阳台壁挂太阳能水箱发臭问题研究

王娟婷，马季青

（山东力诺瑞特新能源有限公司，山东 济南 250103)

0 引言

近年来，在应对全球环境污染及能源短缺的大背景下，大力发展可再生能源已成为众多国家能源转型的大趋势，太阳能以其绿色、经济、安全等优点，成为可再生能源开发中的重要组成部分。太阳能热水器是一种技术成熟、应用广泛的可再生能源产品，在全球很多国家得到了广泛的应用，在居民热水、工业热能等方面发挥了巨大的作用[1]。目前城市高层建筑越来越多，传统的太阳能热水器已不能满足人们的安装使用，阳台壁挂太阳能逐渐成为高层建筑的标配[2]。专家学者对阳台壁挂太阳能热性能、系统能效、智能化开发等方面的研究颇多[3-6]，但对于阳台壁挂太阳能实际应用中存在的问题和痛点研究较少。阳台壁挂太阳能实际应用中存在的问题和痛点主要有水箱漏水、水温不高、水箱发臭、控制失灵等，其中最让人头疼的就是水箱发臭问题，处理成本高、难度大，处理后很容易再次发臭。本文针对阳台壁挂太阳能实际应用中水箱发臭问题进行分析，从外部因素和内部因素两个方面分析水箱发臭的原因，提出水箱发臭问题的处理方法及预防措施，给太阳能用户及太阳能厂家提供应用参考。

1 阳台壁挂太阳能系统介绍

阳台壁挂太阳能系统是分体双循环闭式承压系统，由水箱、集热器、支架、附件箱、储能液等构成。阳台壁挂太阳能系统安装示意图见图1，其运行原理为：储能液作为循环介质在集热器中吸收太阳能，温度升高，通过温度变化引起的密度差进行自然循环或通过换热循环泵强制循环，将热量通过水箱夹套层传递给水，从而使水温上升。由于太阳能是不稳定、不连续的能源，为提高阳台壁挂太阳能系统的使用舒适性，阳台壁挂水箱中一般配有电辅助加热，在太阳能不足时，利用电加热保障热水的供应。阳台壁挂太阳能系统的关键部件为太阳能集热器和太阳能水箱。太阳能水箱的功能是储存、保温和输送热水。目前，市场上普遍使用的承压水箱主要有不锈钢内胆水箱和搪瓷内胆水箱两种。阳台壁挂水箱主要为搪瓷内胆水箱，配置电加热、镁棒和控制器等[7]。阳台壁挂太阳能系统属于间接换热的闭式承压系统，属于顶水式供水，即太阳能水箱一直是满水状态，当使用太阳能热水时，市政自来水会通过水箱进水口补充新鲜水。

图1 阳台壁挂太阳能安装示意图

2 水箱发臭问题及发臭机理

近年来，频频爆出阳台壁挂水箱发臭的问题，直接影响用户的使用，且水箱发臭问题很难解决，水箱清洗难度大、费用高，清理不彻底，导致再次发臭。水箱发臭问题是太阳能厂家、房地产商、物业及用户都十分头疼的问题，经市场调研发现，太阳能水箱发臭多发生在使用地表水作为生活饮用水水源的地区，存在太阳能水箱验收交付后长期不使用的情况，而且发臭的水箱多为立式结构。

阳台壁挂太阳能水箱为什么会发臭呢？水箱发臭从根本上说是太阳能水箱一直处于满水状态，如果长期不使用导致水箱中的水长期滞留，水中的微生物、藻类大量滋生，导致水中溶解氧浓度降低，微生物由好氧呼吸转为厌氧呼吸，即发生腐败，产生H2S 等气体，发出类似臭水沟的气味，此时水体已腐败变黑。那么，为什么每天正常使用的水箱不会有发臭问题呢？众所周知，我国市政自来水出厂前最后一个工序是使用液氯消毒，杀死大部分微生物、细菌和病毒，为避免自来水在输送过程产生二次污染，会过度消毒，使水中保留一部分余氯，仍具有一定的抗污染能力，以保证自来水到达用户端仍然满足《生活饮用水卫生标准》。每天正常使用的水箱由于新鲜水中少量余氯的存在，可以消灭水中一部分微生物，保障水箱中的微生物量保持相对稳定的状态，因此水箱不会发臭。

3 水箱发臭问题分析

3.1 外部因素

地表水作为生活饮用水水源的地区水箱发臭概率较高，主要是地表水中的氮、磷等营养物质含量较高，虽然自来水经过处理后水质已满足生活饮用水卫生标准，但不同水源的自来水中的成分会有不同。氮、磷是微生物必要的生产要素，为微生物的滋生和繁殖提供营养物质，因此以地表水作为生活饮用水水源的地区更容易发生水箱发臭问题。

