太阳能热水系统防过热策略研究

太阳能热水系统防过热策略研究

李立清

洲宇设计集团股份有限公司西安分公司，陕西 西安 710000

摘要：在社会飞速发展、各界节能环保意识逐步增强的背景下，广大民众在生活中也越发重视节能环保，随之受到青睐的就是太阳能热水系统。太阳能是一种无限的可再生能源，使用太阳能热水系统可以减少对传统能源的依赖，降低环境污染，且该系统运行成本低，可节约能源费用。虽然太阳能热水系统的初始投资较高，但长期来看，可以获得可观的投资回报，节省热水费用，也有助于展示个人或企业的环保形象，符合可持续发展的理念。本文主要立足这种热水系统，探讨其过热的影响及防过热的策略。

关键词：太阳能热水系统；过热；过热影响；防过热策略

与燃气热水器和电热水器相比，太阳能热水系统既有优点、也有一定缺点。它的优点是环保、节能，减少碳排放；长期成本较低，免费的太阳能热源；稳定的热水供应，不受燃料价格波动影响。缺点是初始投资较高，包括太阳能集热器和储热装置等，且受天气影响，阴雨天或夜间可能热水供应不足，同时需要足够的安装空间，集热器需面向阳光，更重要的是它无法有效调控所接收到的太阳能，此时受太阳能作用影响，系统内水温会过快升高，最终会导致过热问题由此引发。对此，有必要研究防过热措施。

1 太阳能热水系统过热的影响

太阳能热水系统过热是指系统中的热水温度超过所需温度，导致储热装置内部温度过高。在出现这种情况时，会带来较大的影响。过热可能导致热水系统中的部件和设备受损，降低系统的运行效率，也会导致能源浪费，不仅增加运行成本，还损害环境。还可能使热水系统超出安全温度范围，存在烫伤风险；长期过热可能引发系统故障，影响正常热水供应。可能导致系统运行不稳定，影响用户使用体验。而有效防范太阳能热水系统过热，有助于保护系统的运行稳定性和设备的寿命，同时避免能源的浪费。因此，太阳能热水系统的过热问题，需要得到有效的防范和管理，以确保系统稳定运行和优化能源利用。

2 一体式太阳能热水系统防过热策略

2.1 真空管一体机防过热

2.1.1 调整真空度

在真空管一体机内，利用抽真空这一方法达到集热、保温作用的就是真空管。通常而言，要想使热水系统中热量损失得到减少，往往会借助抽真空的手段，为热水系统两层玻璃管间处于真空状态提供保障。一般，最佳的真空度是10-3PA，且末端也应该将对应密封工作做好。为保障真空管的有效散热目标得以良好实现，应基于空气对流原理的应用来达成该目的。若真空管处在相对绝对的真空状态之中，管中并不会有空气对流的情况出现，也不会有散热的效果产生，所以需要有关技术人员基于该原理的应用，降低真空管中的真空度，确保真空管玻璃层间有一定空气存在[1]。此时，内外玻璃管间才能够有一定空气对流产生，也可以向外散发真空管内热量，使防过热目的良好达成，水箱内水沸腾情况也能很好规避掉，这可以为太阳能热水系统寿命的延长奠定基础。

2.1.2 增加感温膜层

除上述方法之外，也可立足系统来增加感温膜层，此时也可以达到防过热的目的。具体增加中，要将选择性吸收涂液涂在真空管中的玻璃管外，之后在该涂层之外将对应的感温膜层添加好。这种膜层可在温度达设定界限的情况下，向不透光层方面转变，这样即可以使吸收涂层停止吸收光能，降低真空管热转化率的同时，真空管过热的情况能够得到良好规避。

2.1.3 控制膜层发射比

在真空管内管外壁吸收层之下设置两种不同发射比的金属底层，也可以达到防过热的目的。这种方式可以使膜层原有电阻率发生变化，以保障膜层发射比能够与预期数值相符，从而在合理范围内有效控制膜层空晒温度，使真空管过热的情况有效规避。具体选择金属底层的过程中，通常是配合发射比高、发射比低的金属来控制膜层发射比。如铝发射比低、不锈钢则高，在组合二者的情况下，即可以实现防过热的目标。磁控溅射镀膜具体进行环节，应控制溅射电流，保障铝、不锈钢二者含量能够达到科学比重要求。

