一、水垢對太陽能熱水器的危害

水垢嚴重阻礙熱量的傳遞，降低了設備的傳熱效率，增加了能耗。不單是電熱水器與鍋爐結垢，夏天使用太陽能熱水器溫度較高，也經常結垢，緻使真空管炸管、内膽腐蝕、管路堵塞等故障發生，本文将分析水垢對太陽能熱水器的危害及解決方法。水垢對太陽能熱水器的具體危害 表現為：

首先，真空管是太陽能熱水器的核心集熱部件，在實際應用中真空管内壁上容易形成可見的水垢膜，透光率隻有新真空管的 85%左右，随着時間的推移，在真空管内壁會形成1~2mm 厚的垢殼，其透光率隻有新真空管的50%以下，這時的集熱效率較之新真空管也下降到50%以下。

其次，為回避水垢問題以及因真空管破裂而漏水造成整個系統的癱瘓，有的高檔太陽能熱水器以及大型聯排太陽能工程多采用熱管集熱器，并認為無需再進行水處理，但熱管所産生的熱量多集中于紫銅探頭，因探頭溫度高、面積小，更容易在探頭上形成水垢包，因熱管的熱量經過熱媒、熱傳感器多次交換，對水垢更敏感，水垢對熱交換的效率影響更大。

再次，水垢的導熱系數極低，不到金屬的百分之一，它附着在太陽能的集熱管内壁導緻吸熱管吸收的熱量不能及時傳遞給水，造成溫度過高，極易炸管，水壺燒漏了就是這個道理。同樣你的太陽能水溫一年比一年低,最後造成集熱管報廢，細心的用戶會發現，家裡的太陽能水溫沒有去年的高，就是水垢結多了。水垢用傳統的方式很難清理，真空管口徑細，就更難清理徹底。

第四，水垢腐蝕内膽，造成漏水，破壞保溫效果，減少太陽能熱水器的使用壽命。現在的太陽能熱水器水箱一般都是采用 304 不鏽鋼制作。在生産焊接時，雖然有氩氣的保護，但受到高溫影響，使焊縫附近的金屬特性發生改變，即由奧氏體轉變為馬氏體。含有氯離子的水在不斷加熱過程中，加速了焊縫周邊金屬的鏽蝕穿孔。

最後，水垢影響水溫儀及電加熱系統的正常使用，導緻水溫、水位顯示不準确，電加熱設備幹燒損壞乃至漏電。

二、太陽能熱水器中阻垢、防垢的方法

在太陽能熱水器行業中，有不少廠家已經意識到了水垢對熱水器産品性能的影響，水處理行業内的企業也正逐漸在開發太陽能熱水器中應用的阻垢産品，太陽能熱水器行業市場上的各種阻垢、防垢的産品與方法比比皆是，貶褒不一，市場比較混亂。筆者結合市場，總結了以下幾種方法供讀者參考：

1.控制溫度

經過分析水垢形成的條件及機理，可把太陽能熱水器的水溫控制在結垢溫度以下，避免水垢的形成。一般而言，真空管型太陽能熱水器的溫度容易達到結垢溫度，如果在集熱管的前面加上遮陽的裝置，在溫度超過結垢溫度以後，遮陽系統自動啟動，把集熱面遮擋住，能夠阻止水垢的生成，也能防止熱水器過熱。平闆型熱水器由于在高溫時容易達到集熱與散熱的平衡，結垢的情況就明顯好于真空管型熱水器。雙循環型與強制循環型太陽能熱水器（集熱器管裡不接觸水）可以把水箱溫度控制在 70℃ 以上時，強制循環泵停止工作，熱量不再進入水箱，水箱溫度不再升高，從而較好防止水垢的生成。

