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太陽能防凍液与汽車防凍液区别在皇家88平台?
作者: 發布日期:2017-11-13

衆所周知,在我國的太陽能行業中真空管式太陽能熱水器占有絕對優勢,分體式太陽能市場份額很小,據統計,目前平板式太陽能熱水器市場占有率僅有10%左右,這一特點不同于全球太陽能市場中平板式太陽能熱水器占據主流的現象,十分具有中國特色。但近幾年來這一局勢正在發生著深刻變化,平板式太陽能得到了快速發展,而普通的真空管式太陽能下滑速度非常之快超乎尋常,綜其原因有以下幾點:一是我國的地少人多的國情決定了城鎮化過程中必須要走高層住宅的道路,既保障了住房這一民生需要,又實現了節約用地,提高了土地的利用效率,高層住宅的大量興建必然限制了太陽能一體機的使用,只能在平板式(或分體式)太陽能這一選項上做出抉擇;二是我國空氣汙染嚴重,太陽能與建築一體化是節能減排和改善大氣環境的一項重要舉措,因平板式太陽能具有平面結構、良好的承壓性能、系統穩定、安全耐用、易與建築物美觀性相統一等特點,決定了其將取代一體機占據主流的必然趨勢;三是平板太陽能熱水器經過了幾十年的發展,技術已經更趨成熟和完善,熱效率有了大幅度的提高,我國的平板式太陽能熱水器迎來了長足發展的黃金時期。

在众多平板太阳能生产厂家不断改进生产技术和提高系统换热效率的过程中,在诸如保温、吸热膜层、金属材料等方面采取了积极有效的措施以保证产品的[Market]竞争力,但很多厂家没有关注導熱介質这一关键环节的影响,认为導熱介質只要满足防冻这一要求就可以了,因此,在[Market]上采购了汽車防凍液加注到系统中去,或者找到某些汽車防凍液厂家让其根据汽車防凍液的配方提供導熱介質,更有甚者在化工[Market]采购乙二醇加水稀释(并不添加任何助剂)后直接作为導熱介質,这些做法存在诸多不足或隐患。相信太阳能行业的广大同仁都了解或者听说过近三年内几起太阳能工程出现水箱锈蚀发生泄漏皇家88平台榭觯ㄔ诖瞬槐一一赘述),其中最主要的原因选择了劣质的導熱介質(大部分为产品质量良莠不分、参差不齐的汽車防凍液),非但没有起到缓蚀的效果,反而加速了水箱夹套和铜管的锈蚀,最终酿成了“千里之堤毁于蚁穴”的质量事故。本文将从多种视角分析不同类型的導熱介質对平板太阳能热水器系统的影响,以期给大家提供有益的参考。

1、抗凍劑的對比

抗凍劑的选择直接决定了導熱介質的档次和质量,目前,在[Market]上采购到的導熱介質大部分为诸多类型的(-25℃)汽車防凍液,在这些防冻液中符合行业标准的原料以乙二醇为主,不符合标准的防冻液之原料可谓五花八门,这其中可能包含甲醇、甘油或者低分子醇(一种价格低廉、比重可达1.35的不明物质),报价也很低,从3.3元/kg至5.5元/公斤都有,若以甘油为原料还好点,除了有一定缺点外还可以用(可见此前文章《浅析導熱介質的性能及优劣衡量》),但若用其他两种物质,防冻液质量就另当别论了。在此我们以-25℃的汽車防凍液为例简单的核算一下成本,现在乙二醇的价格(含运费到厂价)约为7200元/吨,乙二醇比例约在45%,包装成本约在1000元/吨,各种助剂总成本约在800元/吨,其他成本(人工、设备、厂房等)约在500元/吨,在不加利润皇家88平台榭鱿伦艹杀疽呀咏了5500元/吨,皇家88平台低于这个价格的产品原料是否为乙二醇不言而喻了。实验表明,防冻液中一旦含有甲醇有以下隐患:一是甲醇的存在增大了防冻液的腐蚀性;二是防冻液的沸點只有80-90℃,根本不适于太阳能系统使用;三是若传热系统为密闭模式,甲醇挥发后,夹套或者铜管内的压力在高温下迅速增大,容易使水箱或者铜管变形直了鸹敌孤凰氖窃谙低撤敲芊皇家88平台榭鱿,甲醇常温下就易挥发,更不用说高温下的挥发速度,加注到太阳能系统中后,随着甲醇的挥发,導熱介質的冰点也随之升高,本来冰点是-25℃,但冰点最终可能上升至零下十几度,整个系统冻裂的风险性非常大。至于低分子醇,不知其皇家88平台是何物,无法评价防冻液的各种性能及隐患。

