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关键词 太阳能热水器 直击雷 雷电波侵入
太阳能作为一种清洁、经济的能源越来越被人类广泛地利用。太阳能热水器是一个光热转换器，它具有把光能转化成热能的功能，正走进千家万户。由于太阳能热水器对阳光具有完全的依赖性，被广泛地安装在接收太阳光线最好的地方如屋顶，而这些地方又往往是最容易遭受雷击的地方，使得太阳能在实用、方便的同时也给人们带来了危险。由于太阳能热水器最近几年在北方盛行，而国内这方面的防雷方案比较少且不详细，导致许多用户想在这方面加强保护但无从下手或是造价太高使他们望而生畏。如文献[1 中的雷电防护方案，光浪涌保护器就至少得安装5个，就算浪涌保护器500元一个，5个加起来就要2 500元，比安装热水器的造价都要高，很显然是不能让用户接受的。而文献 中的直击雷防护方法虽然很全面，但是用的材料过多，且具有很大的优化空间；其室内的防护方法却很不适用，因为这种方法是让人们在不使用热水器时才起作用。文献? 则主要介绍了太阳能热水器直击雷的简单防护方法。由此，用户能够接受的防雷保护，应该在其造价和实用方面都有更好的措施。
1 太阳能热水器结构
太阳能热水器主要分为：
a．热管承压式太阳能热水器：其水箱采用2 mm厚钢板，支架材料全部采用不锈钢(sus 304)，整体采用螺栓连接，支架、整机刚性强而且利于运输安装，抗腐能力强。
b．真空管式太阳能热水器：水箱是进口不锈钢板材，厚度在0．6～0．8 mm 之间， 内管是玻璃真空管，支架材料全部采用不锈钢(SUS 304)。两者的室内水管绝大多数为塑料管，部分热水器的水箱在室内，而多数的水箱在室外，这里主要探讨水箱在室外的一体式太阳能热水器。它们都有相应的测控线路和加热管电源线路。两者的运行原理都为： 外管吸热一微循环一保温水箱一测控系统一用户。
2 直击雷防护的优化
当用户的热水器安装在坡屋面上而且屋顶的避雷带或避雷针能够保护到热水器时．是可以不用加装直击雷防雷装置的。笔者建议用户的热水器在能够充分接受到阳光的同时，把热水器安装在坡屋面屋脊下方避雷带可以保护的范围内．如果屋顶上有更高的建构筑物如铁塔、金属造型、屋顶突出物时，尽量放置在它们的下方。由《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—94，2000版)第3．2．1条第五款知， 只要热水器与柱子距离不小于3 m 是可以防止高电位反击的。按照2．1中计算．这些建构筑物最高点距热水器顶的高度大于3 m 时．可以不用加装防直击雷装置。
太阳能热水器室外部分的水箱外壳采用的是金属材料，在整个热水器外部装置的最高处，按照《建筑物防雷设计规范》第4．1．5条第二款“钢管、钢罐的璧厚不小于2．5 mm，但钢管、钢罐一旦被雷击穿，其介质对周围环境造成危险时，其壁厚不得小于4mm”的规定，真空管式太阳能热水器的水箱外壳的厚度在0．6—0．8 mm之间．而热管式太阳能热水器水箱采用的是2 mm厚钢板，都达不到规范对永久性金属物作为接闪器的规定。在遭受到雷击时容易被击穿或雷击到上面时容易将雷电波引入室内，故应做相应的防雷设施。
根据热水器在屋顶的布局，室外防护大致可以分 为三种：单台热水器时采用单只避雷针或避雷带；两台或多台靠近的热水器采用单只避雷针；多台热水器在屋脊成一直线放置时采用避雷带。
2．1单台热水器的防护方法
