近幾年,隨著農(nóng)村
太陽能市場趨于飽和、城鎮(zhèn)化的發(fā)展,傳統(tǒng)太陽能市場份額急劇下滑,而分體太陽能以其安全、美觀、實用等特點異軍突起,加之政策扶持,進(jìn)入快速上升通道。導(dǎo)熱液作為分體太陽能的“血液”,作用至關(guān)重要,不容小覷,選擇不當(dāng),會直接影響分體太陽能的使用效果和壽命,甚至影響到消費(fèi)者的健康。隨著市場增大,很多防凍液生產(chǎn)企業(yè)也逐步進(jìn)入分體太陽能導(dǎo)熱液這個市場,出現(xiàn)了類似汽車防凍液市場上質(zhì)量參差不齊、魚龍混珠的現(xiàn)象。北京京脈化工有限公司自2006年逐步與力諾、桑樂、海林、皇明、桑普等45家太陽能企業(yè)建立了緊密的合作關(guān)系,共同經(jīng)歷和見證了分體太陽能的發(fā)展,分體太陽能導(dǎo)熱液發(fā)展中的苦與樂。
1導(dǎo)熱液的作用
1. 導(dǎo)熱作用
顧名思義,導(dǎo)熱液的基本功能就是導(dǎo)熱。集熱器利用太陽的熱能把導(dǎo)熱液的溫度升高,與水箱中的水產(chǎn)生溫差,通過循環(huán),不斷發(fā)生熱交換,從而達(dá)到升高水溫的目的。
2. 防腐作用
導(dǎo)熱系統(tǒng)中集熱器、循環(huán)管路、水泵、水箱等部件是由鋼、鑄鐵、黃銅、紫銅、鋁、不銹鋼組成,由于不同的金屬的電極電位不同,在電解質(zhì)的作用下容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕,同時導(dǎo)熱液中醇類物質(zhì)分解后形成的酸性產(chǎn)物,也促進(jìn)導(dǎo)熱系統(tǒng)腐蝕。導(dǎo)熱系統(tǒng)腐蝕會使循環(huán)不暢,堵塞管道,產(chǎn)生水溫升溫慢、不升溫現(xiàn)象,若腐蝕穿孔,導(dǎo)熱液滲入水箱,會給使用者帶來健康隱患。因而導(dǎo)熱液中都加入一定量的防腐蝕添加劑,防止導(dǎo)熱系統(tǒng)產(chǎn)生腐蝕。
3. 防垢作用
導(dǎo)熱液系統(tǒng)中的水垢來源于水中的鈣鎂等陽離子,這些堿土金屬陽離子在熱負(fù)荷條件下,容易與水中的陰離子(如硫酸根離子、磷酸根離子、硅酸根離子、碳酸根離子等)反應(yīng)生成水垢。水垢能磨損水泵密封件,降低循環(huán)速度,并覆蓋在循環(huán)管道內(nèi)壁使金屬絕熱而導(dǎo)致導(dǎo)熱率降低。因此,導(dǎo)熱液中一定要使用經(jīng)過軟化的去離子水或蒸餾水,防止水垢生成。
4. 防凍作用
由于分體太陽能水具有良好的導(dǎo)熱性,同時水的比熱容大,具有很好的吸熱性能,是導(dǎo)熱液最理想的組分選擇。但水的冰點高,在0℃以下就開始結(jié)冰并且體積膨脹,在北方及其他冬天處在0℃以下地區(qū),就沒辦法使用。因此,在導(dǎo)熱液中加入了一些能夠降低水冰點的物質(zhì)作為防凍劑,保持在冬天低溫天氣時導(dǎo)熱系統(tǒng)不凍結(jié),能持續(xù)使用。
2導(dǎo)熱液的組成成分
1. 水