2.離子交換法

軟水機是家用水處理行業内應用較為廣泛的一種水處理裝置，它的工作原理就是陽離子與水中的鈣鎂離子交換，祛除水中的鈣鎂離子。采用這種方式的軟化水設備一般也叫做“離子交換器”（由于采用的多為鈉離子交換樹脂，所以也多稱為“鈉離子交換器”）。離子交換樹脂是軟水機的核心部件，它是一種聚合物，帶有相應的功能基團。一般情況下，常規的鈉離子交換樹脂帶有大量的鈉離子。當水中的鈣鎂離子含量高時，離子交換樹脂可以釋放出鈉離子，功能基團與鈣鎂離子結合，這樣水中的鈣鎂離子含量降低，硬度也随之下降。當樹脂上的大量功能基團與鈣鎂離子結合後，樹脂的軟化能力下降，可以用氯化鈉溶液流過樹脂，此時溶液中的鈉離子含量高，功能基團會釋放出鈣鎂離子而與鈉離子結合，這樣樹脂就恢複了交換能力，這個過程叫作“再生”。

由于實際工作的需要，軟化水設備的标準工作流程主要包括：工作（有時叫做産水，下同）、反洗、吸鹽（再生）、慢沖洗（置換）、快沖洗五個過程。此種方法主要優點是：效果穩定準确，工藝成熟，可以将硬度降低至 0。其缺點為：1.工作過程會産生過量的再生廢液；2. 耗鹽量大，需經常加鹽還原；3.排出大量含鹽廢水易引起管道腐蝕，熱水使用存在安全隐患；4. 設備放置在室内，占用空間大；5.相對于太陽能熱水器來說價格偏高。

3.電磁法

在水中加上一定的磁場來改變水分子的特性，從而改變碳酸鈣（碳酸鎂）沉積的速度及沉積時的物理特性來阻止水垢形成的方法叫做電磁法。電磁法阻垢主要有兩種外加磁場的方式：永磁型和電磁型。永磁型防垢器外形呈管狀，内部是钕鐵硼高磁性材料，外部是碳鋼屏蔽體，水從钕鐵硼與外殼的夾層流過即被磁化處理，水分子鍵同時發生角度和長度的變形，氫鍵角從105°減小到103°左右，使水的物理結構發生變化，即原水分子大締合鍊狀大分子的氫鍵斷裂成單個水分子，水中單個水分子急劇增加，水中溶解鹽的正負離子就迅速被大量單個水分子包圍，運動速度降低，有效碰撞次數減少，靜電引力下降、從而使水中的鈣、鎂離子無法與碳酸根結合成碳酸鈣和碳酸鎂，從而達到防垢、阻垢、除垢的效果。同時由于水體吸收大量被激勵的電子，使水的偶極矩增強，與鹽的正負離子的親和能力增強，從而使管壁上原有的水垢逐漸松軟以至脫落，大締合水分子成單個水分子後，極微小的水分子可以滲透、疏松、溶解垢體，也能達到除垢的效果。使用條件是：水流過防垢器的流速≥2m/s；适用水溫：0℃~80℃ ；中心磁場的磁場強度≥160MT覫。

電磁型防垢器有管道式防垢器和纏繞式防垢器兩種型式，管道式防垢器安裝時，管道從管道式防垢器上的孔徑穿過；纏繞式防垢器安裝時，把設備上的電源線按照一定的方向纏繞在給水管道上，在通電時兩種型式的防垢器線圈都會在給水管道上産生磁場，水流過電磁場切割磁力線，水被磁化，它的磁性來源于通電的線圈，防垢原理與使用條件同永磁性防垢器。

此種防垢器的特點是：設備投資小，安裝方便，運行費用低；但是效果不夠穩定，沒有統一的衡量标準，因為通過磁場後的水分子将在24小時左右時間恢複到通磁前的狀态，所以處理後對水的使用時間、距離都有一定局限。

