一、太阳能热水器内部水垢的形成及过程

含有钙镁盐类等矿物质的水叫做“硬水”。如河水、湖水、井水、泉水和自来水都是硬水。刚下的雨雪，水里不含矿物质，是“软水”。

水垢和水渣的形成是一个复杂的物理化学过程。这个过程分为两步：第一步为水烧开或加热（60～70℃以上）后，一部分水蒸发了，水中钙镁盐类物质浓度逐渐升高达到过饱和状态，并从水中析出；第二步为结晶的钙镁盐类物质在受热面上形成各种不同密度和不同成分的固体附着物水垢或悬浮在溶液中成为水渣。

成为水垢还是成为水渣不仅取决于它们的化学成分和结晶状态，而且还与析出的条件有关。如在省煤器、给水管道中，水中析出的碳酸钙常常结成坚硬的水垢。而在锅炉的受热面中，如果水的碱度较强，又处于剧烈的沸腾状态，则析出的碳酸钙常形成海绵状的松软水渣。

“硬水”中钙镁盐类物质的饱和指数如果未超过或正好在饱和的临界点上，就不会有水垢生成。同样，在“软水”中如果超出了饱和指数也会产生水垢。

饱和指数由水的PH值（酸碱度）决定。PH值越低，水中的酸性越强，饱和指数越高，所能溶解的矿物质成分也就越多；PH值越高，水中的碱性越强，饱和指数越低，所能溶解的矿物质成分也就越少。对水加热、水压降低（如打开水龙头等）、在水中添加化学品剂等都会导致PH值升高。

最初所形成的过饱和状态溶液很不稳定，开始时是在过饱和溶液中盐类结晶核心上，极小的微粒逐渐长大成颗粒，最后形成粗结晶体或絮状的水垢或水渣。形成水垢或水渣，不仅与盐类物质的化学成分有关，而且还取决于盐类杂质和受热面之间物理化学因素。如果金属受热面粗糙并有凸起时，便会在过饱和溶液产生固态的结晶核。金属受热面氧化层有相当大的附着力，它可成为金属壁与析出结晶沉淀物的粘结中间层。因此，金属表面粗糙或覆盖一层氧化物时，盐类杂质沉淀出来将主要成为水垢；相反在光洁的受热金属面上，则多呈水渣。

二、太阳能热水器水垢的种类

1.碱土金属垢：包括以钙为主要成分的垢：如硫酸钙垢、硅酸钙垢、碳酸盐垢等；以镁为主要成分的：如氢氧化镁垢、磷酸镁垢等。

2.铁垢：包括以铁为主要成分的垢：如氧化铁垢、磷酸盐铁垢和硅酸盐铁垢。

3.铝垢：是以铝为主要成分的垢：如硅酸铝垢。

4.铜垢：是以金属铜为主要成分的垢。

硫酸钙垢坚硬而致密，在低压或无压设备中主要以半水化合物或石膏的形式沉淀附着；在锅炉中以无水化合物的形式沉淀附着。

硅酸钙垢主要在锅炉等热负荷较大的受热面上形成。它沉淀为硅灰石，垢的硬度较大，导热性很差，能牢固地粘附在受热面上。

碳酸盐垢有着不同的特性，它既可以是坚硬的水垢，又可以是松软的水渣。当水进行微弱蒸发时，碳酸盐常沉淀成坚硬的结晶状水垢。当水进行剧烈沸腾时，碳酸盐又常常沉淀为水渣。

氢氧化镁和磷酸镁易粘附在容器内壁上，形成二次水垢。

按水垢的形成过程可分为两种：一是盐类杂质在受热面上直接结晶而形成的一次水垢；一是易粘附在受热面上的水渣，再次生成二次水垢。

水渣分为两种，除一种水渣易粘附在受热面上形成难以用机械方式除去的二次水垢外，还有一种水渣呈流动状态不易粘附在受热面上，运行中可按照排污方法将其排出。由此看来，不论是一次水垢，还是二次水垢或水渣的形成过程，都是在一定环境和一定条件下形成的，互相牵连、制约。

