太阳能热水器防雷设计——王彬.doc

太阳能热水器雷电灾害防护措施探讨
王彬1 谢旭明2
（1.翁源县防雷设施检测所；2.韶关市华虹防雷工程有限公司翁源分公司）
摘要：太阳能热水器已经广泛运用于千家万户，但是对于广东这样的雷暴多发省份来讲，若对太阳能热水器雷电灾害隐患视而不见或防雷的设计不完善，就会出现太阳能设备遭到雷电损坏，甚至导致人员伤亡的情况。本文以翁源县气候因素为例，通过相关雷电灾害事故的统计、分析太阳能热水器的基本组成、安装简易防雷防雷装置存在的隐患以及如何完善防雷措施等多方面因素进行探讨，给出太阳能热水器雷电防护方面更完善的设计。
关键词：太阳能热水器；直击雷防护装置；感应雷防护装置；等电位连接屏蔽。
一、翁源县年平均雷暴日及事故分析
翁源县年平均雷暴日数多达79天，雷雨天气都集中在每年5—8月份，雷暴发生时间主要集中在午后14—16时，据历史地闪分析软件统计结果显示，近十年翁源县人员集中的区域（主要城镇）年平均地闪密度平均值约为9.135次/平方公里*年。（如表1）
城镇
龙仙
官渡
翁城
新江
地闪密度值
（次/平方公里*年）
8.16
10.54
11.69
9.06
城镇
江尾
坝仔
周陂
铁龙林场
地闪密度值
（次/平方公里*年）
7.34
7.73
9.0
9.56
地闪密度平均值
（次/平方公里*年）
9.135
近两年雷雨季节翁源县范围内就陆续发生数起因太阳能热水器遭雷电击中，造成较建筑物及电器损坏的事故，由于雷灾时间均发生在下午14时以后，损坏类型均为楼板击穿或破损、电器设备不同程度损坏等，无人员伤亡情况。用户为了让太阳能充分受热和增加水压，将太阳能热水器及其不锈钢水箱安置于楼面最高处，由于金属突出物容易遭受雷电闪击，且布置太阳能热水器的位置往往相当紧凑，用户不想再增加安装成本，选择安装简易防雷装置。因没有综合各种因素来设计安装防雷资质，雷击事故依然不断，用户往往对此无可奈何。
二、太阳能热水器结构分析
GB 50057-2010第5.2.8条第二款规定“输送和储存物体的钢管和钢罐的壁厚不应小于2.5mm”。太阳能热水器集主要部分为热水箱及冷水箱。按照《家用太阳能热水系统主要部件选材通用技术条件》（GB/T 25969-2010）的规定，水箱外壳一般采用彩色涂层钢板（彩涂板）、镀铝锌钢板外壳、铝型材外壳或者粉末静电喷涂镀锌板。
GB/T 25969-2010并没有规定水箱外壳的厚度要求，通过对大部分事故现场测量太阳能热水器罐体厚度来看，部分能达到要求，但也存在0.4mm及以下厚度的罐体。若太阳能热水器集热水箱材质的厚度达不到2.5mm，则不能满足GB 50057-2010第5.2.8条第二款的规定，故可以断定金属水箱不适宜直接接闪，而且如果太阳能热水器金属构件没有做有效接地，直接接闪时将会对太阳能热水器及其所在建筑物造成一定破坏。
三、直击雷防护设计及相关要求
通过对数次事故现场的建筑物天面太阳能热水器布置情况来看，太阳能主要安装在天面楼板开阳处，或者天面楼梯间顶，女儿墙高1.2m—1.5m，部分没有设置接闪装置，完全暴露在直击雷闪击范围内，部分虽设有接闪装置，但是太阳能或不锈钢冷水箱以完全超出接闪装置保护范围之外。GB 50057-2010第4.5.7条第一款规定对没有得到接闪器保护的屋顶孤立金属物不设附加保护措施的情形做了清晰的规定，“高出屋顶平面不超过0.3m”可不设置保护措施，而事故现场勘测到的太阳能热水器普遍超过了这项规定。
3.1直击雷防护设计
