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    車隊長防凍液 - 小知識--石家莊科華新能源關于太陽能專用導熱介質的作用及未來發展方向
    發布時間:2016-04-08 14:42:13   點擊: 776

    ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?石家莊科華新能源關于太陽能專用導熱介質的作用及未來發展方向 ?

    ? ? ? ? ?近年來隨著世界能源價格不斷上漲和環保意識增強,面對嚴峻的節能減排形勢,我國正在大力發展和利用可再生能源,太陽能熱水器與建筑相結合是一個極為重要方向。結合我國實際情況,城鎮化過程中高層建筑的興建是應對我國人口眾多和土地緊張的重要舉措,帶動壁掛式太陽能熱水器的蓬勃發展。據此石家莊科華新能源針對導熱介質與同行共同探討一下產品的關鍵性能!?

    ? ? ? 據上所述,相關配件及原料需求量大增,其中壁掛式太陽能專用導熱介質作為影響熱水器熱效率的關鍵環節卻被眾多壁掛式太陽能熱水器生產廠家忽視,甚至將汽車防凍液加注到系統中,帶來諸多隱患(具體內容請見《不同體系導熱介質的對比》)。目前關于太陽能專用導熱介質沒有國家標準或者行業標準可參考,本文結合2009版《美國供暖制冷與空調工程師學會手冊》將對太陽能專用導熱介質所具備的性能和產品的優劣衡量標準進行簡要分析,以期能引起行業內有識之士關注和重視。

    ? ? ? 1、對環境友好

    ? ? ? ? ? 出于對環境保護和人身安全的考慮,對環境友好這一特性是對導熱介質的最基本要求,包括兩方面的要求:

    1.1 產品必須環保,對外界環境不會造成污染或者不利影響,比如配方中盡量避免使用磷酸鹽以免造成水資源富氧化;

    1.2 產品必須安全無毒,作為與人們日常生活密切相關的產品,萬一泄漏不能危害人身安全,要求生產導熱介質的原料做到無毒或者低毒,因此配方中不得含有鉻酸鹽、亞硝酸鹽等劇毒物質。該項性能的衡量指標應該符合LD50>22000mg/kg(大鼠經口)。

    ? ? ? 2、 適宜抗凍劑

    ? ? ? ? 防凍性能是導熱介質的基礎指標,與該項指標密切相關的是抗凍劑,抗凍劑是指能溶于水且能降低水冰點物質,這些物質主要分為無機鹽和有機醇兩大類:無機鹽類比如氯化鈉、氯化鈣等等,缺點:冰點降低有限,腐蝕性,不適于在太陽能系統使用。有機醇類包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、甘油和其他低碳多元醇,其中由于甲醇和乙醇沸點和閃點都太低,易揮發,熱穩定性和抗凍能力較差;甘油作為抗凍劑時濃度高、粘度大、泡沫多等缺點限制了其應用,因此生產中不宜采用甲醇、乙醇和甘油;乙二醇和丙二醇是最適宜的兩種抗凍劑,其中由于丙二醇無毒廣泛應運于歐美等發達國家采暖、制冷、空調等。   目前,市面上有針對汽車防凍液的冰點測定儀,該種儀器是利用光學原理對防凍液中乙二醇含量測定,誤差較大,對于其他體系或者非純乙二醇型防凍液的冰點無法測量,科學冰點測定方法如下:將產品試樣45ml注入試管中,裝好螺旋攪拌棒和低溫標準溫度計,用軟木塞塞好,置入制冷器的冷阱中,試管底部距冷阱底面不少于20mm,接通電源,將制冷溫度調至所需數值,即可測定冰點。

    ? ? ? ?3、長效性能

    ? ? ? ? ? ?導熱介質應用于壁掛式太陽能閉式循環系統內,不可能像汽車防凍一兩年內更換,必須做到8a-10a內不會變質和各種性能衰減的現象,亦即產品具備長效性。本性能的測定可以通過保持高溫下(180℃)三個月的方法進行加速氧化、酸化實驗,測定導熱介質各種性能的變化和衰減情況以衡量產品是否具備長效性能。   4、緩蝕性能

