近幾年來,間接式太陽能熱水器得到了快速發展,而普通的真空管式太陽能熱水器市場份額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;二是我國空氣污染嚴重,太陽能與建筑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、易與建筑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。
隨著間接式(平板式或真空管式)太陽能熱水系統的迅猛發展和普及,很多大家以前意識中沒有概念的問題擺在了面前,比如如何選擇間接式換熱系統金屬材質、換熱系統中金屬存在什么樣的腐蝕、如何對腐蝕進行預防以及如何選擇適宜的導熱介質等等。本文將對整個系統中存在的金屬材質逐一剖析,說明腐蝕原因并提出預防措施。
換熱系統的腐蝕及預防
金屬材料受周圍介質(對于太陽能系統而言,介質既包括導熱介質又包括空氣)的作用而損壞,稱為金屬腐蝕。腐蝕時,在金屬的界面上發生了化學或電化學多相反應,使金屬轉入氧化(離子)狀態,從根本上來說就是金屬單質被氧化形成化合物,如鐵制品生銹(Fe2O3 xH2O),鋁制品表面出現白斑(Al2O3),銅制品表面產生銅綠[Cu2(OH)2CO3],銀器表面變黑(Ag2S,Ag2O)等都屬于金屬腐蝕。這種腐蝕過程一般通過兩種途徑進行:化學腐蝕和電化學腐蝕。化學腐蝕指金屬表面與周圍介質直接發生化學反應而引起的腐蝕;電化學腐蝕指金屬材料(合金或不純的金屬)與電解質溶液接觸,通過電極反應產生的腐蝕。
目前,大部分間接式太陽能熱水系統的金屬材質主要為紫銅、黃銅、碳鋼和不銹鋼;有少數廠家為了節約成本使用鋁壓鑄流道的集熱板,但這不是主流,存在很多隱患。下面就每種材質的腐蝕問題逐項說明。
1、銅的腐蝕及預防
在換熱系統中用到的銅分為紫銅和黃銅,紫銅通常為純銅,黃銅為銅鋅合金(銅的含量超過80%)。紫銅具有良好的導熱性、焊接性、柔韌性和耐蝕性,黃銅色澤美觀,具有良好的工藝和力學性能,導熱性較高,在大氣、淡水和海水中耐腐蝕,易切削和拋光。
在電化學順序中,銅的標準電極電位為+0.35V,其熱力學穩定性較高,不會發生氫的去極化反應,被列為耐腐蝕金屬之一,但是在濕度較高、腐蝕性介質(如含二氧化硫的空氣、含氧的水、氧化性酸以及在含有CN-、NH4+等能與銅形成絡合離子的液體)中,銅則發生較為嚴重的腐蝕。銅合金表現出比純銅更高的耐腐蝕性。銅合金在一般介質中以均勻腐蝕為主,在有氨存在的溶液中有較強的應力腐蝕敏感性,也存在電偶腐蝕、點蝕、磨損腐蝕等局部腐蝕形式。黃銅脫鋅是銅合金獨有的腐蝕形式,就太陽能換熱系統而言,黃銅發生此種腐蝕的幾率很小。
針對以上情況,預防銅發生腐蝕應該采取如下措施:(1)保持溶液的適度堿性,避免酸化;(2)環境的濕度高是無法避免的,必須添加高效的銅專用有機緩蝕劑以降低腐蝕率;(3)避免導熱介質溶液中含有能使銅發生絡合反應的離子,也就是說在體系內避免NH4+等離子的存在;(4)降低導熱介質溶液中氧的含量。

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