水是導(dǎo)熱液中的重要組成部分,不只因為水具有良好的導(dǎo)熱性能,而且二元醇防凍劑只有和水配成一定濃度的水溶液時才能充分發(fā)揮其防凍作用,并具有良好流動性。在我們?nèi)粘J褂玫淖詠硭⒑铀?、泉水、井水中含有大量溶解性物質(zhì),如鈣、鎂、鉀、鈉、鐵等金屬離子,還含有很多陰離子如硫酸根、磷酸根、硅酸根、碳酸根和氯離子等,加熱條件下,這些陰陽離子會生成水垢,堵塞管道,降低導(dǎo)熱效率,影響導(dǎo)熱液的質(zhì)量,且氯離子和硫酸根離子達(dá)到一定濃度時,會嚴(yán)重加劇導(dǎo)熱系統(tǒng)的腐蝕。因此水質(zhì)非常重要,在生產(chǎn)導(dǎo)熱液時必須使用軟化去離子水或者蒸餾水。
水的比熱容較大并且熱傳導(dǎo)快,因此水本身就是最好的導(dǎo)熱介質(zhì)。其實,在南方長年無霜凍地區(qū),純凈水加上防腐劑是最理想的導(dǎo)熱介質(zhì),既經(jīng)濟(jì)又能保證質(zhì)量。京脈化工公司是一家防凍液、導(dǎo)熱液技術(shù)服務(wù)性公司,為國內(nèi)100多家防凍液生產(chǎn)商提供技術(shù)服務(wù),六種不同規(guī)格不同性能的液體防腐復(fù)合劑滿足了各防凍液廠家的不同需求。
2. 防凍劑
防凍劑是指與水混合后能降低冰點的物質(zhì),通常包括一元醇、二元醇、三元醇。
一元醇包括甲醇和乙醇。甲醇和乙醇降低冰點的效果最好,但沸點低、易揮發(fā),同時閃點低,易燃,帶來很多不安全因素,甲醇毒性大,對生產(chǎn)和使用者的身心健康有一定危害,所以不論汽車防凍液和工業(yè)設(shè)備導(dǎo)熱液都禁止使用。
二元醇包括乙二醇和丙二醇。乙二醇具有優(yōu)異的降低冰點的效果,同時具有沸點高、黏度適中、毒性低的特點,在汽車防凍液中使用時又和人體接觸不緊密而得以廣泛采用。但是,用在與人體接觸密切的太陽能中時,一旦循環(huán)管路發(fā)生泄漏還是有一定健康隱患存在。乙二醇本身屬低毒物質(zhì),但其代謝產(chǎn)物毒性較高,如乙醛酸、草酸和乳酸。對人體腎臟和大腦損傷很大,沉積過量會危及生命危險。所以我們建議在分體太陽能導(dǎo)熱液中應(yīng)禁止使用乙二醇作為防凍劑,防止可能性的隱患。關(guān)于物質(zhì)毒性衡量標(biāo)準(zhǔn)和等級,在這里我就不詳細(xì)贅述了,網(wǎng)上都可以查到。
丙二醇也具有非常優(yōu)異的防凍性能,與水具有很好的相容性,沸點高、黏度適中、且無毒,對人體和環(huán)境影響都不大,應(yīng)作為分體太陽能換熱介質(zhì)的首選材料。丙二醇自身沸點190度、冰點負(fù)60度,用它還可以做高沸點導(dǎo)熱液,通過和力諾、皇明技術(shù)部合作試驗,在真空管分體太陽能實際使用當(dāng)中效果并不理想,所以導(dǎo)熱液重要?dú)w重要,但它不是神水,不是萬能的,各太陽能公司不要盲目相信一些防凍液公司夸大其詞,吹噓導(dǎo)熱液的神奇功效,它只是個換熱介質(zhì)而已,該從設(shè)計工藝上想辦法的還要從工藝上想辦法。