由于安装位置的限制，不少太阳能热水器不得不安装于天面突出位置，那么应按照 GB 50057-2010第5.2.8条第2款，输送和储存物体的钢管和钢罐的壁厚不应小于2.5mm，市面上不锈钢水箱厚度往往无法达到接闪要求，那么应忽略利用太阳能热水器金属构件作为接闪器的必要性。 对于太阳能热水器，必须设置专用的接闪器保护。《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（GB 50364-2005）第6.3.4规定了将太阳能热水器安装支架和建筑物屋面防雷装置相连接的做法，虽然此条为强制性条文，结合GB 50057-2010第4.5.4条、第5.2.8条的规定，直击雷防护应做如下设计：
（1）架设接闪装置
太阳能热水器既然属于电气设备，按照GB 50057-2010所描述的接闪杆、接闪带和接闪网这三种专门敷设的接闪器中，从施工的便利、成本和美观等角度综合考量，接闪带无疑是最佳的选择。做法为：利用不小于Ф10mm热镀锌圆钢沿水箱外层及真空管支架上布设接闪带，犄角位置安装接闪短针，金属支架做等电位连接处理。
应注意的是：太阳能温度、水压感应及辅助电加热管线应采用金属水管（槽），金属水管（槽）可以起到屏蔽和分流的作用。具体的解释参考GB 50057-2010第4.5.4条第二款的条文解释。
（2）设置独立接闪装置
若有充足安全距离的天面，可按照独立单针或独立双针保护的方式对楼面太阳能热水器进行独立保护，具体做法参照GB 50057-2010附录D。设计中应把金属构件的等电位连接、安全距离、屏蔽措施、综合布线邓迎苏考虑进去。本文认为设置独立接闪装置是最理想也是最安全的防护措施。
四、使用太阳能热水器的注意事项
安装在楼顶的太阳能热水器，虽然节能、方便，但如果安装不得当，就会变成引雷“杀手”。舒适100专家建议，市民安装太阳能热水器时，务必保证其处在楼顶避雷针的保护范围之内，并且其金属外壳必须接地，这样能减少雷击的可能性，但仍建议市民，在雷暴天气里，最好不要使用太阳能热水器，避免洗澡时被水中传导的电流击中。
目前，我国年平均雷灾次数正逐年迅速增长，如何给太阳能热水器防雷，舒适100专家提醒，除了在雷暴天气不要使用太阳能热水器外，还应树立太阳能热水器防雷安全意识，雷雨天及早做好防范；由于太阳能热水器暴露在室外，用户还需定期检查和清洗，确保太阳能热水器的安全使用。
太阳能热水器雷电防护措施
太阳能热水器防雷措施应符合规范要求，缺少防雷设备或防雷设备不符合要求都可能使太阳能热水器遭雷击。太阳能热水器金属构件较多，普遍具有电加热及数字显控功能，属于电气设备，且安装位置普遍高于楼顶接闪杆针及接闪带的高度，若没有有效的防雷措施，很容易成为雷击的首要目标。
GB 50057-2010第4.5.7条第一款对没有得到接闪器保护的屋顶孤立金属物不设附加保护措施的情形做了清晰的规定。此条对于太阳能热水器似乎更具有针对性，因为住宅一般都是坡屋顶，太阳能热水器的集热水箱往往就安装在屋脊处，若再计及安装支架的高度，早就突破了规范第4.5.7条第一款“高出屋顶平面不超过0.3m”的限制！故此款的第二、第三个条件无需再考量。
    综上所述，对于太阳能热水器，必须设置专用的接闪器保护。那种仅将太阳能热水器安装支架和建筑物屋面防雷装置相连接的做法，只是考虑了《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》（GB 50364-2005）第6.3.4。虽然此条为强制性条文，但仅仅这么做还不够，因为还没满足GB 50057-2010第5.2.8条的规定。