安裝屋面太陽能熱水器應注意的防雷技術

付國振

(河北省防雷中心,河北石家莊 050021)

安裝屋面太陽能熱水器應注意的防雷技術

付國振

(河北省防雷中心,河北石家莊 050021)

隨著我國國民經濟的高速發(fā)展和太陽能集熱技術的改進提高,居民安裝使用太陽能熱水器正以較快的速度增長,市場上多見的是平板型和集熱管型太陽能熱水器,可利用太陽的熱能來產生熱水。它結構簡單,制作容易,使用方便,是人們容易認識并樂于采用的一種太陽能利用設備。但是,屋面太陽能的安裝不注意防雷施工,極易造成雷擊事故,危險性很大。

太陽熱水器 避雷針 防雷

1 太陽熱水器的雷擊途徑分析

(1)直擊雷：熱水器大部分是由金屬材料制成，如不銹鋼、鋁合金、加厚鋼板噴塑等。熱水器的金屬儲水箱常位于建筑物至高點，厚度在0.6～2.0mm。之間，較規(guī)定的可作接閃器的標準厚度2.5mm要小，若雷電直接擊中儲水箱，千安級的雷電流產生的強大機械力和電動力，極易將貯水箱擊穿，導致熱水器燃燒或爆炸。同時雷電流(波)會沿熱水器的線路和水管傳導入用戶室內，造成人身傷亡和家電損壞。(2)雷電電磁脈沖：若太陽能熱水器附近發(fā)生雷擊，水箱中的加熱管電源線路、水位水溫傳感線路和測控儀的電源線路均可能產生靜電感應、電磁感應，或者雷電波侵入使金屬部件間產生火花或擊穿，造成熱水器控制系統(tǒng)或部件損壞。

2 太陽能防雷關鍵技術

(1)直擊雷的防護：通常采用加裝1～3m避雷短針來保護已安裝的熱水器，或者改造原有防雷裝置。當布置獨立避雷短針防護時，應根據熱水器的安裝位置，以及引下線和接地裝置與熱水器間產生反擊的安全距離要求設計避雷針高度。應注意以下技術細節(jié)：

1)科學計算接閃桿的安裝高度h：避雷針高度的選擇，應以使熱水器在被保護范圍之內為前提。避雷針高度過低，就會使熱水器的一部分處于保護范圍之外；避雷針高度過高，則會發(fā)生側擊，即雷電不擊在接閃器上，而是擊中接閃器的下方。這兩種情況都不能給熱水器提供很好的保護。

實例一：如在某太陽能熱水器中心正北面2.5m處安裝單支避雷針，以屋面作基準面，在水箱上部高度的xx′平面上：hx=1.6m，我們按三類防雷計算：hr=60m，則可以解得：h=1.32m，即安裝不低于1.32m高的避雷針能對熱水器進行有效的保護。

2)正確計算安裝接閃桿的安全距離：接閃桿的高度可以取以近似值來保護太陽能熱水器，但確定接閃桿和太陽能熱水器的安全距離我認為是更為重要的。因為雷電在擊中接閃桿時，當雷電流沿避雷引下線泄放時，多會發(fā)生對太陽能熱水器的反擊，為了避免接閃桿接閃時對熱水器的反擊，那么這個安全距離應依據《建筑物防雷設計規(guī)范》GB 50057-2010中的規(guī)定來確定，以三類防雷為例：

實例二：某用戶熱水器儲水箱長2.1m，寬為0.5m.。水箱基座為直角等邊三角形，水箱上部到屋面的高度為1.8m，建筑物高22.0 m。現安裝在住宅樓屋頂上，采熱管(即基座的斜面)正向朝南，已知居民樓為第三類建筑物。