丙三醇與水混合后也有很好防凍性能,高沸點,無毒,成本比丙二醇低,也可以作為導(dǎo)熱液的防凍劑。但其運(yùn)動粘度和抗氧化性要比丙二醇差。
導(dǎo)熱液
防凍劑的成本決定著導(dǎo)熱液的成本,冰點越低,防凍劑的添加劑量就越大,成本就越高,所以不同冰點、不同防凍劑的導(dǎo)熱液價格也不同。太陽能公司應(yīng)該根據(jù)不同地區(qū)、不同氣候條件,選擇不同冰點的導(dǎo)熱液,降低產(chǎn)品成本。
在這里,我簡單介紹一下冰點、傾點、凝點的區(qū)別。以冰點-25℃的導(dǎo)熱液為例,把它放入冷域中持續(xù)降溫,當(dāng)液體中出現(xiàn)第一例冰棱時的溫度是-25℃時,叫做導(dǎo)熱液的冰點,此時導(dǎo)熱液是冰水混合物,具有流動性,再持續(xù)降溫,冰凌逐漸增多聚集,液體會越來越黏稠,當(dāng)液體不具有流動性但液面可以傾斜時的溫度(大約-29℃時)點,叫傾點,再繼續(xù)降溫,至液體完全凝固時的溫度(大約-34℃時),叫凝點。我為什么要講一下這個問題,是因為現(xiàn)在市場有一些防凍液公司把自己的導(dǎo)熱液產(chǎn)品規(guī)格標(biāo)注成凝點,與標(biāo)注冰點的規(guī)格產(chǎn)品比較價格,蒙騙太陽能公司。實際上標(biāo)注凝點-25℃的導(dǎo)熱液,冰點只有-15℃,在嚴(yán)寒地區(qū)是要出大問題的。
以丙二醇作為防凍劑的導(dǎo)熱液價格
比丙三醇型要高很多。一些不誠信的防凍液生產(chǎn)商以丙三醇型冒充丙二醇型,牟取暴利,所以太陽能廠商應(yīng)有一些必要的進(jìn)廠檢測。儀器設(shè)備也不復(fù)雜,例如,-25℃的導(dǎo)熱液,如果丙二醇型,密度是1.02;如果是丙三醇型,密度是1.08等物理現(xiàn)象就可以做個初步判斷。
在導(dǎo)熱液中,如果含有兩種以上防凍劑,叫做多元醇或混醇。其實,導(dǎo)熱液中只含有一種防凍劑時質(zhì)量最穩(wěn)定,也容易檢測,相關(guān)檢測標(biāo)準(zhǔn)中的物理特性指標(biāo)只針對單一一種醇類。多元醇無論對導(dǎo)熱液或者防凍液來說,都是個偽命題,目的只有一個,隱瞞成本,以次充好,牟取暴利。
3. 添加劑
添加劑主要由緩蝕劑、緩沖劑、防垢劑、消泡劑和著色劑組成。添加劑也是導(dǎo)熱液的核心技術(shù)。導(dǎo)熱系統(tǒng)的管路及水泵主要是由金屬零件組成,主要金屬有:鑄鋁、鋼、鑄鐵、紫銅、黃銅、不銹鋼等。同種金屬內(nèi)部、不同金屬之間的接觸電位不同,在導(dǎo)熱液組成的電解液中會產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。同時醇類在高溫?zé)嶝?fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)條件下會氧化,金屬元件也會促進(jìn)醇類氧化生成甲酸,這種混合溶液更會加劇腐蝕。試驗表明,如不加添加劑,醇水混合溶液腐蝕速度比只使用水時還要快。因此,導(dǎo)熱液中一定要加入一定劑量的添加劑,工作液中一般不超過3%.