    ? ? ? ? 該性能是衡量導熱介質優劣的主要指標之一,壁掛式太陽能熱水器閉式循環系統金屬材質為碳鋼和黃銅,因此,導熱介質應針對這兩種金屬長效緩蝕,不能像汽車防凍液那樣針對多種金屬進行全面短效緩蝕,集中優勢兵力解決好關鍵問題。參考美國材料與試驗學會(ASTM)的試驗方法,該性能的檢測方法如下:將平板太陽能熱水器閉式循環系統中常用的兩種金屬黃銅片和碳鋼片(25cm×5cm)浸泡在導熱介質中,在88℃下不斷通空氣336h,試驗結束后,測定試片重量變化,觀察試片及導熱介質的外觀變化,質量損失≤10mg/片。

    ? ? ? 5、阻垢性能

    ? ? ? ? 導熱介質在長期運行過程中必不能產生污垢,否則,污垢沉積在管道內或夾套壁上,造成三個弊端:首先管道變窄阻力增大,導致導熱介質流速降低影響換熱效率;其次水中的各種離子以鹽類或堿類形式附著在金屬表面,增加了銹蝕的風險;最后金屬表面沉積一層黃白色水垢后,影響金屬的導熱效果,降低導熱效率。 堿性條件下,水垢常含有Ca2+、Mg2+的CaCO3、MgCO3、Mg(OH)2沉淀,也有Ca2+、Mg2+、Na+的氯鹽,還含有Ca2+、Mg2+的硫酸鹽、硅酸鹽等。因此要提高導熱介質的阻垢性能從兩方面入手:1. 配制溶液時使用去離子水,降低Ca2+、Mg 2+ 在水中的含量,其硬度控制在15ppm 以下,同時控制水的電導率(減少水中電解質的含量);2.添加適宜的阻垢劑避免水垢的產生和附著。

    ? ?6、酸堿度

    ? ? ? 酸堿度是衡量導熱介質緩蝕性能的關鍵參數,導熱介質必須控制在適宜的酸堿性才能起到緩蝕效果,體現在如下兩項指標:   1. pH值   導熱介質最適宜的pH值范圍為8-11,在此范圍內溶液對各種金屬的腐蝕率最低。導熱介質的pH值要堅決避免<7,否則,不但沒有緩蝕效果,溶液本身對金屬發生腐蝕;pH值在7-8之間時雖然不會對金屬產生腐蝕,但是溶液容易向酸性轉變,緩蝕效果低;pH值高于11時,堿度太大,同樣增加了對金屬的腐蝕風險和溶液的不穩定性。pH值的粗略測量可用pH 值試紙,可測出溶液的pH 值區間;精確測量可采用pH值測量儀(精度0.1)。   儲備堿度是指用濃度為c(HCl)=0.1000mol/L 的鹽酸標準滴定溶液滴定10ml 試樣、pH值為5.5時所需要的毫升數(精確到0.1mL),導熱介質的儲備堿度因冰點的不同略有差異。該項指標的測定方法概要:將10mL試樣(移液管準確移?。┯谜麴s水稀釋至約100mL,再用濃度為c(HCl)=0.1000mol/L 的鹽酸標準滴定溶液滴定至pH值為5.5。   試樣的儲備堿度V(mL)按下式計算:

    ? ? ? ?7、緩沖性能

    ? ?導熱介質的pH值緩沖性能是指溶液在加入少量酸、堿、水時能抵抗pH 值改變的性能,這是延緩溶液使用壽命的重要方法,在溶液配制時要選擇適宜助劑起到pH 緩沖作用以保證導熱介質的堿性。