阳台壁挂太阳能是太阳能与建筑一体化的产物[8]，主张同步施工、同步验收、同步交付使用。但建筑的交付距离用户真正使用的时间至少半年或者更长的时间。有一些项目太阳能的施工验收标准需要系统注液后再验收，因此太阳能系统需要注水注液。水箱内的水长期滞留，微生物自然会滋生，根据微生物生产曲线的延缓期、对数期、稳定期和衰亡期，当微生物到达衰亡期，即水中的营养物质、溶解氧严重不足时，大量微生物死亡，一部分微生物由好氧呼吸转为厌氧呼吸，释放出H2S等气体，水箱中的水变质变臭。

3.2 内部因素

水箱发臭的内部因素主要是水箱的结构及水箱防腐部件。

立式结构的水箱更容易发生发臭问题，立式水箱及卧式水箱的结构示意图见图2，通过对比发现，立式水箱的进水口高于水箱的法兰口，使得立式水箱法兰口处成为水流水温相对稳定的区域。卧式水箱的进水口在水箱的最底端，水箱进水时容易在底层出现水流扰动，不利于微生物的附着生存。另外立式水箱内的水纵向温度分区较明显，热水集中在水箱上部，水箱下部水温较低，这也是立式水箱实际应用更为广泛的原因之一，立式水箱的热水输出率更高，但这也为微生物营造了舒适的温度环境。

图2 阳台壁挂水箱结构示意图

阳台壁挂水箱多为搪瓷内胆水箱，内胆材质为搪瓷钢板，搪瓷面都会存在一些肉眼看不到的缺陷，为延缓水箱钢板腐蚀，延长水箱使用寿命，搪瓷水箱都配有阳极氧化部件，市场上应用最为广泛的就是挤压成型的镁棒，镁棒的主要成分是镁，占镁棒总重量的90%以上。镁棒通过螺纹连接固定在电加热法兰盘上，构成镁棒电加热组件，这也是太阳能水箱行业应用最多的组件。镁棒作为防腐部件主要是应用牺牲阳极的原理，镁棒与内胆形成电路，镁棒在保护内胆过程中逐渐被消耗，转化为镁离子释放到水中。镁棒的防腐保护释放出的镁离子在温度和碳酸根离子共同作用下会形成水垢，同时还有大量未消耗完全的镁棒渣滓，这些固体物质沉积在水箱最底部的法兰口处。图3为某地区某小区的阳台壁挂太阳能水箱的电加热和镁棒组件，可以看到大量的水垢，中间部分已发黑腐败。这些沉积在水箱底部的固体物质，为微生物提供了可靠的载体，微生物附着在固体表面，避免了水流的冲击流失，更容易大量繁殖。另外现有的电加热镁棒组件为一体结构，电加热的材质为316L 或英格莱800，电加热管与镁棒的电位差高于水箱内胆钢板与镁棒的电位差，因此这种结构存在镁棒的过度消耗，因此也会产生更多固体沉积物，镁棒更换周期缩短。但固体沉积物不是水箱发臭的决定性因素，上文提到市政自来水中有一定的余氯，可以消灭一部分微生物，因此，即使水箱中水垢杂质沉积，只要正常每天使用热水，水箱中源源不断进入新鲜的自来水，就能保障水箱中的微生物不会过度繁殖，因此也不会出现水体腐败变质的问题。

图3 镁棒电加热组件

4 水箱发臭问题的处理及预防措施

4.1 水箱发臭问题的处理

对于已经发臭的水箱，一般的处理方法，就是水箱彻底清洁，需要打开水箱维修盖、拆除水箱控制部件、打开水箱法兰盘、电加热，彻底清理水箱内壁、电加热法兰盘、电加热管等。但有些水箱清洁后一两周再次发臭。因此，建议水箱清洁后，重新上水，启动水箱电加热功能，设置电加热最高温度，将水温升到75℃以上，保温2h，把水放掉重新上水，重复加热、保温、放水步骤，再次上水后，可正常使用，并保证连续使用，可避免水箱发臭问题的再次发生。这样操作的原理，主要是起到高温杀菌的作用，另外，需要注意的是，水箱保温两小时后放水时尽量使用末端放水，可以将水管路中的微生物同时灭杀，减少水在输送管路的二次污染。综上，可知水箱发臭问题的处理过程比较复杂，需要拆装水箱的控制部件、电加热等，电气部件的拆装专业度要求较高，另外，水箱已悬挂安装，倒立安装水箱电加热、法兰盘、控制部件的难度也较大，且有安装不到位，水箱漏水的风险。重复加热、保温灭菌、放水、上水操作耗时较长。

