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1 # 三藝堂
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2 # 沐熙清風
近年來隨著世界能源價格的不斷上漲和全世界環保意識的增強,面對嚴峻的節能減排形勢,中國正在大力發展和利用清潔的可再生資源,太陽能熱水器與建築一體化是一個極為重要選項。結合中國的實際情況,城鎮化過程中高層建築的興建是應對中國人口眾多和土地緊張的重要舉措,從而帶動了壁掛式太陽能熱水器的蓬勃發展,近幾年來隨著平板式太陽能熱水器的技術提高和成熟,國內平板太陽能行業進入了高速發展期,年均增長率同比增長在50%以上。
據上所述,相關的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,簡單的拿汽車防凍液加註到系統中,這樣會帶來諸多隱患(具體內容請見《不同體系導熱介質的對比》)。目前關於太陽能專用導熱介質沒有國標或者行業標準可參考,本文結合2009版《美國供暖製冷與空調工程師學會手冊》將對太陽能專用導熱介質所應具備的效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
出於環境保護和對人身安全的考慮,對環境友好這一特性是對導熱介質的最基本要求,這包括兩方面的要求:一方面是產品必須環保,對外界環境不會造成汙染或者不利影響,比如配方中儘量避免使用磷酸鹽以免造成水資源的富氧化;另一方面是產品必須安全無毒,作為與人們日常生活密切相關的產品,萬一洩漏時不能危害人的身體,這就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。該項效能的衡量指標應該符合LD50>22000mg/kg(大鼠經口)。
2、適宜的抗凍劑
防凍效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,抗凍劑是指能溶於水中而又能降低水的冰點物質,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,該類溶液缺點是冰點降低有限,更嚴重的是具有很大的腐蝕性,不適於太陽能系統使用。有機醇類包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、甘油和其它低碳多元醇,其中由於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也較差;甘油作為抗凍劑時濃度高、粘度大、泡沫多等缺點也限制了其應用,因此生產中不宜採用甲醇、乙醇和甘油;乙二醇和丙二醇是最適宜的兩種抗凍劑,其中由於丙二醇無毒的特性,目前丙二醇體系的水溶液是歐美等發達國家應用最廣的採暖、製冷以及空調等專用的製冷劑。
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進行測定,誤差較大,對於其他體系或者非純乙二醇型防凍液的冰點無法測量,因此,科學的冰點測定方法如下: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,並用軟木塞塞好,置入製冷器的冷阱中,試管底部距冷阱底面不少於20mm,接通電源,將製冷溫度調至所需數值,即可測定冰點。
3、長效效能
導熱介質應用於壁掛式太陽能閉式迴圈系統內有其特殊性,不可能像汽車防凍液那樣一兩年內就要更換,必須做到8-10年內不會變質和各種效能的衰減,亦即產品要具備長效性。本效能的測定可以透過保持高溫下(180℃)三個月的方法進行加速氧化、酸化實驗,測定導熱介質各種效能的變化和衰減情況以衡量產品是否具備長效效能。
4、緩蝕效能
該效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的閉式迴圈系統金屬材質為碳鋼和黃銅,因此,導熱介質應該針對性的對這兩種金屬長效緩蝕,並不能像汽車防凍液那樣針對多種金屬進行全面的短效緩蝕,從技術的角度來講就是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,該效能的檢測方法如下:將平板式太陽能熱水器閉式迴圈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336小時,試驗結束後,測定試片的重量變化,觀察試片及導熱介質的外觀變化,質量損失應≤10mg/片。
5、阻垢效能
導熱介質在長期執行過程中必須要做到不能產生汙垢,否則,汙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鹼類形式附著在金屬表面,增加了鏽蝕的風險;最後金屬表面沉積一層黃白色水垢後,影響金屬的導熱效果,降低導熱效率。
鹼性條件下,水中的垢常有含Ca2+、Mg2+的CaCO3、MgCO3及Mg(OH)2沉澱,也有Ca2+、Mg2+、Na+的氯鹽,還含有Ca2+、Mg2+的硫酸鹽、矽酸鹽等。因此要提高導熱介質的阻垢效能可從兩方面入手:一是配製溶液時使用去離子水,降低Ca2+、Mg2+在水中的含量是阻垢的最直接的途徑,其硬度要控制在15ppm以下,同時也要控制水的電導率(減少水中電解質的含量);二是新增適宜的阻垢劑以避免水垢的產生和附著。