    ? 8、防腐性能

    ? ?導熱介質中有大量的有機物存在,因此在使用及儲存中可能由于微生物的作用而發生霉變,導致產品報廢。所以需要選擇適宜的防腐劑添加到體系中以保證產品不會腐敗。

    ? ? ?9、防沸性能

    ? ? ? 沸點高低決定了導熱介質的適用溫度區間,也是衡量產品防沸性能的重要指標。因冰點不同,每種規格的導熱介質具有不同的沸點,基本上導熱介質的沸點都應在105℃-112℃(一個標準大氣壓下)。   沸點的測定有常量法和微量法兩種方式,常量法測定沸點采用蒸餾裝置,在操作上與蒸餾相同,較簡單易行;微量法操作麻煩,雖然精度高但不建議使用。

    ? ?10、低泡性能

    ?優質的導熱介質應該具備低泡性能。在高溫和強制循環的條件下,導熱介質很容易產生泡沫,過多的泡沫會增加空氣在溶液中的溶解度從而加劇氣穴腐蝕,同時妨礙正常循環和導熱,還易造成溢流損失,因此,在溶液配制過程中必須添加消泡劑加以控制泡沫傾向。簡單易行的測定方法是取50mL試樣置于100mL的量筒中,在30s內上下劇烈搖動100次,再使量筒靜止10s后,在量筒上讀取泡沫所占容積,泡沫體積<4mL。   11、熱穩定性

    ? ?因導熱介質長時間在高溫狀態下運行,要求其必須具備高溫熱穩定性,這包括三方面內容:1.溶液組成中不能有沸點低于水的成分,譬如不能有甲醇、乙醇等易揮發組分;2. 要求溶液中的助劑在高溫下不能產生沉淀或者膠體絮狀物析出,必須保持高溫狀態下溶液也為澄清透明液體;3. 要求抗凍劑在高溫下不會發生炭化、氧化,否則會導致溶液變質,經多年實驗證明乙二醇、丙二醇等幾種低碳多元醇具備良好的熱穩定性。   12、換熱效率

    ? ? ? 換熱效率的高低對整個壁掛式太陽能系統換熱效果起著決定性作用,在其他外界條件相同的情況下衡量換熱效率的關鍵參數是導熱介質的熱傳導率,對于不同冰點乙二醇水溶液和丙二醇水溶液的熱傳導率在相關的手冊中可查到數據(一般以20℃時的熱傳導率為參考數據,不必實際檢測),總體來講,這兩種類型的水溶液隨著冰點的降低熱傳導率下降。純水是最好的導熱載體,其熱傳導率隨著溫度的升高而上升,而大部分有機醇的熱傳導率隨著溫度的升高而下降,但是乙二醇水溶液和丙二醇水溶液熱傳導率的整體效果隨著溫度升高而上升,只不過上升幅度很小。

    ? ? ?13、警戒色

    ? ? ? 在導熱介質中加入無毒的水溶性著色劑,以區別于一般的循環水,起到警示作用,另一方面也容易觀察到導熱介質在循環系統中是否發生泄漏,警戒色以藍色或者紅色為主。

    14、適宜運動粘度

    ? ? ?導熱介質的運動粘度也是影響導熱介質換熱效率的因素之一,導熱介質應當具備一定的運動粘度以確保有良好的換熱效果,在低溫時應當連續流動順暢,以便壁掛式太陽能系統吸熱后盡快運行;在高溫時也不至于粘度太低造成流動速度太快,容易形成氣阻,導致換熱性能降低。衡量導熱介質的運動粘度一般以20℃時溶液的粘度為參考數據。

    綜上所述,高品質的太陽能專用導熱介質應當為集環保、長效、防凍、防沸、低泡、熱穩定性好和導熱效率高等多種優異性能為一體的換能液。石家莊科華新能源科技有限公司嚴格控制產品質量,加大新型導熱介質的研發與試驗,不斷推進導熱介質的更新換代,為太陽能行業向綠色、高效、節能發展方向做出貢獻!

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