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在任何水循环闭环太阳能集热器系统中,传热流体都是系统的生命线。它必须在太阳能热管中密封和加压,就像制冷系统中的氟利昂流体一样。为了确保太阳能加热系统在很长一段时间内是可靠的,系统中的传热流体不能泄漏、冻结或沸腾,并且它必须能够承受太阳能集热器内部的高温而不会“煮熟”。
丙二醇(PG)已成为含防冻液的闭环太阳能加热系统中最常用的传热流体。它在这个应用程序中有几十年的悠久历史,并且可以从许多来源广泛获得。这不是汽车防冻液,它是一种不同的物质(乙二醇),毒性更大,绝不应该用于家用太阳能加热设备。在使用PG时,最好了解它的特性、性能和限制,这些特性和限制直接影响到泵送、管道组件和这些系统所需的温度控制。
无毒
太阳能家庭供暖系统最常用于加热可饮用的生活热水,水箱内热交换器盘管已成为非常流行的用于此目的。当单壁热交换器发生故障时,盘管中的传热流体有可能泄漏到饮用水中。因为这(和其他环境泄漏)是一种真实的可能性,理想的太阳能传热流体在释放到环境中时应该是可生物降解的,如果被人或动物食用则是无毒的。
纯PG在这方面的得分非常高,这可以从它作为食品和药物添加剂的使用中得到证明。每天有数以百万计的人将纯PG作为饮食的一部分,混合在他们的食物、化妆品、药物中,最近还在吸电子烟时吸入。那么,太阳能供暖系统中使用的PG纯度有多高呢?在与水混合之前,答案通常纯度为95%。典型的PG传热流体含有添加剂,以防止腐蚀和提高耐高温降解。按重量计,这些添加剂约占PG浓缩液的5%。浓缩液在最终使用前与去矿化水混合,因此,例如,如果与水对半混合,添加剂的最终浓度将约为2.5%。
这些小浓度的添加剂显然远未达到有毒水平。PG传热流体的制造商提供了浓缩和预混合产品的材料安全数据表(MSDS)。MSDS语言非常令人放心。例如,在其中一张表格上列出的“急救措施”包括以下条目:
“生态信息”下的MSDS列表似乎同样温和:
耐热性为一些常见品牌
寻找专门制定乙二醇产品与太阳能加热系统兼容的PG制造商。那些这样做的人会在他们的产品标签和文献中清楚地说,以及高温等级,表明与热太阳能集热器的正常工作温度的兼容性。纯PG会在高温下“煮”,长时间暴露会使它从一种干净、透明的液体变成一种类似糖蜜的棕色物质,带有烧焦的化学气味。
图100-1所示为一些常见的品牌,通常与水预混,如60/40或50/50(水与乙二醇的比例)。100%的PG也是可用的,但它很厚,不能用普通的水力循环器泵送,直到它与水混合。
例如,DowFrost的MSDS清单在“热分解”一节中承认了这一点,其中指出:“分解取决于温度,空气供应和其他材料的存在。分解产物可以包括但不限于醛、醇和醚。”
换句话说,在推荐的温度和压力下,传热流体将在封闭系统中长时间保持热稳定。如果超过了最高极限温度和/或将氧气引入封闭系统,流体将会降解。在分解过程中,产生的气体也会在封闭系统中产生额外的压力。
所以,你可以看到防止乙二醇过热是最重要的设计考虑。这就是为什么太阳能加热设计的讨论(甚至在本专栏中)经常关注于控制过热消散(热量倾倒),以保持太阳能集热器低于所讨论的乙二醇的高极限温度。当提供过热控制时,它们通常被设置为保持集热器低于220华氏度,以延长乙二醇的使用寿命。以下是一些常见的乙二醇品牌的简短列表,以及制造商列出的它们的温度等级。
DowFrost和DowFrost HD: DowFrost抑制乙二醇基液的有效工作温度范围为-50华氏度至250华氏度。DowFrost HD抑制乙二醇基液体在-50°F至325°F范围内有效。
在需要冷冻保护的水力闭环太阳能加热系统中使用任何Cryo-Tek防冻液。封闭系统的工作温度范围:高达250华氏度。
tyfoor L和tyfoor LS预混合:338f以上会过早老化,392 F以上会缓慢热分解。
Dynalene Solar Glycol-XT:(由玉米制成的生物乙二醇)关闭系统的推荐温度范围:-17华氏度至350华氏度。
DowFrost深度
有丰富的信息可用于PG传热流体,最多产的来源之一是陶氏,并可在www.dow.com/heattrans.
在这个网站上有许多有用的PDF格式的出版物是免费的。其中最全面的是DowFrost“工程和操作指南”,它是关于PG属性的技术信息的金矿,并提供了如何正确使用它的建议。如果你想知道凝固点,沸点,电导率,比重,密度,粘度,温度限制和许多其他细节,这是参考。
测试方法
随着PG的老化和时间的推移,防冻剂的浓度会发生变化,酸度会发生变化,添加剂也会失去作用。您可以通过检查液体的外观和气味来快速确定液体的状况。与初始流体规格的任何剧烈变化,例如黑色或深灰色,存在油层,烧焦气味或流体中的任何重污泥,都可能表明需要更换流体。
测试设备也可用于测量流体的质量。这可以用类似石蕊试纸的测试条来完成,测试条是由制造商提供的工具包。试纸会告诉你pH值,冷冻保护水平(由浓度百分比表示)和抑制剂的状态。我们经常使用类似小型望远镜的折光计来快速检查凝固点/浓度。手持式数字折射计(例如MISCO),直接在LCD显示屏上读出浓度和凝固点,也被证明是非常有用的。数字pH计也是可用的。
以下建议摘自DowFrost的《工程与操作指南》:
控制pH值在8和10之间是重要的,以尽量减少腐蚀和乙二醇降解。使用pH值范围窄的纸,如phdrion Control纸,pH值范围为7.2至8.8,是一种简单可靠的方法来读取pH值水平。
pH测试仪也可以测量液体的碱度或酸度。理想的pH值范围应该在8到10之间。如果pH值在7到8之间,可以使用50%的氢氧化钠或氢氧化钾溶液进行调整。任何酸性pH值低于7的液体都应该更换。
最后指出
本文针对的是小于10,000平方英尺的住宅和小型商业建筑。重点是闭环加压乙二醇/水循环系统,因为这些系统可以应用于各种建筑几何形状和方向,几乎没有限制。这些文章中提到的品牌名称、组织、供应商和制造商仅为说明和讨论提供示例,不构成任何推荐或认可。
布里斯托尔斯蒂克尼已经设计,制造,维修和安装太阳能水力加热系统超过30年。他拥有机械工程学士学位,是新墨西哥州的许可机械承包商。他是位于新墨西哥州圣达菲的AMENERGY-SolarLogic LLC的首席技术官,在那里他参与了太阳能水力装置,太阳能加热控制系统的开发和太阳能加热专业人员的设计工具。访问www.solarlogicllc.com了解更多信息。