2.2 平板一体机防过热

2.2.1 使用防过热阀

平板一体机连接集热器、水箱的过程中，主要是借助循环管路。而在集热器对相应热量进行吸收的情况下，通过循环管路会输送热量，从而向水箱中顺利传递热量，此时即可以升高水箱中水温。循环管路中，通过一道闸门的添加，可将水箱中水的温度升高情况有效阻隔，此时水箱中水过热的情况能够有效规避。防过热阀以该原理为依据设计的一种针对性工具，可保障防过热目标的良好达成。通过将对应防过热阀安装到循环管路之中，阀中热敏元件即可以有效监管温度。而在循环管路中温度到达一定临界值的情况下，该热敏元件会有对应膨胀反应产生，且受外力作用影响，阀内柱塞会出现移动的情况，这时即可以将阀门关闭。这种情况下，借助防过热阀有效阻断管路之中循环介质，就可以使集热器中热量向水箱持续传递的现象有效规避，保障水箱温度始终处在合理范围内的同时，防过热效果也能够良好的实现。防过热阀中热敏元件十分关键，它作为调节原件之一，灵敏度、精准度较高，特征还体现在小巧、便捷方面，使用寿命很长，无需定期的进行维护。而在温度持续升高的情况下，受温度因素影响，感温蜡会逐渐呈现出膨胀的情况，借助密封膜片、缓冲电等部件膨胀力度会逐渐的向上进行传递，此时受到外力作用影响，柱塞就会出现位移的情况，进而将热能有效转化为机械能，保障柱塞将阀门关闭。温度下降的情况下，感温蜡会有收缩变化出现，这种情况下由于没有外力影响柱塞，所以它会逐渐的向原位回归，随之即可以打开阀门。

2.2.2 增加散热器

水箱中水温处在不断上升的情况下，系统压力会逐步的增加，最终极有可能会影响到系统总体的使用寿命，甚至会导致使用者被烫伤。对此，要想使该方面问题得到良好解决，就需要针对水箱内热量散失进行逐步的控制，确保向大气中顺利、有效传递水箱内过高温度，控制水温的同时，通过散热器的增加，实现防过热目的。通常而言，该方面散热器主要有两部分，即吸热放、放热段，需要将对应的吸热段安装在水箱中，而放热段需在水箱外放置[2]。以上两个部分的构成，主要方式是铜管抽成真空后拼接，能够在散热器内部放入易挥发工质，而在工质吸热的情况下，蒸发沸腾反应会产生，这时会有源源不断的蒸汽形成，而这些蒸汽会向放热端进入，且在外界处于低温状态时，会有冷凝的情况出现，最终就能够达成放热效果。与此同时，冷凝中液体的产生，会受重力作用影响逐渐向吸热段返回，这样一来可以达成循环利用的目标。

3 分体式太阳能热水器系统防过热策略

这种热水器系统主要是由泵站及集热器、水箱三部分构成。其中泵站能够以集热器、水箱内温差为依据，达到有效换热处理目的，以保障人们对水温的需求得到满足。这种热水系统防过热目标的实现上，可采用的一个手段就是泵站电控系统的控制。泵站中控制器借助传感器可以有效监控集热器、水箱温度，而在任意传感器检测到温度到达临界值的情况下，会将对应的警报及时发送到电控系统方面，第一时间停运循环泵的同时，也可以停止热水系统中热循环，且系统中温度逐步升高的情况能够得到规避，防过热目标可以良好达成，也可以有效保护热水系统。

4 结束语

在应用太阳能热水系统的过程中，不容忽视的一项要点内容就是防过热，若未能在系统过热处理上提高关注程度，会给系统的使用寿命造成影响，也会埋下一定程度的安全隐患。希望本文关于不同太阳能热水器防过热措施、方法的探讨，可以起到一定借鉴、参考意义。

参考文献：

[1]刘剑.太阳能热水系统防过热策略研究[J].建筑节能（中英文）,2022,50(1):102-106.

[2]郭伟.太阳能热水系统防过热策略研究[J].中国科技投资,2022(32):97-99.