太阳能热水器管道排空阀防冻技术研究
李光全
（江苏晓红太阳能科技有限公司）
摘要 本文以太阳能热水器管道排空防冻技术为研究对象，理论与实际相结合，经过多年的实践检验，在用户试用基础上，对市场上各种阀体进行对比试验，得出结论，并证实通过电动磁芯阀与热水器水箱一体化设计、开发、生产是管道排空技术在热水器中应用的必然方向。
关键词 太阳能热水器 排空阀 防冻
在太阳能热水器发展的二十几年中，始终缺少一种能有效解决管道冻堵难题的技术方案和相应产品。而采用电伴热带克服管道防冻，因其耗电大、存在失火危险等安全隐患受到限制；应运而生的管道排空技术因具备安全、节能等优点，得到太阳能热水器企业的认同，但目前仍然存在控制阀体技术不成熟、设计不合理等问题，导致形成管道排空阀“有行无市”规模化推广比较困难的局面。江苏晓红太阳能坚持技术创新，针对当前太阳能热水器管道排空防冻技术进行研发，取得了新的技术突破。
1 排空阀体的生产结构和使用材料决定推广的成败
在排空技术发展初期，许多产品采用以电磁阀将管道与水箱进行截止并将管道里的水排空的技术设计，但随着使用时间的延续，电磁阀很快就“罢工”了。经过分析，是由电磁阀自身的结构特点导致的故障：电磁阀的关闭靠弹簧作用实现，太阳能热水器在使用过程中长时间、多频次的开闭使弹簧疲劳老化，不能很好闭合；也会因管道内存在水垢、沙粒等杂质导致电磁阀失效，造成管道堵塞。还有的产品是将阀体设计成电动机带动螺杆强制关闭的闸阀，但因为没有考虑阀体的使用环境，也以失败告终。造成这种故障的主要原因是，夏天正常情况下，水箱内水温经常可达到99℃以上，会形成水垢，一旦有一块水垢堵塞阀体就导致闸阀不能闭合。为了改善这种情况，有的企业采用了电动球阀方案，但因其球体材料的耐磨性能难以满足太阳能热水器经常开关的特殊要求，使用一段时间后出现关闭不严的现象，就开始漏水。
在洁具、水暖领域已被广泛应用的电动磁芯阀，因其阀芯采用氧化铝等材料经高温烧制而成，经过后期切割、成形、打磨，无论在强度、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等方面都优于其他材质，即便被水垢阻塞，只要有足够的动力仍然不影响旋转开闭，使用寿命经试验验证可达50万次以上。但因其只是一个单纯的阀体，这样在冬季虽然管道排空了，但阀体本身却被冻住了。由此可见，排空阀的成功推广是一个系统的工程，必须结合热水器的使用环境、水质、阀体材料、耐高低温、电动机的功率、扭力等各方面因素综合考虑，设计出适合与热水器水箱完美结合的产品。
2 将阀体与水箱结合，解决整体保温
实践证明，再好的排空阀如果不考虑冬季自身的保温、防冻因素，将不可能得到很好的发展。现在很多阀体生产厂家存在认识误区，只考虑阀体自身的保温，认为只要阀体不冻就可以万无一失了。殊不知在寒冷的北方地区，冬季最低气温零下10℃以下是经常的事情，太阳能热水器放在房顶上，一旦排空功能失灵，则影响使用效率。
另外还有一个重要因素就是排气管的保温问题：很多阀体都采用外置排气口结构，这种阀体结构在冬季阀体关闭进行管道排空时，因管道内水流下泄形成吸力会将外界冷空气吸入管道，结果将阀芯冻死，如果阀体不能及时解冻，也会造成排空失灵。最好的解决途径是将排气管放置在水箱内部，这样在排空时吸入的是水箱里的热空气，就不会将阀体磁芯冻住。
