太阳能上水管防冻装置研究

宋玉静 刘洪武 刘玉慧

（临沂大学 机械工程学院，山东 临沂 276005）

太阳能热水器具有节能环保、使用方便、使用成本低等诸多优势，在国内有着很高的普及率，给人们的生活带来了很大的方便，但在广大的北方地区，由于冬季的严寒，会导致太阳能暴露在室外的上水管部分因结冰而冻裂，用户在冬季就不得不将太阳能的水放空，降低了太阳能的利用率。通过安装太阳能热水器上下水管防冻装置提高了太阳能的利用率，从而减少了用户因使用热水额外增加的能源消耗，也能避免因上水管部分结冰冻裂产生的维修费用，降低了生活成本，也能为降低碳排放做出贡献。

通过市场调查我们发现，现在市面的太阳能上水管防冻装置主要有在室外管道上缠伴热线和介质防冻。缠伴热线的方法存在安全隐患，使用不当容易漏电起火，会给人们带来更大的损失；而介质防冻装置一是比较复杂麻烦，二是价格偏高；另外，还有排空阀等，而排空阀的缺点是防冻不够全面，当温度过低时，即使管道里面没水也会因为温度过低而冻裂，而且要买专用的排空阀。

现提出的实现太阳能热水器上下水管道防冻装置的工作原理，即在太阳能水箱一侧的上部连接有支管路，支管路的上端连接有溢水管，支管路上连接有水压缓冲装置，水压缓冲装置两端的内径小于支管路的内径；支管路下端连通主管路；在主管路上安装液压泵，通过太阳能电池板提供电力，用液压泵使太阳能水箱中的热水在管路中缓慢流动，从而使管道温度不致于过低，起到防止结冰的效果。其原理图如图1所示。

单片机9安装在室内墙壁上，通过内部程序来控制液压泵级二位二通电磁换向阀的动作，具体过程如下：单片机每隔一段时间（如30分钟）发出一个信号，通过电线8传给液压泵及安在支管道连接热水器部位的二位二通电磁换向阀，液压泵通电工作，二位二通电磁换向阀为常闭状态，收到此时信号后换向，阀门打开，30秒后单片机发出中断信号，液压泵和二位二通电磁换向阀停止工作，恢复常态，这为一次循环完成，再30分钟后执行下一次循环，通过热水在管道内的流动保持管道温度，起到防冻的效果。在单片机内多写入几段不同的程序，时间可以设定为30分钟、1小时、2小时等，在单片机外壳上会设有相应的按钮，用户可以根据自己的需要选择合适的时间。

图1

太阳能上水管防冻装置，不仅结构简单，价钱便宜，使用安全方便，只要太阳能中有热水就能达到防冻效果，而且还可以起到排空阀的作用，当碰到连续阴天的天气，太阳能中没有热水了，只要断开太阳能电池与单片机，打开水龙头将管道内的水全部放掉，一样可以起到防冻效果。经过市场调查还有网络及各方面查询，结合现在家庭对太阳能的需求，此款太阳能上水管防冻装置有很大的推广前景，它可以应用于任何品牌类型的太阳能。