太阳能管道如何防冻

        在我国北方的大部分地区，日照时间长，晴好天气多，太阳能资源十分丰富，比较适合安装使用太阳能热水器。但北方的另一个特点是，寒冷时间较长，达180-260天，冬季气温低，通常为-20℃—-30℃。在业内人士的共同努力下，目前，多数的热水器产品均能安全越冬，照常生产热水，热水器主机质量有了较大幅度的稳定和提高。但美中不足的是，困扰行业多年的管道冻堵问题，一直没有得到有效的解决，令广大的太阳能热水器经营者们很是头疼。曾有说法：太阳能热水器的售后服务工作80%在冬季，冬季的80%在解决管道冻堵。目前常用的解决方法中，管道排空自不必说，存在着故障率高、使用不方便等问题，单说电加热带，经过几年的应用，发现存在很多缺陷。①、耗电、有不安全隐患：电加热带每米15—30瓦，有不少用户整个冬季都使之处于通电状态，按每户3米计算，一个冬季的电费支出大概在百元左右，一台热水器寿命十年，计算起来也是一笔不小的开支。另外由于安装不当，连线脱落断开、雨雪侵入造成短路触电以及大电流过烧，引起着火现象，各地均有发生。因为电热带的使用，使太阳能热水器失去了安全、节能的设计初衷。也是某些住宅小区拒绝安装太阳能热水器的理由之一。②、使用不方便：不少用户采用冻堵后再通电解冻的办法，虽然节省了电费，但需要时间等待，给用户造成了不便。某些假冒伪劣电热带，老化的很快，甚至几个月就要更换一次，可靠性也不高。
      
    低温超导热管用于道路融雪
 

    笔者从事太阳能热水器生产、销售工作多年，一直致力于管道防冻方面的研究工作，2001年在查阅文献资料时，偶然看到一篇关于日本北海道高速公路使用低温热管技术进行路面融雪的相关报道，受到启发，它的技术原理是这样的：土壤温度在7米以下几乎全年不变，大概有7—8℃左右，可以作为热源使用，应用热管传热技术，将地热能传递到路面，使路面温度高于0℃，下雪的时候，雪在路面自动融化，从而不影响交通。

   我想，太阳能热水器在安装过程中，也会有一个相似的条件，太阳能热水器，一部分管道在室外，是易冻部位，而另一部分管道在室内或通风道，处于常温环境且十分稳定。如果用热管技术进行室外管道防冻，条件比用于高速公路融雪要好得多。一方面，热源温度较高，总在10℃以上；另一方面，在室外管道上还可以制作保温层可降低能量消耗。原理上是可行的。

   热管是靠其管腔内工质的流动和相变来传递热量的一种高效传热元件。一般将吸热一端称为蒸发段，放热一端叫做冷凝段，热管的热导值很大，是普通金属的数百倍之多，而且基本与长度无关，在远距离、低温差条件下传热，优势非常明显。在200—500k温度范围内工作的热管称为低温热管，依靠重力进行工质回流的热管叫做重力热管。  

 
    在大量试验的基础上，我们制作了能够适于太阳能热水器户外管道防冻的低温热管。从工质、管壳的选择到生产工艺的制定等方面，都做了大量的研究工作。严格地进行了寿命试验、盐雾试验及传热系数测定，同时进行了实际应用，采用6毫米管（厂定型号为HC-A）直接穿于热水器管道之内，室内外比例1:1，达到了预期的防冻效果，从对最早期产品（3个冬季前安装）的跟踪检测结果看，未发现性能衰减，证明热管的使用寿命是可以保证的。我们分析，因为热管是安装在管道环境内的，温度相对稳定，不会出现超温运行的情况，这对延长热管的使用寿命是非常有利的。
 
        其中 HC-B为内置加强型，用于-40℃特高寒环境、超长室外管道以及热水工程等特殊情况，要求输水管路内径大于16毫米。HY-C是外置型低温热管，即贴附在管外使用，室内外比例同样选为1:1，此型号安装要求较为严格，价格也相对较高。   　

    经测定，在环境温度-30℃、保温层厚度不低于4厘米情况下，维持管道不冻堵，每米室外管道需补充的能耗为4—5瓦。即使6毫米外径（型号HC-A）的低温热管，在工质选择合理、安装正确的情况下，导热功率不低于48瓦。维持7米管道不冻堵是不成问题的。

    总之，将低温热管技术用于管道防冻，理论上是可行的，太阳能热水器户外管路靠近低品位热源即室内环境，正好能发挥热管在低温差、长距离情况下传输热能的优势，在实际应用中也证明了这一点，对于解决多年来一直困扰太阳能行业的管道防冻问题，不失为一个理想的解决方案。