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            耐熱樹脂涂料型涂層的技術特點與應用前景

            • 分類:企業要聞
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            • 發布時間:2019-02-20 10:30
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            隨著平板太陽能與建筑相結合及工程應用的快速發展,涂料型平板集熱器具有運行安全可靠、使用壽命長、維護費用低等一系列的顯著優點,涂料型涂層將以其均衡的技術,優異的經濟性

              隨著平板太陽能與建筑相結合及工程應用的快速發展,涂料型平板集熱器具有運行安全可靠、使用壽命長、維護費用低等一系列的顯著優點,涂料型涂層將以其均衡的技術,優異的經濟性,良好的市場競爭力得到快速發展,使涂料型涂層太陽能集熱器在住宅生活熱水和采暖等低溫應用領域具有廣闊的市場空間。
              1主要涂層類型概述
              目前國內平板太陽能市場使用的涂層主要有真空磁控濺射金屬鍍膜(藍膜)、黑鉻、陽極氧化和涂料涂層,盡管各家平板太陽能集熱器的生產企業的情況各異,對各種材料的認識不盡相同,但是作為行業的共識就是,沒有哪一種涂層具有全面優于其他涂層的優勢,均有存在的合理性,同時,各種涂層技術都在發展之中,所以不應簡單地將某一類列入先進或落后的范圍。
              2涂料型涂層國內外應用
              2.1萬和公司的涂料型涂層
              2013年廣東萬和新電氣股份有限公司(以下簡稱“萬和”)國內首條從日本進口的平板太陽能吸熱體涂裝生產線正式投產,目前已經實現產業化,形成年產70萬m2的生產能力。
              該生產線所采用的集熱器涂層材料屬于硅系功能性涂料,具有良好的耐熱性能和耐化學品性能、優異的耐候性、耐腐蝕性能、長壽命性能及良好的耐濕性能。
              2014年3月,萬和公司平板太陽能吸熱體涂裝生產線生產的“靜電噴涂”硅系涂層產品,通過了國家太陽能熱水器質量監督檢驗中心(北京)的檢驗,獲得了中國太陽能熱利用產業聯盟、中國農村能源行業協會太陽能熱利用專業委員會、中國節能協會太陽能專業委員會、中國太陽能熱利用產業聯盟、平板太陽能專業委員會的一致認可,并頒發了行業推薦證書。
              萬和公司生產的涂料型涂層吸熱體,采用日本涂料生產企業開發的選擇性硅系涂料,該類涂料自1980年開始生產,目前萬和公司使用的涂料屬于第三代產品。以硅系樹脂作為涂料黏膠劑,無論物理性能和化學性能都比國內市場上常見涂料有明顯的提高,其耐久性可以滿足正常使用20年以上的要求。太陽能吸熱體專用選擇性硅系涂料是以硅樹脂為基礎,添加功能性材料加工而成的功能性涂料,硅系樹脂是使該涂料具備良好耐候性和耐久性的關鍵。
              幾種國內市場上吸熱涂層技術指標對照
              2.2涂料型涂層的國外應用
              目前使用涂料涂層較多的地區是日本和澳大利亞等地區,其中在日本的太陽能集熱器市場,涂料涂層占有率約為40%,涂料黏膠劑基本采用硅系樹脂;同時,以日本矢崎公司開發的“金屬-電介質混合體構造涂層”為代表的電化學處理涂層,在日本的市場份額大體與涂料型涂層相當,這類涂層通常歸入陽極氧化類別。
              德國ALANOD公司2009年開始銷售涂料型產品,樣本值顯示技術性能與日本同類產品相近。該涂料型吸熱板采用預涂裝工藝,采用輥軋涂覆涂料,工藝參數穩定,性能指標一致性好。必須在鋁片生產廠涂覆,無法采用噴涂工藝涂覆。目前德國ALANOD公司的藍膜和涂料型兩種鋁質太陽能吸熱板的銷售比例大約為3:1(藍膜型:涂料型)。
              意大利ALMECO公司是德國TiNOX公司的母公司。雖然ALMECO公司涂料型涂層TiNOX nano的吸收比為0.90,但是其發射比可以達到0.05,因此在較高水溫的應用條件下,其熱輻射性能與藍膜仍然比較接近。TiNOX nano吸熱板采用預涂裝工藝,采用輥軋涂覆涂料,工藝參數穩定,性能指標一致性好。據介紹,采用納米技術是TiNOX nano表面發射比顯著低于同類產品的關鍵。