江苏晓红针对现有排空阀的不足之处，提出新的太阳能热水器排空防冻系统设计方案，将阀体与水箱进行有机结合，形成保温联合体，利用水箱保温层对阀体形成防冻保护，从根本上解决了阀体冻堵的弊端，即便下面的管道无保温措施也不会冻堵，冬天照样有热水。因此，将阀体与水箱结合形成一体化保温系统，是解决阀体冬季失灵的有效途径。
3 管道排空阀的应用，还应考虑安装简单便捷、维护方便
管道排空阀因其使用环境、使用寿命的约束，发生故障进行维修是不可避免的，厂家在设计之初就应该考虑现场安装、调试、维护、更换的可操作性。现在，大多数太阳能热水器企业都承诺为用户提供全天候服务，也经常会碰到急需维修的情况。在北方，冬季经常是北风凛冽，因此，必须在排空阀的设计上满足现场短时间、便捷更换的需要。实践证明，排空阀阀体采用插接式与水箱连接，要比螺纹连接维修快捷、简便得多，也便于现场维修。通用性阀体最好将接口直接做成直径47mm的插入式接头，这样在大多数太阳能热水器预留的排污口、电加热口等位置都可以使用，且更换方便简单，有利于此项技术的推广和应用。此外，信号线缆也最好采用防水插头连接以防氧化。此种方式的结构设计还有一个优点就是不容易造成冻堵，降低维修率。
4 阀体与水箱结合还应考虑水垢与高温等使用环境对阀体造成的影响
阀体与水箱有机结合必将引起管道排空防冻技术的重大变革，为家用太阳能热水器的普及应用，乃至冬天好用铺平了道路。但是应该清醒地认识到，尽管现在阀体质量有了明显提升，使用寿命得到了很好保障，但终因使用环境严酷，对阀体的配套生产提出了更高要求。通过回访发现，在用户使用太阳能热水器过程中，使用环境和频次都不相同，在夏天使用频次一般相对较低。在一个水温相对较高的环境里，磁芯周围较容易附着水垢，阻碍阀芯旋转运行，因此采取必要的防垢措施无论对阀体自身的使用寿命还是热水器整体效果来说，都是有百利而无一害的。此外水箱内胆与阀体紧密接触，且在一个密闭的环境中，必须经得起90℃以上高温的考验，采用劣质材料或不考虑温度因素，都将对产品造成致命损坏。如电动马达烧毁或动力不足是常有的事，因此电动阀体的马达必须与阀体进行隔热处理且马达自身要耐高温。
5 实现自动化控制是防冻排空阀一体化配套发展的必然
随着太阳能控制技术的发展，及人们生活节奏的不断加快，自动化控制将成为一种时尚需求。太阳能管道排空防冻技术也毫无例外地适应这种潮流和需求而采用电动控制，否则既增加用户产品购买成本，也因使用不便不利于排空技术的推广应用。现阶段的排空阀控制仅限于目前的单独控制阀体，诸如水温、水位显示，自动上水、自动排空等功能必需进行有效兼容。在实践中会经常遇到解决管路“U”型弯的问题，这在与太阳能一体化配套、自动化控制方案中也是首先要克服的。在程序设计上，必须将室内室外两个电动阀设计为不同步运行，即用水时室内排气阀优先开启便于管道内水流将空气压出，或者排气阀延时关闭都将有效解决室内管路“U”型弯的问题。“U”型弯的问题解决了，自动排空也就迎刃而解了。只要将控制程序设计合理，将管道排空与自动化控制有机结合，太阳能热水器的普及推广必将更上一个新台阶。
6 结论
综上所述，将管道排空阀应用于家用太阳能热水器的管道防冻领域是一项系统工程，不是某一个专家或某一个厂家所能完成的。必须本着集思广益、相互学习、共同进步的态度，坚持互利共赢的原则，走排空阀与热水器一体化设计、开发、生产的路子，才是管道排空阀防冻技术发展的必然方向。