太阳能专用导热介质与汽车防冻液的区别

太阳能专用导热介质与汽车防冻液的区别山东小鸭新能源科技有限公司王刚济南鼎隆化工科技有限公司李刚众所周知，在我国的太阳能行业中真空管式太阳能热水器占有绝对优势，分体式太阳能市场份额很小，据统计，目前平板式太阳能热水器市场占有率仅有10%左右，这一特点不同于全球太阳能市场中平板式太阳能热水器占据主流的现象，十分具有中国特色。

但近几年来这一局势正在发生着深刻变化，平板式太阳能得到了快速发展，而普通的真空管式太阳能下滑速度非常之快超乎寻常，综其原因有以下几点：一是我国的地少人多的国情决定了城镇化过程中必须要走高层住宅的道路，既保障了住房这一民生需要，又实现了节约用地，提高了土地的利用效率，高层住宅的大量兴建必然限制了太阳能一体机的使用，只能在平板式（或分体式）太阳能这一选项上做出抉择；二是我国空气污染严重，太阳能与建筑一体化是节能减排和改善大气环境的一项重要举措，因平板式太阳能具有平面结构、良好的承压性能、系统稳定、安全耐用、易与建筑物美观性相统一等特点，决定了其将取代一体机占据主流的必然趋势；三是平板太阳能热水器经过了几十年的发展，技术已经更趋成熟和完善，热效率有了大幅度的提高，我国的平板式太阳能热水器迎来了长足发展的黄金时期。

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市场竞争力，但很多厂家没有关注导热介质这一关键环节的影响，认为导热介质只要满足防冻这一要求就可以了，因此，在市场上采购了汽车防冻液加注到系统中去，或者找到某些汽车防冻液厂家让其根据汽车防冻液的配方提供导热介质，更有甚者在化工市场采购乙二醇加水稀释（并不添加任何助剂）后直接作为导热介质，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的情况（在此不便一一赘述），其中最主要的原因选择了劣质的导热介质（大部分为产品质量良莠不分、参差不齐的汽车防冻液），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导热介质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、抗冻剂的对比抗冻剂的选择直接决定了导热介质的档次和质量，目前，在市场上采购到的导热介质大部分为诸多类型的（-25℃）汽车防冻液，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《浅析导热介质的性能及优劣衡量》），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℃的汽车防冻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，在不加利润的情况下总成本已接近了5500元/吨，那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；二是防冻液的沸点只有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至损坏泄漏；四是在系统非密封的情况下，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，导热介质的冰点也随之升高，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，不知其到底是何物，无法评价防冻液的各种性能及隐患。

太阳能导热介质应该是无毒或者微毒，常用的原料应该是丙二醇或者乙二醇，乙二醇的毒性大于丙二醇，丙二醇属于安全无毒原料（LD＞20000mg/kg），从长远来讲，丙二醇50型导热介质是无毒环保的产品，符合今后的发展方向，但是现在丙二醇市场价格处于高位运行，成本高影响了产品的推广。

乙二醇型导热介质在不添加剧毒的亚硝酸钠和铬酸盐的前提下，属于微毒产品，由于价位适中，产品有一定的市场占有率。

2、冰点的对比如将汽车防冻液作为太阳能导热介质，目前在市场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：作为太阳能导热介质不同于汽车防冻液，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，因此有必要对导热介质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℃的导热介质；（2）长江以南区域使用冰点为-15℃的导热介质；（3）黄河以南区域使用冰点为-20℃的导热介质；（4）北京以北黄河以南区域使用冰点为-25℃的导热介质；（5）东三省根据不同地区特点确定更低冰点的导热介质。

进行如此划分，我们基于如下两点考虑：（1）冰点越低，导热介质中水的含量越低；反之，水的含量越高。

众所周知，水的含量越高，导热介质的换热效率越高，因此使用高冰点的导热介质，太阳能系统的热效率更高，在市场竞争惨烈的今天，可以使产品在换热效果方面处于领先地位；（2）同种品质的导热介质，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、针对材质的对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，汽车防冻液的缓蚀和pH值设计主要针对铸铝，并且还要全面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，太阳能专用导热介质的缓蚀和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，可能大家以为汽车防冻液或者基于汽车防冻液配方所做的太阳能导热介质对金属材质的缓蚀要比太阳能专用导热介质更加全面，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，在太阳能专用导热介质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，使导热介质的缓蚀效率和使用时限得到更大的提高。

4、缓蚀助剂的对比缓蚀助剂是导热介质的重要组分，对产品的缓蚀性能起着决定性作用。

据前述内容，汽车防冻液或基于汽车防冻液配方所做的太阳能导热介质，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导热介质的流速，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，在汽车防冻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车防冻液作为导热介质加注到系统中，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。

太阳能专用导热介质应该有针对性的对系统中的金属材质进行专业缓蚀，因此配方中必须添加如下助剂：紫铜专用缓蚀剂、黄铜专用缓蚀剂、碳钢专用缓蚀剂和不锈钢专用缓蚀剂，这些助剂必须做到如下几点：（1）助剂毒性低毒或者无毒；（2）助剂与溶液有良好的相溶性，无论在低温、常温或者高温下，都不得析出；（3）助剂具有高效缓蚀性能，并且具有长久的缓蚀效果；（4）尽量避免使用稳定性差的无机缓蚀助剂。

另外针对目前有个别太阳能厂家选用铝压铸集热板的情况，配方中应该添加高效的国外进口有机铝专用缓蚀剂，但不能添加稳定性差的偏硅酸钠，以便起到良好的缓蚀效果。

5、毒性的对比在讨论导热介质的毒性之前，让我们先了解一下毒性衡量标准以及分级。

通常物质的毒性通过急性毒性来测定，以大鼠经口LD50值为指标判定毒性大小，大鼠经口LD50值是指把不同剂量的被试验物质经口注入大鼠体内，在14天内足以使占全体数量50%的个体在试验条件下致死的剂量称为LD50(致死量50%)，一般用每公斤体重所使用的毒物毫克数表示（即mg/kg）。

根据我国《工业化学品毒性鉴定规范及实验方法》并参考美国科学院对毒性物质的划分，可将毒性分级如下：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太阳能专用导热介质不同于汽车防冻液，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导热介质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，用汽车防冻液直接作为太阳能导热介质或者基于汽车防冻液配方所做的太阳能导热介质，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。