              3涂料型涂層工藝特點
              涂料型涂層的涂裝工藝分為預涂型和后涂型,各有優勢。預涂型的整板生產工藝與使用藍膜相同,整板生產企業可以節省涂裝設備的投資。而后涂型的優勢在于:
              ——吸熱板與流道之間采用超聲波焊接工藝聯接,傳熱性能好,同時焊接處比較牢固,減少了在北方寒冷地區由于較大溫差的作用出現吸熱板與流道脫落的機會;
              ——由于采用吸熱板與流道先焊接后涂裝的工藝,避免焊接過程損傷吸熱體表面,吸熱表面得到充分利用,可提高吸熱量3%~5%。
              由于涂層屬于功能性涂層,所以涂層厚度對發射比影響較大,常規噴涂工藝難以滿足要求,為此萬和公司在國內首先采用超低流量噴涂技術,實現涂層厚度的精確控制,以保證整片吸熱體表面的熱輻射性能的一致。
              與其他涂層的制作過程相比,采用涂裝法制作涂層對底板預處理工藝要求可以十分簡單,只需要進行除油、干燥,而固化過程與常規涂裝固化過程相似。因此,生產過程環境影響小、能耗低,生產成本低。
              4涂料型涂層技術性能
              4.1熱輻射性能
              不同涂層材料的吸收比比較接近,高一些的是0.95左右,最低的一般也達到0.92,而針對發射比的差異則較大,較高的指標是0.20,較低的是0.05。萬和研制的涂料吸收比平均為0.93,發射比為0.15,GB/T 26974-2011《平板型太陽能集熱器吸熱體技術要求》規定選擇性涂層的熱輻射性能指標為,吸收比≥0.92,發射比≤0.20。
              4.2耐候性
              按GB/T 26974-2011規定的測試方法進行測試,萬和公司生產的涂料型涂層能夠通過1000h的中性鹽霧試驗,該指標明顯優于目前市場上常見的其他主流涂層。
              4.3戶外曝露試驗
              耐熱樹脂涂料具備良好的抗紫外線影響力,可以滿足正常條件下使用30年的要求。據日本國內應用的數據顯示,在用戶正常使用超過20年的太陽能集熱器上拆卸下來的吸熱體,經測試其主要技術指標基本保持不變。
              4.4不同涂層熱性能測試對比
              根據不同涂層熱性能測試對比得出的數據,對于用于制取生活熱水的平板太陽能熱水器,采用吸收比0.95,發射比為0.05的藍膜和采用吸收比0.93,發射比為0.15的涂料型涂層,在其他設計和制造條件相同下組成整板,熱效率差異一般在2%以內,多數情況下差異為1%左右。
              對于實際測試結果明顯優于預期的情況,分析其原因大致為:
              ——由于使用藍膜涂層的吸熱體需要采用激光焊接工藝連接吸熱板和流道,兩者之間傳熱面積較小,而使用涂料型涂層的吸熱體采用超聲波焊接工藝,吸熱板與流道之間接觸面積大,傳熱性能好。同時焊接牢固,避免了在北方寒冷地區由于較大溫差的作用出現吸熱板與流道脫落的缺陷;
              ——由于采用吸熱板與流道先焊接后涂裝的工藝,避免焊接過程損傷吸熱體表面,吸熱表面得到充分利用,有效熱利用率提高4%~5%。
              從實際應用效果比較,在北方地區冬季運行時,前者獲得的熱水溫度可以高5℃左右,而在北方地區其他季節應用,或者在其他地區應用,前者獲得的熱水溫度的差異一般在2℃左右。而整板設計和制造差異的影響明顯大于此幅度,換言之,整板的設計和制造因素對集熱器性能的影響遠遠大于涂層材料的熱輻射性能差異。由于在北方地區冬季通常需要利用輔助熱源進行升溫,從用戶使用的角度,并不會帶來不便,兩種涂層材料在使用過程的差異主要是在用戶支付的輔助加熱費用略有不同。
              5技術競爭能力分析
              衡量吸熱表面對太陽能的利用能力的指標,是吸收比和發射比。吸收比是吸熱表面將投射的太陽能轉換為熱能的能力,較高的吸收比意味更有效地利用太陽能;發射比是吸熱表面將熱能以輻射形式向外傳遞的能力,較低的發射比意味熱能損失較少。選擇性吸收涂層具有較高的吸收比和較低的發射比。