4.加藥劑法

向水中加入專用的阻垢劑，可以使鈣鎂離子、碳酸根離子與藥劑的分子形成絡合物，增加其在高溫水中的溶解度，從而使水垢不能析出、沉積。目前工業上可以使用的阻垢劑很多，在水處理中常用的阻垢劑有複磷酸鹽、有機膦酸、膦羧酸、有機膦酸脂、聚羧酸等。目前在生活用水行業通用的阻垢劑是矽磷晶，它是一種緩慢溶解的球狀化學藥劑，主要是由多種磷酸鹽、矽酸鹽經特殊加工工藝制成。自來水從進口進入阻垢器，水從裝有矽磷晶的藥罐裡流過，矽磷晶就溶解在水裡進入太陽能熱水器，消耗量是1-3ppm即1噸水中溶解矽磷晶量1~3克，适應水的鈣硬度範圍在 30-400ppm之間，這對于我國絕大部分地區都是适用的。矽磷晶技術使用方便，無動力消耗，不增加用水系統的阻力，平時無需專人維護，這種方法的特點是：一次性投入較少，适應性廣，阻垢、除垢能力強，性能穩定，尤其适合于儲水式加熱器，隻需要根據系統的用水量大小，按時添加矽磷晶（如圖9、圖10所示）。

5.光催化氧化法

光催化氧化反應是目前研究較多的一項高級氧化技術。所謂光催化反應，就是在光的作用下進行的化學反應。光化學反應需要分子吸收特定波長的電磁輻射，受激産生分子激發态，然後發生化學反應生成新的物質，或者變成引發熱反應的中間化學産物。

此種水處理方式在瓶裝飲用水行業已開始使用，在太陽能熱水器裡的使用還在研究階段。在太陽能中的利用方案有二：其一是太陽能熱水器的水箱至少要做成透光的水箱，或者做成一小部分透光，隻要水箱裡的水能有光線輻射進去就可以，在水箱裡面放置光催化片，光催化片的面積需要與水箱容積相匹配，一般300升水需要配置0.6~1平方米；其二是在太陽能熱水器的進水管道前增加一個透光或半透光的水箱，裡面放置光催化片，即前置水箱，前置水箱可以放置在室外或室内，水在前置水箱裡就被處理，進入太陽能熱水器水箱後就不會結垢。一般光催化片對水的處理時間需要3~4小時，處理過的水能夠長時間不結垢。此種阻垢方法的應用技術可行，不過推廣的瓶頸主要在加工工藝和産品結構上，即如何把光催化片放置在水箱裡，如何把光線引進水箱。

家用飲水機一般是采用反滲透膜（RO）的技術，均可以攔截水中的鈣鎂離子，從根本上降低水的硬度。這種方法效果明顯而穩定，水流量小，出水沒有壓力，對進水壓力有較高要求，需要經常更換濾芯，設備投資、運行成本都較高，适合家用飲用水，不适合做太陽能熱水器用水處理設備，所以在這裡就不在詳述。

三、總結

通過以上對水垢危害及解決辦法的介紹，相信讀者對市場上阻垢除垢的産品能夠有所了解并能夠加以鑒别。由于太陽能熱水器市場産品良莠不齊，許多小廠家做市場宣傳時，為了突出自己的産品，出現了很多虛誇太陽能熱水器功能賣點。比如有些太陽能熱水器廠家在太陽能熱水器水箱裡面加上一根鎂棒，就敢講鎂棒能阻垢、除垢，保證熱水器永不生垢，筆者也咨詢過不少鎂棒防腐方面的專業人士，鎂棒在水中消耗變成鎂離子，使水的 pH 值略有增加，更容易生成水垢。在市場上還有一些廠家用前置的淨水器來除垢，據了解淨水器一般是起過濾雜質用的，裡面有過濾網和活性炭濾芯，通過淨水器的水能夠過濾雜質，但是不能過濾鈣鎂離子，仍然不能起到防垢、除垢的目的。

在太陽能熱水器日益普及的今天，太陽能領域裡正由許多技術人才在研究高溫祛垢的課題，也有許多與太陽能相關聯的企業在為太陽能行業做着積極的貢獻，相信太陽能熱水器結垢的問題在将來會得到完美解決。

來源：中國太陽能産業資訊 作者：皇明太陽能股份有限公司/劉洪緒

更多太陽能工程技術、工程案例等幹貨内容請關注 中國太陽能工程官微 免費獲取。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!