6、酸鹼度
酸鹼度是衡量導熱介質緩蝕效能的關鍵引數,導熱介質必須控制在適宜的酸鹼性才能起到緩蝕效果,其體現在如下兩項指標:
(1)pH值
導熱介質最適宜的pH值範圍為8-11,在此範圍內溶液對各種金屬的腐蝕率最低。導熱介質的pH值要堅決避免小於7,否則,不但沒有緩蝕效果,溶液本身就對金屬發生腐蝕;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值高於11時,鹼度太大,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值廣泛試紙,可測出溶液的pH值區間;精確測量可採用pH值測量儀(精度0.1)。
(2)儲備鹼度
儲備鹼度是指用濃度為c(HCl)=0.1000mol/L的鹽酸標準滴定溶液滴定10ml試樣至pH值為5.5時所需要的毫升數(精確到0.1mL),導熱介質的儲備鹼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(移液管準確移取)用蒸餾水稀釋至約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。
試樣的儲備鹼度V(mL)按下式計算:V=(c1×V1)/c2
式中:c1----鹽酸標準滴定溶液的實際濃度,mol/L;
V1---試驗所消耗的鹽酸標準滴定溶液的體積,mL;
c2---鹽酸標準滴定溶液的規定濃度,即0.1000mol/L。
7、緩衝效能
導熱介質的pH值緩衝效能是指溶液在加入少量酸或鹼和水時能抵抗pH值改變的效能,這是延緩溶液使用壽命的重要手段,在溶液配製時要選擇適宜的助劑起到pH緩衝作用以保證導熱介質的鹼性。
8、防腐效能
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於微生物的作用而發生黴變,導致產品的報廢。所以需要選擇適宜的防腐劑新增到體系中以保證產品不會腐敗。
9、防沸效能
沸點高低決定了導熱介質的適用溫度區間,也是衡量產品防沸效能的重要指標。因冰點的不同,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℃之間(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,常量法測定沸點採用蒸餾裝置,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、低泡效能
優質的導熱介質應該具備低泡效能。在高溫和強制迴圈的條件下,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,同時妨礙正常的迴圈和導熱,還易造成溢流損失,因此,在溶液配製過程中必須新增消泡劑加以控制泡沫傾向。簡單易行的測定方法是取50mL試樣置於100mL的量筒中,在30秒內上下劇烈搖動100次,再使量筒靜止10秒後,在量筒上讀取泡沫所佔的容積,泡沫體積應小於4mL。
11、熱穩定性
因導熱介質長時間在高溫狀態下執行,要求其必須具備高溫時熱穩定性,這包括三方面內容:一是溶液組成中不能有沸點低於水的成分,譬如不能有甲醇、乙醇等易揮發組分;二是要求溶液中的助劑在高溫下不能產生沉澱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;三是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,因此經多年實驗證明的乙二醇、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引數是導熱介質的熱傳導率,對於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資料(一般以20℃時的熱傳導率為參考資料,不必實際檢測),總體來講,這兩種型別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的熱傳導率的整體效果是隨著溫度的升高而上升,只不過上升的幅度很小。
13、警戒色
在導熱介質中加入無毒的水溶性著色劑,以區別於一般的迴圈水,起到警示作用,另一方面也容易觀察到導熱介質在迴圈系統中是否發生洩漏,警戒色以藍色或者紅色為主。
14、適宜的運動粘度
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後儘快執行;在高溫時也不至於粘度太低造成流動速度太快,容易形成氣阻,導致換熱效能降低。衡量導熱介質的運動粘度一般以20℃時溶液的粘度為參考資料。
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效能為一體的換能液。以上拙見是本人在長期研發過程中知識的積累和總結,願與廣大同仁和客戶一同深入探討和研究。
回覆列表
1首先走暗管工程量大,後期不易維修和保養
2導熱介質為一種導熱油,為什麼採用導熱油,而不是用水,因為油的費點低,導熱速率快,能夠比水倒出更多熱量,用水的話,那壁掛式,太陽能差不多真成擺設了,大部分只能用電了!