三、太阳能热水器水垢的危害

1.降低热效率

由于水垢比金属的导热系数小几百倍。因此，即使在受热面上形成不太厚的水垢，也会因为热阻大，使其导热效率降低，造成热损失。

受热面上结有水垢，会使金属管壁局部过热，当壁温超过其工作允许极限温度时，就会使其局部鼓包，这种现象多发生在电加热管上，也是致使电加热管损坏的主要原因之一。

太阳能热水器水垢成分与导热系数的关系

2．降低循环量

青叶太阳能真空管内结垢后，流通截面积减少，增加了水循环的速度和流动阻力致使升温效果明显下降。

3．降低使用寿命

水垢附在青叶太阳能真空管内，很难清除。为了除垢需要经常清洗，因而增加检修次数，费时费料费财。而且可能由于除垢方法不当而降低使用寿命。

4.腐蚀金属内壁

水垢是一种复杂的盐类，其中含有卤素离子，在高温下对铁有腐蚀作用。通过对铁质水垢的分析，可知它含铁量达20～30％左右。水垢的侵蚀会使金属内壁变脆并不断向深处腐蚀。

5.使传感器失效

水垢的导热系数低，一旦结垢，传感器内部的感温元件不能及时感应到外部水温的变化，使得显示的温度比实际水温要低。

因为水垢的特性，使得水位显示出现偏差。这个过程一般有两种现象：一种是结垢初期水垢稀松似海绵状，这时的水垢能吸收水份，即使水箱内只有少量水也会因为毛吸现象而显示满水位；另一种是结垢后期水垢坚硬、致密，由于水垢阻碍了电信号的传送，青叶太阳能水箱内就是注满水也会显示缺水或无水。

四、水垢的清除

对于水垢的清除一般有两种方法：

一、化学方法

化学方法通常有酸洗法和碱洗法。

1.酸洗法：可用盐酸、磷酸、铬酸及氢氟酸，但不能用硫酸。因为硫酸与水接触时，在水垢表面生成硫酸钙硬膜，使膜下的水垢不易接触到酸液。磷酸和铬酸虽然比盐酸有效，但由于价格太贵，所以一般都用盐酸。盐酸只能清洗碳酸盐水垢，酸洗时生成的氯化镁和氯化钙溶解度很大，容易除去，并伴有二氧化碳产生，有搅拌盐酸液的作用。对于纯硅酸盐水垢，可使用氢氟酸清洗。硫酸盐和硅酸盐为主的混合水垢，也可使用盐酸清洗。酸洗的作用在于用酸溶液溶解水垢与金属壁间的氧化铁层，使酸接触到金属，从而产生氢气泡使水垢脱落。它与盐酸盐垢的盐酸清洗道理不同。酸洗前，必须首先根据结垢程度，精确的计算出盐酸用量。

2.碱洗法：主要是清除硫酸盐和硅酸盐水垢，还可以清除硫酸盐和硅酸盐的混合水垢。不能清除碳酸盐水垢。用碱洗法不是使水垢溶解除去，而是使水垢软化，再用机械的方法清除。所用的药剂有碳酸钠和氢氧化钠两种。

化学方法操作起来复杂，成本高、难度大。一般应用于桑普锅炉等设备的除垢，而不太适应青叶太阳能热水器。

二、物理方法

1.机械法：用水冲洗或刷子清除。如果水垢很坚硬，可用电力或水力带动的洗管器来清洗。此法在水垢形成初期比较适用。

2.电子法：利用电讯号改变水分子结构使水加速释放出矿物质并让矿物质紧密结合在一起，结合的矿物质随水的流动而带走，可以预防水垢的产生。

3.其他方法：如使用镁棒、添加矿物质、磁化等等。这些方法都能有效预防水垢的产生。

总之，随着人们对青叶太阳能热水器内部水垢认识的深入，会有更多方便、快捷、经济的方法，热水器水垢也将不再成为困扰我们的难题