太陽能熱水系統中的集熱器及其置于室外的管路，在嚴冬季節常常因積存在其中的水結冰膨脹而脹裂損壞，尤其在高緯度寒冷地區更甚，因此必須從技術上考慮太陽能熱水系統的“越冬”防凍措施。常用的太陽能熱水系統防凍措施大致有以下幾種：

? 集熱器防凍?

集熱器是太陽能熱水系統中必須暴露在室外的重要部件，如果直接選用具有防凍功能的集熱器，就可以避免對集熱器在嚴冬季節凍壞的擔憂。

熱管式真空管集熱器以及內插管的全玻璃真空管集熱器都屬于具有防凍功能的集熱器，因為被加熱的水都不直接進入真空管內，真空管的玻璃罩管不接觸水，再加上熱管本身的工質容量又很少，所以即使在零下幾十攝氏度的環境溫度下真空管也不凍壞。

 另一種具有防凍功能的集熱器是熱管平板集熱器，它跟普通平板集熱器的不同之處在于，吸熱板的排管位置上用熱管代替，以低沸點、低凝固點介質作為熱管的工質，因而吸熱板也不會凍壞，不過由于熱管平板集熱器的技術經濟性能不及上述真空管集熱器，應用尚不普遍。
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? 雙循環， 雙循環系統（或稱雙回路系統）防凍? 
就是在太陽能熱水系統中設置換熱器，集熱器與換熱器的熱側組成第一循環（或稱第一回路），并使用低凝固點的防凍液作傳熱工質，從而實現系統的防凍。雙循環系統在自然循環和強制循環兩類太陽能熱水系統中都可以使用。

? 回流系統防凍應用? 
  在強制循環的單回路系統中，一般采用溫差控制循環水泵的運轉，貯水箱通常置于室內（底層或地下室）。冬季白天，在有足夠的太陽輻照時，溫差控制器開啟循環水泵，集熱器可以正常運行；夜晚或陰天，在太陽輻照不足時，溫差控制器關閉循環水泵，這時集熱器和管路中的水由于重力作用全部回流到貯水箱中，避免因集熱器和管路中的水結冰而損壞；次日白天或太陽輻照再次足夠時，溫差控制器再次開啟循環水泵，將貯水箱內的水重新泵入集熱器中，系統可以繼續運行。這種防凍系統簡單可靠，不需增設其他設備，但系統中的循環水泵要有較高的揚程。
    近幾年，國外開始將回流防凍措施應用于雙回路系統，其第一回路不使用防凍液而仍使用水作為集熱器的傳熱介質。當夜晚或陰天太陽輻照不足時，循環水泵自動關閉，集熱器中的水通過虹作用流入專門設置的小貯水箱中，待次日白天或太陽輻照再次足夠時，重新泵入集熱器，使系統繼續運行。


? 自動循環防凍? 
 在強制循環的單回路系統中，在集熱器吸熱體的下部或室外環境溫度最低處的管路上埋置溫度敏感元件，接至控制器。當集熱器內或室外管路中的水溫接近凍結溫度（如3~4℃）時，控制器打開電源，啟動循環水泵，將貯水箱內的熱水送往集熱器，使集熱器和管路中的水溫升高。當集熱器或管路中的水溫升高到某設定值（或當水泵運轉某設定時段）時，控制器關斷電源，循環水泵停止工作。這種防凍方法由于要消耗一定的動力以驅動循環水泵，因而適用于偶爾發生冰凍的非嚴寒地區。

? 自限式伴熱帶防凍? 
在自然循環或強制循環的單回路系統中，將室外管路中最易結冰的部分敷設自限式電熱帶。它是利用一個熱敏電阻設置在電熱帶附近并接到電熱帶的電路中。當電熱帶通電后，在加熱管路中水的同時也使熱敏電阻的溫度升高，隨之熱敏電阻的電阻增加；當熱敏電阻的電阻增加到某個數值時，電路中斷，電熱帶停止通電，溫度逐步下降。這樣無數次重復，既保證室外管路中的水不結冰，又防止電熱帶溫度過高造成危險。這種防凍方法也要消耗一定的電能，但對于十分寒冷的地區還是行之有效的。