一.壁掛式太陽能熱水器特點:
(1)分體安裝:熱水系統的集熱器部分與水箱完全分離,集熱器在陽臺外部(或者陽臺內部)安裝,水箱充分利用陽臺的室外空間,解決了高層建築的使用者無法安裝太陽能熱水系統的問題,並且實現了太陽能與建築的完美結合。
(2)承壓執行:水迴圈系統為承壓系統,出水壓力穩定,能達到恆溫恆壓,沖刷感強,使洗浴更加舒適。
(3)系統節能:工質迴圈系統為自然迴圈,所以在Sunny充足的情況下,提供使用者熱水,但是整個系統為零能耗。
(4)單向換熱:平板集熱器換熱管內不走水,集熱器和水箱是換熱式工作。並且換熱屬於單向換熱。因此,水箱內的熱量不會透過集熱器向外流失。
(5)智慧控制:系統採用智慧控制器,並具有多種保護功能,使用安全方便。
(6)多能互補:太陽能與其他能源互補(例如與電能),保證使用者隨時使用熱水。
(7)安全可靠:平板型太陽能集熱換熱技術,既提高了陽臺壁掛產品的熱效率,又成功實現了產品與建築一體化的要求,並且大大解除了傳統太陽能熱水器冰凍、易炸管、易漏水、易結垢等隱患。
二.壁掛式太陽能熱水器安全效能:
安全一:冬季“防凍”的太陽能
一般的太陽能,寒冷的冬季,真空管結冰被凍,熱水器也隨之“冬眠”。平板技術,由於有速熱工質,低溫啟動快,傳熱效率高。應用該技術的集熱器在高寒地區零下40℃的環境下,管內不結冰,無任何“凍壞”的擔憂。
安全二:高溫“防炸”的太陽能
一般真空集熱管內部走水,一旦炸裂,不僅熱水器也無法正常使用,而且對人身安全產生巨大威脅,對於陽臺壁掛式問題更為突出,為了解決這個棘手的難題,新一代科技結晶——平板換熱技術,採用特有集熱換熱結構,管內無水執行,可以承受超冷熱衝擊不炸管。輕鬆享受熱水,擺脫炸管擔憂。
安全三:安全“防漏”的太陽能
傳統熱水器水箱和真空管內部連通,單支真空管漏水,整個熱水器隨之崩潰。漏水在低溫下結成“冰溜子”,威脅人身和建築安全。平板集熱換熱技術,實現熱水器全封閉執行。
安全四:輕鬆“防垢”的太陽能
熱水器再好,真空管內壁上結上厚厚水垢,水流無法暢通,熱量無法傳遞,實在令人頭痛。平板集熱換熱技術,實現換熱流道內無水執行,適應不同地區的各種水質,順利解除水垢煩惱。
三.壁掛式太陽能熱水器存在的問題:
1.壁掛式太陽能熱水器無法知道介質容量
一般陽臺壁掛太陽能長期高溫執行,介質也會逐漸蒸發,對使用者來說最大的問題就是:不知道介質容量的多少,何時需要加液、補液。產品日後維護給使用者造成很大麻煩。
2.壁掛式太陽能熱水器水箱安裝位置受侷限
現在市場上的壁掛式太陽能熱水器一般產用自然迴圈,由於自然迴圈太陽能管路細迴圈阻力大,使得冷熱交換速度緩慢,再加上管路安裝條件苛刻,所以水箱必須高於50cm以上,如果集熱器安裝在陽臺欄杆上,那麼水箱必須高掛在牆上,高低落差小等原因,導致換熱緩慢、效率低下。也使得開發商對陽臺壁掛太陽能熱水器外觀不滿意,同時影響陽臺的使用空間,導致推廣受阻,很多安裝好的陽臺壁掛太陽能只是空有節能概念以應付驗收。
3.壁掛式太陽能熱水器加防凍液麻煩