緩蝕劑主要分為兩大類,無機(jī)型和有機(jī)型。
無機(jī)型以磷酸鹽型和硅酸鹽型為主要代表。磷酸鹽和硅酸鹽都是鋁材質(zhì)的特效保護(hù)劑,與硼酸鹽、亞硝酸鹽、BTA等復(fù)配后對鋼、鑄鐵、銅、鋁、焊錫等金屬具有很好的保護(hù)作用,在汽車防凍液中被廣泛使用。但這些無機(jī)物因其毒性對人體和環(huán)境影響很大,而且使用壽命較短,所以在與人體接觸密切的太陽能導(dǎo)熱液中不應(yīng)使用。
有機(jī)羧酸型以脂肪酸為主要材料,由一元酸、二元酸、三元酸進(jìn)行復(fù)配,對鋼、鑄鐵、銅、鋁、焊錫、不銹鋼等金屬同樣具有很好的保護(hù)作用,對人體和環(huán)境的影響相對于無機(jī)鹽大幅度降低,而且消耗速度緩慢,使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于無機(jī)鹽配方。無機(jī)鹽在加入導(dǎo)熱系統(tǒng)時,與導(dǎo)熱系統(tǒng)金屬表面反應(yīng)生成鈍化膜,由于發(fā)生反應(yīng)而消耗,濃度下降非常明顯,而有機(jī)羧酸在加入導(dǎo)熱系統(tǒng)后,并不與導(dǎo)熱系統(tǒng)金屬發(fā)生反應(yīng),當(dāng)導(dǎo)熱系統(tǒng)中金屬表面發(fā)生腐蝕、pH值降低,局部呈現(xiàn)微酸性環(huán)境時,有機(jī)羧酸就從導(dǎo)熱液中游離出來吸附在發(fā)生腐蝕的活性點處,防止腐蝕進(jìn)一步發(fā)生。當(dāng)腐蝕點處腐蝕被抑制,局部pH 值恢復(fù)到正常時,有機(jī)羧酸又重新變成離子溶入導(dǎo)熱液中。由于不需要成膜,所以消耗量很少,使用壽命就可以很長。同時通過試驗發(fā)現(xiàn)在無機(jī)鹽形成的鈍化膜層存在電容器充電現(xiàn)象,說明鈍化膜具有絕熱性,而有機(jī)羧酸不成膜,所以有機(jī)羧酸型導(dǎo)熱液的傳熱性能也優(yōu)于無機(jī)鹽導(dǎo)熱液。
1)緩沖劑
金屬腐蝕過程的本質(zhì)是電化學(xué)過程,不僅與導(dǎo)熱液中緩蝕劑有關(guān),而且與導(dǎo)熱液的pH 值有關(guān)。金屬在酸性環(huán)境中容易腐蝕,在弱堿環(huán)境中容易得到保護(hù)。通常導(dǎo)熱液或防凍液的pH 值都控制在7.5 到11 之間,不同體系緩蝕劑配方pH 值也略有不同。由于在加熱使用過程中,醇類都會分解產(chǎn)生酸性物質(zhì),使導(dǎo)熱液pH值降低,為了使導(dǎo)熱液在使用過程中維持一定的pH 值,防止酸化,通常在溶液中要加入緩沖劑,配成緩沖體系,使之具有一定緩沖能力。常用緩沖劑有磷酸鹽、硼酸鹽和各種有機(jī)酸。在太陽能導(dǎo)熱液中應(yīng)避免使用無機(jī)類緩沖劑,應(yīng)采用有機(jī)類緩沖劑。
2)防垢劑
導(dǎo)熱液在使用中,經(jīng)常會在金屬表面形成水垢,并使循環(huán)管路變窄,繼而影響導(dǎo)熱效果,因此導(dǎo)熱液中還應(yīng)該加入一定量的防垢劑,防止水垢生成或使已生成的水垢分散成細(xì)微顆粒懸浮在導(dǎo)熱液中,防止水垢沉積結(jié)垢。通常使用的防垢劑有配合型和分散型。不同緩蝕劑配方體系選用的防垢劑也不同。有機(jī)羧酸配方中應(yīng)選用有機(jī)酸作為分散劑。
3)消泡劑
導(dǎo)熱液在循環(huán)管路中高速循環(huán)以及水泵中高低壓轉(zhuǎn)換過程中,會產(chǎn)生大量氣泡,不但影響導(dǎo)熱效率,氣泡破裂也會產(chǎn)生氣穴腐蝕。為了降低氣泡產(chǎn)生的危害,導(dǎo)熱液中通常還要加入一定量的消泡劑。
4)著色劑
導(dǎo)熱液在使用過程中,還需加入一定量著色劑,使之有醒目顏色。這樣在導(dǎo)熱系統(tǒng)發(fā)生滲漏,導(dǎo)熱液進(jìn)入水箱或其他水路管道時能及時發(fā)現(xiàn),避免引起更大的危害。
綜上所述,太陽能導(dǎo)熱液應(yīng)選用丙二醇或丙三醇作為防凍基液,配以有機(jī)羧酸添加劑,才能最大限度地滿足優(yōu)質(zhì)、無毒、長壽命等特點,更好地服務(wù)于太陽能工程。