太陽能上水管防凍裝置研究

宋玉靜 劉洪武 劉玉慧

（臨沂大學 機械工程學院，山東 臨沂 276005）

太陽能熱水器具有節(jié)能環(huán)保、使用方便、使用成本低等諸多優(yōu)勢，在國內有著很高的普及率，給人們的生活帶來了很大的方便，但在廣大的北方地區(qū)，由于冬季的嚴寒，會導致太陽能暴露在室外的上水管部分因結冰而凍裂，用戶在冬季就不得不將太陽能的水放空，降低了太陽能的利用率。通過安裝太陽能熱水器上下水管防凍裝置提高了太陽能的利用率，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冰凍裂產(chǎn)生的維修費用，降低了生活成本，也能為降低碳排放做出貢獻。

通過市場調查我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在市面的太陽能上水管防凍裝置主要有在室外管道上纏伴熱線和介質防凍。纏伴熱線的方法存在安全隱患，使用不當容易漏電起火，會給人們帶來更大的損失；而介質防凍裝置一是比較復雜麻煩，二是價格偏高；另外，還有排空閥等，而排空閥的缺點是防凍不夠全面，當溫度過低時，即使管道里面沒水也會因為溫度過低而凍裂，而且要買專用的排空閥。

現(xiàn)提出的實現(xiàn)太陽能熱水器上下水管道防凍裝置的工作原理，即在太陽能水箱一側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徑小于支管路的內徑；支管路下端連通主管路；在主管路上安裝液壓泵，通過太陽能電池板提供電力，用液壓泵使太陽能水箱中的熱水在管路中緩慢流動，從而使管道溫度不致于過低，起到防止結冰的效果。其原理圖如圖1所示。

單片機9安裝在室內墻壁上，通過內部程序來控制液壓泵級二位二通電磁換向閥的動作，具體過程如下：單片機每隔一段時間（如30分鐘）發(fā)出一個信號，通過電線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)，收到此時信號后換向，閥門打開，30秒后單片機發(fā)出中斷信號，液壓泵和二位二通電磁換向閥停止工作，恢復常態(tài)，這為一次循環(huán)完成，再30分鐘后執(zhí)行下一次循環(huán)，通過熱水在管道內的流動保持管道溫度，起到防凍的效果。在單片機內多寫入幾段不同的程序，時間可以設定為30分鐘、1小時、2小時等，在單片機外殼上會設有相應的按鈕，用戶可以根據(jù)自己的需要選擇合適的時間。

圖1

太陽能上水管防凍裝置，不僅結構簡單，價錢便宜，使用安全方便，只要太陽能中有熱水就能達到防凍效果，而且還可以起到排空閥的作用，當碰到連續(xù)陰天的天氣，太陽能中沒有熱水了，只要斷開太陽能電池與單片機，打開水龍頭將管道內的水全部放掉，一樣可以起到防凍效果。經(jīng)過市場調查還有網(wǎng)絡及各方面查詢，結合現(xiàn)在家庭對太陽能的需求，此款太陽能上水管防凍裝置有很大的推廣前景，它可以應用于任何品牌類型的太陽能。