分析新型微熱管平板防凍性能

1太陽能熱水系統(tǒng)常用防凍方法 　　1.1管路排空防凍 　　管路排空防凍是當(dāng)集熱器管路可能會有凍結(jié)發(fā)生時，通過控制裝置將太陽能集熱系統(tǒng)中的水排空。但目前應(yīng)用的集熱器大都無法做到全排空，以平板太陽能集熱器為例，其結(jié)構(gòu)為集排管形式（如圖1所示），排管管徑較?。ㄒ话銥?mm左右），集管管徑較大（一般為22mm左右），集熱器內(nèi)管道粗細(xì)變化多，不可能形成真正的同平面，所以無法做到全排空，系統(tǒng)內(nèi)存水是必然的。 　　且銅管管壁很?。ㄒ话阍?.4mm-0.6mm之間），當(dāng)室外溫度低于0℃時，一但存水結(jié)冰，管子很容易凍裂，造成整塊集熱器損壞，進(jìn)而影響整個熱水系統(tǒng)的運(yùn)行。有些玻璃真空管系統(tǒng)也采用全力排空，即是犧牲集熱性能的無奈之舉。因?yàn)椴ＡЧ苁峭ㄟ^水的對流集熱的，必須有一定傾斜度才有效。為了能排空水，玻璃管要么橫置，要么反向斜置，這都會大大降低其集熱效率。 　　1.2防凍液二次換熱防凍 　　太陽能熱水系統(tǒng)防凍的主流是防凍液二次換熱、防凍法。該方法是將循環(huán)管路內(nèi)的介質(zhì)替換為防凍液，與儲熱保溫水箱進(jìn)行二次換熱。由于防凍液通常帶有腐蝕性，因此系統(tǒng)采用的熱交換器一般需用雙層結(jié)構(gòu)以免污染生活熱水或防止生活熱水進(jìn)入防凍液對防凍液的供能產(chǎn)生影響，并且防凍液需根據(jù)生產(chǎn)商要求定期更換。因此，系統(tǒng)的成本及維護(hù)費(fèi)用大大增加。另外，二次換熱系統(tǒng)將導(dǎo)致系統(tǒng)熱效率降低。而白天集熱系統(tǒng)啟動時防凍液預(yù)熱同樣需要消耗太陽能，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)的集熱效率。 　　1.3管路循環(huán)防凍 　　管路循環(huán)防凍是在管道內(nèi)水溫低于一定數(shù)值時，自動開啟循環(huán)泵，將太陽能保溫水箱內(nèi)水溫較高的熱水換入管道內(nèi)，以保障管道內(nèi)的水溫不低于冰點(diǎn)。 　　該方法用于防凍的額外電能損耗較大，經(jīng)濟(jì)性較低的地區(qū)。在寒冷地區(qū)，出現(xiàn)控制故障或斷電情況下，防凍系統(tǒng)自動癱瘓，整個太陽能管道將面臨凍裂的巨大風(fēng)險(xiǎn)。 　　1.4伴熱帶防凍 　　電伴熱采用電加熱的形式保持管道溫度，主要用于玻璃管系統(tǒng)的防凍。但該方法耗電，因而很不經(jīng)濟(jì)，且存在安全隱患，電接頭老化易引起火災(zāi)。 　　綜上所述，針對目前太陽能熱水系統(tǒng)冬季結(jié)凍問題，盡管已有多種解決方法，但都存在缺點(diǎn)，不能從根本上解決。 　　2基于微熱管陣列新型平板太陽能集熱系統(tǒng)防凍方法及其分析 　　微熱管陣列平板太陽能集熱器系統(tǒng)，因微熱管陣列可耐-100℃以下低溫，板芯有好的抗凍能力。同時，獨(dú)特的干式接觸式換熱水管（唯一一根承壓主管）既能抗凍（滿水狀態(tài)可抗-15℃低溫），更容易做到全排空防凍，無需使用防凍液，將其應(yīng)用于太陽能熱水系統(tǒng)中，可克服目前廣泛應(yīng)用的太陽能集熱器系統(tǒng)中相應(yīng)的抗凍能力差、效率低、維護(hù)成本高等缺點(diǎn)和問題。 　　圖2為基于微熱管技術(shù)的新型平板太陽能集熱器系統(tǒng)某日的熱性能測試結(jié)果，該系統(tǒng)由2m2集熱器與160L保溫水箱組成。由圖a可知，水箱內(nèi)水溫持續(xù)升高，15：30時達(dá)到最大值50.5℃。即使在太陽輻射強(qiáng)度與環(huán)境溫度較低（08:00-09:00）的情況下，水溫仍升高較快，說明微熱管陣列在較低溫度下仍能啟動，集熱器運(yùn)行良好。 　　由圖b可知，熱水系統(tǒng)的有效得熱量與逐時效率均有先增大再減小的趨勢，在12：00左右，有效得熱量達(dá)到最大值2.2MJ，而在10：30左右，逐時效率達(dá)到最大值74.9%。經(jīng)計(jì)算，測試熱水系統(tǒng)的日有效得熱量為11.3MJ/m2，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)要求值61.4%。當(dāng)日日平均效率為66.1%。 　　可見，基于微熱管陣列的平板太陽能熱水器系統(tǒng)性能優(yōu)異。目前，該系統(tǒng)已在內(nèi)蒙古、青海、新疆、黑龍江等極端寒冷地域、海南等高溫氣候地域以及全國各地得到了廣泛的應(yīng)用（最長已有緣年以上）。在北京工業(yè)大學(xué)的長時間連續(xù)實(shí)驗(yàn)跟蹤檢測（2008年3月開始至今）及實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，集熱器性能穩(wěn)定可靠。 　　3結(jié)論 　　本文在分析現(xiàn)有太陽能熱水系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹了基于微熱管陣列的太陽能集熱器的熱水系統(tǒng)與性能，實(shí)踐表明：基于微熱管陣列技術(shù)的平板太陽能熱水系統(tǒng)具有抗凍性能好、承壓能力強(qiáng)、無炸裂、質(zhì)輕、易與建筑相結(jié)合等特點(diǎn)。具有國際領(lǐng)先的抗凍性能，該系統(tǒng)可克服目前太陽能熱水系統(tǒng)抗凍能力差、效率低、維護(hù)成本高等問題，是真正具有免維護(hù)或很少維護(hù)的太陽能集熱系統(tǒng)。（南京光威能源科技有限公司董事長趙耀華）