文献? ? 采用的是避雷针的防护方法，按此方法依据《建筑物防雷设计规范》中单只避雷针在h高度上的保护半径公式：r=Vh(2 h 一h)一x／hx(2 h 一h ) (1)按照三类建筑物的滚球半径60 m，热水器的高度在1．5m左右，避雷针应安装在热水器3m外的地方，那么避雷针的保护半径根据避雷针的设置位置不同大致有两种可能的最小取值。一种是避雷针安装在与水箱轴线位置上的情况，如图2所示，这时保护半径应为水箱长度加上3m的长度 约取4．5 m：另一种是避雷针安装在水箱的中垂线位置，这时保护半径大约为3．3 m。由此计算可得到两种情况下的避雷针高度h为2．7lm和2．35 m。避雷针的直径依据规范：圆钢直径不小于16 mm，钢管直径不小于25 mm。那么其成本也不少且施工难度比较大，如果采用避雷带其情况又是怎么样呢?按照热水器水箱的长度1．5m和热水器的支架是金属导体有良好的导电性，就应该充分利用热水器自身的材料来减少成本．这样的话就只需要在热水器水箱上面用 8的镀锌圆钢按照如图3所示两头与热水器支架焊接，然后将热水器支架与避雷带做两点连接就可以了。
由于热水器的水箱都是热水器的最高位置，只要在最高处做好防护就能达到理想的效果，但应注意所有的焊接长度如果为双面焊接应为6倍圆钢直径；由于热水器长度不到1．5m，避雷带中间可以不加支持卡，只要与热水器间距大于15cm 即可。如果热水器所放位置周围没有防雷装置的应该按照《建筑物防雷设计规范》单独做接地极了。
比较以上两种方法可知，采用避雷带的方法比竖立避雷针要经济一些。而且操作起来也简单。从成本角度考虑最好是把热水器尽量靠近避雷带来做防雷接地处理比较经济。
2．2多台热水器集中设置的防护方法
多台热水器在屋顶集中设置。可以采用单只避雷针来保护。即在平屋顶上多台热水器的中间位置，且满足距各热水器3m处设置单只避雷针。避雷针的高度按(1)式可以求出，这样的处理方法要比使用避雷带节约成本。
2．3多台热水器在屋脊成一直线设置时的防护方法
如图4所示。采用避雷带将各个热水器相连接来保护的方式是可行而且经济合理的。将太阳能热水器上的避雷带两端与屋顶避雷带相连接，可以利用热水器的支架向上焊接引出支撑卡来支撑热水器避雷带。避雷带应每隔25m与接地装置相连接一次，焊接要按2．1中要求实施。对于一栋楼的所有用户。可由施工队一次性做好，既免除了单个用户安装不规范带来的安全隐患。又让单个用户成本降到了最低。
3 雷电波侵入的防护和室内等电位联结
在雷雨季节我们虽然强调不要在打雷的时候沐浴，但是夏季的雷阵雨我们无法准确预测什么时候到来，往往是还没有听到雷声的时候在 浴室沐浴，而雷电却在这时不期而遇，以致发生雷击事故，那么做好室内防雷措施就至关重要了。
目前家庭中广泛使用的热水器大致分为两类：一类是室内有一个带电加热器水箱的太阳能热水器；另一类是带数字显示控制功能室内无水箱的太阳能热水器。
3．1带室内电加热水箱的太阳能热水器的防护措施
太阳能热水器室内水箱外壳应与浴室内等电位联结板及柱内钢筋相连接，这样即使有雷电流经水管里的水路进入室内也可以安全地将其泄放掉。还可以减少漏电的危害。具体做法可以是用6 mm。的绝缘铜芯线将室内水箱和卫生间等电位箱内接地排用螺栓压接。而电源部分因无外引可不做防雷处理。
3．2带数字显示控制功能室内无水箱的太阳能热水器的防护措施
该类太阳能热水器的电源线路引至室外热水器水箱。控制线路返回到室内控制器上。这类热水器的雷电防护措施主要为：
a．做好进出电气线路的屏蔽，可以沿金属线槽敷设或穿金属管敷设，并将金属线糟、金属管的两端与接地装置相连接。
b．在热水器的电源端装设浪涌保护器。以防雷电波的侵入。
c．在浴室装设局部等电位联结，以防雷电波经金属管道和电气线路侵入，以及间接接触电击对人身造成的伤害。
4 结语
在达到良好的防雷效果的同时，尽量减少用户的成本输出，使这些措施操作起来更加可行，让用户更能接受。希望有更多的防雷工作者提出更加有效合理的方案。
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