，無(wú)論開(kāi)口向上還是向側(cè)面，無(wú)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(kāi)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(guò)快，從而降低太陽(yáng)能整體熱效率。其優(yōu)點(diǎn)是蒸汽持續(xù)流動(dòng)、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。
?。?）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(méi)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(huì)有蒸汽或濕空氣逸出，事實(shí)上水箱內(nèi)的壓力是逐漸下降的，會(huì)吸入少量冷空氣。冷空氣與排氣管內(nèi)濕空氣換熱會(huì)產(chǎn)生一部分冷凝水，水箱內(nèi)也會(huì)有冷凝水進(jìn)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(yáng)能熱水器（皇明太陽(yáng)能維修網(wǎng)www.himinwx.com）在寒冷地區(qū)冬季使用過(guò)程中非常常見(jiàn)的一個(gè)問(wèn)題。目前太陽(yáng)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(huì)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(yáng)能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室采用表面涂層的方法，開(kāi)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(yáng)能熱水器水箱排氣口的凍堵問(wèn)題。該技術(shù)以低表面能有機(jī)樹(shù)脂做功能材料，添加納米耐磨骨料，通過(guò)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(dá)到超疏水程度（接觸角大于150°，圖4），實(shí)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(yàn)證超疏水防凍堵水嘴的應(yīng)用效果，我們做了如下測(cè)試實(shí)驗(yàn)：場(chǎng)地——海鮮品冷藏庫(kù)；室溫——恒溫-25℃；水箱——下排氣水箱，初始水溫70℃，每12小時(shí)電加熱一次以恢復(fù)初溫；風(fēng)速——10m/s，軸流風(fēng)機(jī)持續(xù)供風(fēng)；時(shí)間——72小時(shí)。測(cè)試的結(jié)果是水嘴內(nèi)壁及邊沿沒(méi)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(shí)僅降低4℃左右。
為了檢驗(yàn)超疏水防凍堵水嘴的耐候性，我們還做了如下測(cè)試實(shí)驗(yàn)：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(jìn)行應(yīng)用效果測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，防凍堵水嘴的超疏水性依然保持，沒(méi)有受到任何影響。據(jù)開(kāi)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。