4.2 预防水箱发臭的措施

水箱发臭问题的处理费用高、难度大并且存在再次发臭和漏水的风险，因此，预防水箱发臭是更经济更智慧的选择。预防水箱发臭的措施从根本上讲就是破坏微生物大量滋生的条件，主要包括稳定的水环境、丰富的营养物质、可以稳定生存的生物载体。因此预防水箱发臭的措施主要有避免水箱水的长期滞留、增加净水措施、寻找镁棒替代品和调整镁棒安装位置。

4.2.1 避免水长期滞留

四是推进综合执法。统筹涉河建设、取水许可及水土保持等执法，相对集中行政执法职能，责令在监督检查中发现的嘉兴石化等违法项目依法办理取水许可并编制水土保持方案，避免重复执法、执法缺位。

避免水箱水的长期滞留，首先房地产开发商和太阳能企业需要在太阳能安装初期到用户真正使用之前，避免注液注水，调整太阳能施工安装验收规范的要求，允许太阳能系统不注液、不注水进行验收，可依靠一部分保证金约束太阳能安装企业，在用户正式入住使用后，再进行系统注液注水，避免因为太阳能系统空置而导致的水箱发臭问题。用户正式入住后，如有长时间（两周以上）不用水的情况，也需要定期放水或定期启动电加热高温灭菌，保持水箱内微生物菌群数量的平衡。

4.2.2 增加净水措施

净水措施是从减少微生物来源和微生物营养物质两方面降低水箱发臭的概率。主要实现形式有全屋净水、水箱进水预处理、水箱内增加净卫装置等，几种措施均有较好的效果。全屋净水和水箱进水预处理需及时清洗过滤网更换滤芯。水箱中增加的净卫装置，是一种化学消耗品，具有阻垢、抑菌、防腐的作用，通过添加缓释因子，实现对水箱的持续保护，这种方式具有良好的效果，但价格较高，使用期限因水质、水量的不同而不同。

4.2.3 镁棒替代品开发

镁棒是太阳能水箱防腐应用最普遍的部件，但镁棒在消耗过程中会释放大量镁离子，增加水箱内水垢的量，同时镁棒残渣成为水箱内新的污染物，为微生物提供大量繁殖的载体，容易出现水箱发臭问题，因此寻找镁棒的替代品是行业预防水箱发臭的重要方向，主要有铝棒和电子保护两种替代品。

铝棒：某企业发现将水箱的防腐部件镁棒更换为铝棒，会减少水箱发臭问题的发生，主要是因为铝棒消耗得慢，产生的残渣少，水中的微生物没有载体，随水流不断流失，不会造成微生物过度繁殖的腐败发臭的问题。但这种做法是不太可取的。因为铝棒的活性远不如镁棒，而且铝腐蚀时会产生钝化膜，因此对水箱的防腐保护大大减小。

电子镁棒：电子镁棒实际是电子阳极，属于外加电流的阴极保护措施，最早应用于管道防腐、船舶防腐等领域，也是在水箱防腐中应用较早的技术[9-10]。电子镁棒在内胆保护过程中不会改变水质，不会产生残渣，减少了微生物的载体的来源，同时不存在镁棒更换的问题。但电子镁棒较普通镁棒成本高，且在设备不通电状态，无法保护内胆不被腐蚀。所以实际应用中，安装电子镁棒的产品需安装普通镁棒进行补充，或者增加储备电源，保障设备断电期间的内胆保护。

4.2.4 镁棒位置调整

目前，行业上镁棒最普遍的安装位置是电加热法兰盘上，通过螺纹连接固定，镁棒直接与电加热管连接。镁棒与电加热管的高电位差，导致镁棒过度消耗，缩短镁棒的使用寿命，导致水箱中产生大量水垢和镁棒残渣。为避免镁棒的过度消耗，减少水箱中的水垢和镁棒残渣，针对现有的法兰盘电加热和镁棒一体的结构，开发了镁棒与电加热结构分离的内胆结构。

该结构不同于现有的镁棒以螺柱固定在电加热法兰盘的结构，在内胆封头单独开孔，焊接内螺纹螺柱，将镁棒直接固定在内胆上，该水箱结构可以实现电加热、镁棒分离，可单独拆卸和安装，便于售后维修，最重要的是电加热和镁棒分离，避免两者之间的高电位差导致的镁棒过度消耗，实现镁棒长期保护内胆腐蚀的目的，同时避免镁棒快速消耗而产生的大量镁离子和镁棒残渣，对防止水箱发臭有一定的作用。

5 结论

综上所述，阳台壁挂太阳能水箱发臭问题是一个多种因素综合作用的结果，是完全可以解决和避免的问题。（1）避免水箱内的水长期滞留，防止为微生物大量滋生提供稳定的水环境，（2）根据水源特点增加一定的净水措施，减少水箱内微生物来源，降低水中营养物质的含量；（3）积极调整水箱结构，优化水箱防腐部件（镁棒），避免水箱结构和内部部件为微生物提供生长载体。