太陽能導熱介質應該是無毒或者微毒,常用的原料應該是丙二醇或者乙二醇,乙二醇的毒性大于丙二醇,丙二醇屬于安全無毒原料(LD50>20000mg/kg),從長遠來講,丙二醇型導熱介質是無毒環保的産品,符合今後的發展方向,但是現在丙二醇市場價格處于高位運行,成本高影響了産品的推廣。乙二醇型導熱介質在不添加劇毒的亞硝酸鈉和鉻酸鹽皇家88平台疤嵯,屬于微毒産品,由于價位適中,産品有一定的市場占有率。

2、冰點的對比

如将汽車防凍液作为太阳能導熱介質,目前在[Market]上能够采购到的产品规格基本为-25℃和-35℃两种,在针对不同地区时无法进行细致的划分。我们在长期实践的基础上,根据经验提出如下观点:作为太阳能導熱介質不同于汽車防凍液,汽车是可移动物体,其活动范围大,具有不确定性,所以要求汽车中加注的防冻液冰点适用区域必须辽阔,留出的冰点冗余要大;但是分体式太阳能固定好后是不可移动的,冰点冗余要根据太阳能热水器使用的地区而确定,因此有必要对導熱介質的使用区域和冰点进行细分;我们建议进行如下划分(仅供参考,还可以因地制宜进行更细致的划分):(1)珠三角地区使用冰点为-10℃的導熱介質;(2)长江以南区域使用冰点为-15℃的導熱介質;(3)黄河以南区域使用冰点为-20℃的導熱介質;(4)北京以北黄河以南区域使用冰点为-25℃的導熱介質;(5)东三省根据不同地区特点确定更低冰点的導熱介質。进行如此划分,我们基于如下两点考虑:(1)冰点越低,導熱介質中水的含量越低;反之,水的含量越高。众所周知,水的含量越高,導熱介質的换热效率越高,因此使用高冰点的導熱介質,太阳能系统的热效率更高,在[Market]竞争惨烈的今天,可以使产品在换热效果方面处于领先地位;(2)同种品质的導熱介質,冰点越高,其乙二醇或者丙二醇的含量越低,成本越低,因此可以降低采购成本,这是所有太阳能生产厂家都希望看到和得到的皆大欢喜之结果。

3、針對材質的對比

根据常识我们知道,汽车发动机和冷却系统等部件材质为压铸铝合金、铸铁、钢、黄铜、紫铜、焊锡等,其中铸铝是系统中的大部分零件的材质,铸铝件是最易受腐蚀和容易损坏的环节,因此,汽車防凍液的缓蚀和pH值设计主要针对铸铝,并一挂的对其他金属腐蚀进行预防。目前,在分体式太阳能系统中金属材质为碳钢、黄铜、紫铜和不锈钢,因此,太阳能专用導熱介質的缓蚀和pH值设计应针对其系统本身使用的金属材质进行专业预防,而不能以汽车发动机和冷却系统的金属材质为标准和依据。

鉴于以上情况,可能大家以为汽車防凍液或者基于汽車防凍液配方所做的太阳能導熱介質对金属材质的缓蚀要比太阳能专用導熱介質更加全面,但事实并非如此:一是汽车冷却系统和太阳能换热系统所用金属材料不同,对防冻液的缓蚀和pH值(具体差异见随后内容)的要求也不同,选用合适的专用产品才是王道;二是在防冻液中添加各种助剂的总量是有限的,在太阳能专用導熱介質中添加各种专用助剂就应该仅限于系统中的金属材质,而不能加入与系统金属无关的助剂,这样有利于增大专用助剂的添加量,也就是说集中优势力量解决关键问题,使導熱介質的缓蚀效率和使用时限得到更大的提高。