一般陽臺壁掛太陽能熱水器採用間接換熱方式,執行需用介質迴圈以防止寒冷地區管路結冰和直接迴圈集熱器裡容易結水垢的問題。但是加入介質必需專用充液泵,不定期的加液、補液都需專業人員來完成,操作繁瑣。
4.壁掛式太陽能熱水器換熱效率低
目前市場上陽臺壁掛太陽能產品主要為自然迴圈,水箱主要採用夾套內膽和膽中膽兩種。夾套水箱的換熱效率低,得熱量少,是造成水不熱的主要因素。而膽中膽水箱,雖然解決了夾套水箱易氧化腐蝕問題,但更大程度上減少了換熱面積,導致系統迴圈效能大大下降,換熱效率自然也很低。大多數時間以電加熱輔助,儼然像一個電熱水器,根本沒有起到節能的作用。
四.安裝陽臺壁掛太陽能熱水器的方法
教你怎麼安裝陽臺壁掛太陽能熱水器?
1.安裝材料的使用
一定不能為了省錢而使用偽劣產品。所有的廠家安裝材料的保修期只有一年,一年之後只收材料費。所以材料的使用上一定要監督安裝人員。
2.管路設計要問清楚
哪個閥門做什麼用、管路為什麼這樣設計等等一定要問清楚。要保證冷熱水不會竄管道。因為有的冷水管是不能進熱水的,一般加上一個逆止閥就能解決這個問題。另外在冷熱水的進出口一定要加上總閥門,否則維修的時候會很麻煩。管路的設計要儘量的節省空間,能走暗管的不走明管。業主對管路的整體設計要做到心中有數,這樣在出現故障的時候可以先行處理一下,不至於造成大的損失。
3.室外管路保溫
室外管路保溫不好會將管路凍裂。現在的管路防凍都用的是電熱帶防凍,使用自限溫電熱帶,冬天時通上電源可以保證管路不凍,缺點是費電。可以加上智慧控制系統,只是在需要的時候通電,而不是長期通電,這樣就可以解決問題,知名廠家生產的智慧王控制儀表一般都有這種功能。
4.屋頂安裝方向
屋頂安裝須選擇正南方向,前方120°範圍內沒有高大樹木、建築物和其他遮擋物,以防Sunny遮擋。設計管路應考慮保溫並使室外用水管路最短。
5.安裝說明
安裝時按照說明書及各零件上標貼符號,依次將支架裝配牢固;將水箱置於支架上調整固定;將防塵圈套在玻璃管上,向管內注水然後將真空管插入水箱熱管孔,底端與尾座相連線;接上進出水管安裝自動進水裝置和電加熱輔助裝置後,即可上水使用,也可以單管上下水方式使用。這一條使用者僅作參考即可,一般安裝人員都能正確安裝。
6.熱水器固定
熱水器主機一般安裝在房頂或樓頂等高處,所以熱水器的固定是個很關鍵的步驟,一定要嚴格操作。還要定期進行檢查固定情況,防止事故的發生。
7.避免空曬
在安裝結束後,第一次上水必須在早晨或晚上,因空曬使得真空管溫度很高,突然進冷水將會造成“炸管”。水箱內的水要保持一定的量,避免空曬,影響玻璃真空管壽命。
8.小心燙傷
在使用熱水器時請用手試水,以免燙傷。
9.小心觸電
陰天洗澡如水溫不夠,可用電加熱將水加熱到適宜溫度,洗澡時應特別注意拔掉電源插頭,嚴禁帶電使用。為了避免發生意外,有電加熱裝置的,必須裝漏電保護器。
10.做好標記
熱水器安裝好後,要做好標記。一棟樓房上面往往會安裝有很多的,做好標記可以防止日後維修的時候出現錯誤。