若熱水器與避雷針的接地裝置之間不相連時，其與引下線之間的安全距離按下列表達式確定：

計算得S≥1.19m。

即避雷針與熱水器的距離只需大于1.19m即可避免雷擊產生的高電位反擊。

3)利用建筑物原防雷裝置保護熱水器：平面屋頂上的熱水器應盡量靠近并低于原避雷裝置安裝，保證熱水器在防雷裝置的保護范圍內；坡面屋面上的熱水器應順著屋面坡度安裝或降低支架來降低熱水器高度，使熱水器在原避雷裝置的保護范圍內。若熱水器仍不在避雷帶保護范圍內，可以通過改造避雷帶來保護熱水器。

由以上對比計算可知，當熱水器與避雷裝置相連時，避雷短針的高度以及與熱水器的安全距離要求均比熱水器與避雷裝置不相連時小。因此，當避雷針和熱水器的空間受到限制時，宜將熱水器與避雷裝置相連，即降低了避雷針高度需求又節(jié)省了安裝材料。

(2)雷電感應的防護：太陽能熱水器多數配備有智能化儀表，以實現自動防凍、自動上水、電輔助加熱、水溫水位顯示、安全自檢等全套功能。當雷擊發(fā)生時，雷電電磁脈沖或雷電波就有機會通過電源或信號導線侵入室內而引發(fā)雷擊事故。則其防護關鍵技術有以下幾點：①電源線和信號線的屏蔽。太陽能熱水器室內水位水溫控制器和室外水位水溫傳感器、水箱輔助加熱器電源線路以及所有室內外相連的信號線、電源線，在入戶處都應套金屬管(槽)屏蔽，并使金屬管(槽)兩端接地。②等電位聯(lián)結。等電位措施是太陽能熱水器防雷的一個重要環(huán)節(jié)。具體做法是將浴室內所有的金屬物體、建筑物鋼筋網等連接到LEB(局部等電位聯(lián)結)端子板上。

3 太陽能熱水器安裝注意事項

(1)根據實際勘察情況計算接閃桿高度和安裝位置。為了防止因雷電感應導致太陽能熱水器帶電，太陽能熱水器應與接閃網或屋面預留端子連接接地。同時和接閃桿或者接閃帶要保持一定的距離。

(2)避雷針、引下線材料的選擇。避雷針宜采用鍍鋅圓鋼或焊接鋼管制成。引下線宜采用圓鋼或扁鋼，宜優(yōu)先采用圓鋼，圓鋼直徑不應小于8mm。扁鋼截面不應小于502mm，其厚度不應小于2.5mm。避雷針、引下線宜采用焊接連接，焊接部位應做刷漆或鍍鋅等防腐處理。其搭接長度應滿足下列規(guī)定：雙面焊接，圓鋼與圓鋼搭接為圓鋼直徑的6倍；單面焊接，圓鋼與圓鋼搭接為圓鋼直徑的12倍。(3)排裝太陽能優(yōu)先選用避雷線保護。對于成排安裝太陽能熱水器在四角支架上焊出高于熱水器頂部1米的避雷短針，且在熱水器水箱頂部敷設撓度最低點距熱水器貯水箱頂端不小于150mm的避雷線(帶)，兩端支架應與屋面防雷裝置可靠連接。(4)太陽能熱水器的金屬結構與建筑物的防雷裝置作可靠等電位聯(lián)結。從樓頂引入室內的太陽能熱水器電源線、信號線、水管均應采用金屬屏蔽保護，并且應在漏電保護開關后端加裝適當的電涌保護器，并做好接地，以防感應雷擊和雷電波侵入。建議在雷暴天氣劇烈時不要使用太陽能熱水器，并提前拔掉其電源插頭。

4 結語

當今世界能源緊張矛盾日益突出的情況下，太陽能熱水器的推廣和普及無疑是一件利國利民的事情，但是我們在享受其帶來的便利同時，務必做好提醒大家注意防雷安全防范，趨利避害，使其真正造福于民。

河北省氣象局科研開發(fā)項目“光伏太陽能系統(tǒng)防雷關鍵技術研究與應用”(12KY17)資助。