4、緩蝕助劑的對比

缓蚀助剂是導熱介質的重要组分,对产品的缓蚀性能起着决定性作用。据前述内容,汽車防凍液或基于汽車防凍液配方所做的太阳能導熱介質,其缓蚀助剂选择上主要针对铸铝和黑色金属,根据中华人民共和国石油化工行业标准NB/SH/T 0521-2010《乙二醇型和丙二醇型发动机冷却液》的要求可知,配方中添加的缓蚀助剂主要是偏硅酸钠和亚硝酸钠,这两种是最便宜和最容易得到无机缓蚀剂,偏硅酸钠虽然是有效的铝缓蚀剂,但受热很容易形成絮状胶体并且沉淀下来,造成如下后果:(1)防冻液中的缓蚀助剂已形成沉淀析出无法起到缓蚀作用;(2)太阳能系统因为污垢附着在夹套或者管道内降低了導熱介質的流速,降低换热效率,并增加了锈蚀风险。亚硝酸钠是有效的黑色金属缓蚀剂,剧毒,在汽車防凍液中应用没有太多限制,但是作为民用的太阳能产品,应该限制其使用。目前,很多太阳能厂家就是用汽車防凍液作为導熱介質加注到系统中,结果就是缓蚀助剂不对路,出现了前述现象,非但起不到缓蚀效果,更加剧了腐蚀的发生,太阳能换热系统很容易发生腐蚀从而泄漏损坏。

太陽能專用導熱介質應該有針對性的對系統中的金屬材質進行專業緩蝕,因此配方中必須添加如下助劑:紫銅專用緩蝕劑、黃銅專用緩蝕劑、碳鋼專用緩蝕劑和不鏽鋼專用緩蝕劑,這些助劑必須做到如下幾點:(1)助劑毒性低毒或者無毒;(2)助劑與溶液有良好的相溶性,無論在低溫、常溫或者高溫下,都不得析出;(3)助劑具有高效緩蝕性能,並且具有長久的緩蝕效果;(4)盡量避免使用穩定性差的無機緩蝕助劑。另外針對目前有個別太陽能廠家選用鋁壓鑄集熱板皇家88平台闆r,配方中應該添加高效的國外進口有機鋁專用緩蝕劑,但不能添加穩定性差的偏矽酸鈉,以便起到良好的緩蝕效果。

5、毒性的對比

在討論導熱介質的毒性之前,讓我們先了解一下毒性衡量標准以及分級。通常物質的毒性通過急性毒性來測定,以大鼠經口LD50值爲指標判定毒性大小,大鼠經口LD50值是指把不同劑量的被試驗物質經口注入大鼠體內,在14天內足以使占全體數量50%的個體在試驗條件下致死的劑量稱爲LD50(致死量50%),一般用每公斤體重所使用的毒物毫克數表示(即mg/kg)。根據我國《工業化學品毒性鑒定規範及實驗方法》並參考美國科學院對毒性物質的劃分,可將毒性分級如下:

剧毒 LD50(大鼠经口)≤5mg/kg

高毒 5mg/kg<LD50(大鼠经口)≤50mg/kg

中等毒性 50mg/kg<LD50(大鼠经口)≤500mg/kg

低毒 500mg/kg<LD50(大鼠经口)≤5000mg/kg

微毒 5000mg/kg<LD50(大鼠经口)≤15000mg/kg

无毒 LD50(大鼠经口)>15000mg/kg

太阳能专用導熱介質不同于汽車防凍液,与老百姓的日常生活密切相关,万一发生泄露时有与水、饮食和个人皮肤等混合或接触的风险存在,因此要求产品必须无毒或微毒。最常用的防冻剂是乙二醇和丙二醇,乙二醇的毒性是微毒(大鼠经口LD50为5900mg-13400mg/kg),丙二醇的毒性是无毒(大鼠经口LD50为20000mg/kg),两者与水混合制备成導熱介質后在不添加有毒的助剂前提下均能达到微毒或无毒的要求。但是,用汽車防凍液直接作为太阳能導熱介質或者基于汽車防凍液配方所做的太阳能導熱介質,根据NB/SH/T 0521-2010《乙二醇型和丙二醇型发动机冷却液》的要求,配方中加入了大量的剧毒物质亚硝酸钠,有的还加入另一种剧毒物质重铬酸盐,最终产品的LD50(大鼠经口)在10-15mg/kg,属于高毒物质,用在太阳能换热系统中存在很大的安全风险,很显然是不合适和不应该使用的。另外,丙三醇的毒性是无毒,LD50(大鼠经口)为26000mg/kg,其水溶液也是安全无毒的。

6、密度差異

導熱介質或者防凍液的密入m然不能直接反映産品的各種性能,但是通過密度我們可以基本判斷出産品的類型及組分,我們通過表1可了解到常用的抗凍劑的原始密度。

表1 常用的基础抗凍劑密度对比表(25℃,g/cm3)

抗凍劑

甲醇

乙醇

乙二醇

丙二醇

丙三醇

密度

0.791

0.789

1.117

1.04

1.263

根據2009版《美國供暖制冷與空調工程師學會手冊》提供的技術參數並結合我們的實踐數據,我們總結出不同類型的導熱介質在冰點-10℃到-45℃範圍內密度區間,請參考表2。

表2 不同类型的導熱介質密度区间(冰点:-10℃至-45℃,20℃,g/cm3)

導熱介質

密度

乙二醇型

1.04-1.09

乙二醇爲基礎多元醇型

1.06-1.13

丙二醇型

1.03-1.06

丙二醇爲基礎多元醇型

1.05-1.10

丙三醇型

1.08-1.16

注:具体冰点下某一类型導熱介質密度的详细数据可向济南鼎隆化工科技有限公司的技术人员咨询。

根据表1和表2数据,我们应该能断定出凡是密度小于1.00g/cm3(20℃)的防冻液或導熱介質,是绝对的假冒伪劣产品,基本上为甲醇溶液,其作为汽車防凍液不符合行业标准NB/SH/T 0521-2010的要求,作为太阳能導熱介質更是不可能和不可接受的。我们从某一著名平板太阳能生产厂家拿到其使用的-25℃導熱介質,据说是乙二醇型的,经检测密度与乙二醇型防冻液比较接近,但是沸點只有85℃,并且沸點不固定持续升高,根据化学常识我们知道,当溶液达到沸點时温度基本保持不变,直至大部分溶液挥发掉后温度才会发生明显变化,因此我们判定该产品应该为甲醇水溶液和甘油水溶液的混合物或者甲醇水溶液和密度大的多元醇水溶液的混合物(此类产品的危害前文已有交代),足以达到以假乱真皇家88平台的。可见,我们一定对導熱介質的各项性能指标进行全面的检测,不能被一些表面现象所迷惑而断定是皇家88平台一类产品。

7、pH值的對比

pH值是表示水溶液酸性或堿性程度的數值,在常溫下(25℃):(1)中性水溶液,pH=7;(2)酸性水溶液,pH<7,pH值越小,表示酸性越強;(3)堿性水溶液,pH>7,pH值越大,表示堿性越強。

从基本的化学常识我们知道,铝是两性金属,既容易与酸发生反应,又容易与碱发生反应,在中性环境中较稳定;金属紫铜、黄铜、碳钢和不锈钢易在酸性环境中发生反应导致锈蚀,而在中性或弱碱性环境中稳定不易发生反应。因此,在仅添加无机铝缓蚀剂偏硅酸钠的汽車防凍液,其pH值仅能做到7.0-7.5,以保证不对汽车冷却系统发生锈蚀,虽然说短期内不会发生腐蚀,但是经过长期高温运行,溶液很容易发生酸化,pH值转变为酸性,增加了发生锈蚀的风险,这是建议广大车主使用1-2年后就要更换汽車防凍液的主要原因。针对太阳能换热系统的特点,導熱介質的pH值在8-11为宜;对于使用铝压铸集热板的平板式太阳能,建议導熱介質配方中添加高效的有机铝缓蚀剂,这样也可以做到在碱性环境中整个换热系统不易被锈蚀。