              從集熱器效率與歸一化溫度的關系分析,發射比的影響主要體現在集熱器的熱損性能,主要影響效率曲線的斜率。當出水溫度較高或太陽輻照度較小時,發射比的影響比較明顯,而實際上,對于實際使用的集熱器,主要工作范圍在中間區域。在太陽能低溫利用領域,例如生活熱水供應,發射比對集熱器的效率影響較小,對于太陽能采暖應用,由于供水溫度通常為30℃~45℃,明顯低于生活熱水的供水溫度,涂層發射比較高的不利影響更小。同時,集熱器的效率還受到其他因素影響:
              ——玻璃蓋板性能影響陽光透射到吸熱表面的比率,較低的反射比可以讓更多的太陽能透射到吸熱體表面,玻璃蓋板阻擋了吸熱體輻射能量的傳遞,也隔斷了吸熱體與周圍空氣的對流傳熱,玻璃蓋板與吸熱表面的干燥空氣層,有效抑制了熱量的傳導,這些措施可以有效減少集熱板的熱量損失;
              ——合理的流道設計及時將吸熱體獲得的熱量高效率地傳遞到水中,最大限度減少由于溫度分布不合理造成的熱量損失;
              ——絕熱輻射性能良好的板框可以有效減少熱量損失。
              吸熱體的熱輻射性能是決定集熱器效率的重要因素,但是,高效的集熱器還需要玻璃蓋板、流道以及板框的合理設計。由于玻璃蓋板的使用,不同類型吸熱體表面發射比差異對集熱器效率造成的不良影響大大減??;雖然在此過程中玻璃蓋板吸收了部分能量而導致表面溫度升高,使得其造成一些對流熱損失,但是,總體來說,玻璃蓋板的使用有效提高了集熱器的熱利用效率。
              不同涂層材料的吸收比比較接近,高一些的是0.95左右,最低的一般也達到0.92,而發射比的差異則較大,較高的指標是0.20,較低的是0.05。太陽能行業曾出現了以發射比區分涂層檔次的提議,但是,這種觀點并未被普遍贊同,由于在太陽能低溫利用領域,例如生活熱水供應,發射比對集熱器的效率影響較小,而對于多數的集熱器生產企業和系統承包企業而言,較高的耐候性對于降低維修率意義重大。
              吸熱體的熱輻射性能是決定集熱器效率的重要因素,高效的集熱器還需要玻璃蓋板、流道以及板框的合理設計。由于玻璃蓋板的使用,不同類型吸熱體表面發射比差異對集熱器效率造成的影響大大減??;與此同時,如果吸熱體的發射比較低,即使吸收比偏低,集熱器的效率也有較好的表現。衡量太陽能集熱器的優劣,取決于以技術性與經濟性的均衡組合來滿足用戶需求的程度,包括使用性能和購置費用。涂層質量是行業發展的基礎,市場上主流的涂層在生活熱水和采暖熱水供應的應用領域,使用性能差異不大,而在權衡熱輻射性能和耐侯性的問題時,對于多數的集熱器生產企業和系統承包企業而言,較高的耐候性對于降低維修率意義重大,應對改善耐候性給予更多的關注。
              6涂料型涂層發展前景
              以硅系樹脂為基礎的新一代太陽能選擇性耐熱樹脂涂料型涂層,具有優異的耐候性和突出的經濟性,同時其熱輻射性能可以符合相關標準的要求,其設計壽命達到20年以上,具備了與市場上主流涂層進行競爭的能力。萬和公司目前已經基本完成了硅系太陽能選擇性耐熱樹脂涂料型涂層的產業化開發工作,并形成了大批量生產的能力。
              雖然涂料型涂層的熱輻射性能與藍膜涂層仍然存在一定的差距,但是,由于影響集熱器熱效率的一系列因素的綜合影響,使得在實際應用條件下,差異顯著縮??;更重要的是,影響集熱器產品可靠性的耐候性和耐久性指標得到大幅度提高,有效解決我國平板太陽能集熱器應用面臨的質量問題。目前平板太陽能集熱器高透過率蓋板及密封保溫等技術已達到較高的水平,高性能的涂料型涂層的應用將促進平板集熱器產品的市場競爭力進一步增強。涂料型涂層的應用將吸熱板的制造成本在目前市場上主流涂層吸熱板的基礎上,降低15%~65%;同時,吸熱體的使用壽命延長一倍以上;至于涂料型涂層在耐候性方面的改進,顛覆了多數人對涂層的認知。
              隨著平板太陽能與建筑相結合及工程應用的快速發展,涂料型平板集熱器具有運行安全可靠、使用壽命長、維護費用低一系列優點更加顯著,涂料型涂層將以其均衡的技術經濟性形成的市場競爭力得到快速發展,使得未來使用涂料型涂層的太陽能集熱器在住宅生活熱水和采暖等低溫應用領域具有廣闊的市場空間。
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