8、沸點的對比

導熱介質沸點的高低直接反映了整个换热系统皇家88平台透呶滦阅,这是保障整个系统安全运转的关键指标。在此我们有必要对導熱介質的沸點进行一下剖析,决定产品沸點高低的是抗凍劑的沸點和助剂的添加情况,常用抗凍劑的沸點请参阅表3。

表3 常用的基础抗凍劑沸點对比表(1个标准大气压下,℃)

抗凍劑

甲醇

乙醇

乙二醇

丙二醇

丙三醇

沸點

64.5

78.4

197.4

188.2

290.9

根据2009版《美国供暖制冷与空调工程师学会手册》提供的技术参数并结合我们的实践数据,我们总结出不同类型的導熱介質在冰点-10℃到-45℃范围内沸點区间,请参考表4。

表4 不同类型的導熱介質沸點区间(冰点:-10℃至-45℃,1个标准大气压,℃)

導熱介質

沸點

乙二醇型

104-110

乙二醇爲基礎多元醇型

105-113

丙二醇型

103-108

丙二醇爲基礎多元醇型

105-112

丙三醇型

110以上

注:具体冰点下某一类型導熱介質沸點的详细数据可向济南鼎隆化工科技有限公司的技术人员咨询。

根据表3和表4数据,我们应该能断定出凡是沸點低于100℃的防冻液或導熱介質,是绝对的假冒伪劣产品,基本上为甲醇溶液或为甲醇水溶液与甘油水溶液的混合物(因乙醇的价位较高,接近于乙二醇的价格,可以排除乙醇溶液),既不符合行业标准NB/SH/T 0521-2010的要求,也不能用作太阳能導熱介質,此种类型的導熱介質危害如前文所述。乙二醇、丙二醇、丙三醇的水溶液作为導熱介質时,沸點均在100℃以上。

9、緩沖及長效性能的對比

導熱介質的缓冲性能的高低决定着其是否具备长效性,缓冲性能的高低体现在pH值和储备碱度两个方面,pH值和储备碱度数值越大,水溶液的缓冲性能越高,反之,水溶液的缓冲性能越低。调节導熱介質的pH值和储备碱度,并不是简单的在溶液中加入火碱或者纯碱,这两种物质加入后,虽然的芨纳迫芤的缓冲性能,但是却增加了腐蚀风险性,因此,在体系中必须加入既能提高溶液pH值和储备碱度又能起到缓蚀效果的高效缓冲助剂。

汽車防凍液或者基于汽車防凍液配方的導熱介質,其pH值在7左右,基本上没有添加缓冲助剂,容易在高温下运行一段时间后呈酸性状态,有发生锈蚀的风险,所以,在较短的一到两年使用期限达到后就必须进行更换。相比较于汽车冷却系统更换防冻液,平板式太阳能换热系统要是一两年就更换導熱介質,既需要专用工具又要提供繁杂的售后上门服务,显然是不合适和难度比较大的,因此,太阳能专用導熱介質需要具备长效性能,不应该在短短的几年内就对導熱介質进行更换。在太阳能专用導熱介質的配方中,我们添加了高效缓冲助剂,能保证溶液长时间处于适宜的pH值和储备碱度,防止導熱介質发生酸化,其长效性能是完全可以做到的。

综上所述,太阳能专用導熱介質并不是简单的防冻液,防冻只是最基本的一个性能要求,其他多方面性能也是必须的,对于太阳能换热系统的影响也是至关重要的。此前,很多太阳能厂家可以说“无知者无畏”,对導熱介質不重视,但愿通过本篇文章能给广大同仁敲响警钟,平板太阳能的质量是全方面的,導熱介質的质量也是其中的关键一环。

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