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    太阳能水箱发泡工艺探讨

根据规划,国家“十二五”期间单位GDP能耗要降低16%,单位GDP二氧化碳排放要降低17%,提高经济增长质量,通过这些措施在“十二五”期间发展经济的同时,要节能6.7亿吨标准煤。其次,到2015年非化石能源占能源消耗总量的比重提高到11.4%;2015年森林覆盖率提高到21.66%,森林蓄积量要增加6亿m3,这些目标说明我们的发展是提高能效、降低二氧化碳排放,追求零碳、低碳的发展。 现在用常规的141b是过渡性的替代品,对环境有两方面的影响:一是破坏臭氧层,造成严重的负面影响。二是它还属于很强的温室气体,1t141b相当于几百吨的二氧化碳,温室效是很显著的。从这个角度来说,目前普遍采用141b的太阳能热利用产品只属于节能产品,而不是真正意义上的绿色产品。 本文主要从热水器发泡工艺方面对太阳能水箱减少141b用量做简单的分析。 1太阳能发泡工艺的发展历程 1.1传统手工浇注工艺 2011年CCTV—新闻《每周质量报告》曝光的海宁太阳能质量问题,里面所报道的就是原始的发泡工艺:手工搅拌、废料填充到水箱内部。这是原始的发泡工艺,已基本被淘汰,目前仅少量还存在于作坊中。 1.2低压发泡机立式多次浇注 随着低压发泡机的发展,小的太阳能厂家购置了低压发泡机,一般低压发泡机价格从3万元~10万元之间,发泡工艺由纯手工升级到半自动化浇注生产,几乎不用工装模具就可以生产。 由于低压发泡机的料比不可调、混合压力低、流量小等问题,浇注出的发泡料闭孔率低,保温效果不好,再加上多次浇注才能完成一台水箱,因此水箱内部泡沫存在收缩,特别是真空管口位置,冬季普遍会出现裂口。生产厂家为了减少开裂问题,不得不提高自由泡的密度。再通过发泡塞的材质,脱模剂的成分等方面增加管口结皮的厚度等,虽然减少了开裂的表象,但依然不能根本解决收缩问题。 厂家为了减少发泡料浪费,把废料回收进入水箱以次充好,水箱内部出现空洞、气孔,直接影响保温效果。但是这种投入低,工艺简单,见效快的生产经营模式,还普遍存在于中小企业当中。 1.3高压发泡机立式多次浇注 随着行业发展,较大的企业普遍购置了高压发泡机,设备投资30万~150万元之间,发泡混合效果好,闭孔率高,保温性能好。但是太阳能发泡过程受到环温与料温、水箱外壳温度、发泡模具、工装等多重影响,加上各厂家外壳与内胆厚度材质不同,生产工艺也有区别,不成熟的发泡工艺造成高压发泡还无法一次完成浇注。一台水箱多次浇注就造成水箱内部两次注料接口之间会出现拉伸泡沫,这部分泡沫泡孔粗大,泡沫偏软,到了冬季依旧会出现泡沫收缩开裂的问题, 1.4高压发泡机立式一次浇注 随着工艺技术的发展,通过结构、发泡料配方、生产工艺等各方面的改进,行业内有实力的厂家已经开始了立式一枪注料,相比多次注料来说,一次注料所使用的注料量会多一些,但是这样完全解决了拉伸泡沫造成的泡沫收缩开裂问题。 但一次主料工艺也存在问题。一次注料工艺的前提是要保证发泡密度必须过量填充,而过量填充又会造成水箱内部发泡压力过大,导致外壳炸裂,或者内胆被挤压变形,在季节交替时难免会出现这些问题。 由于是立式注料,发泡料注入水箱以后,受到重力的影响,发泡料的密度从底部到顶部会出现分层现象。 发泡料爬升到2m的高度后,顶部与底部密度相差将近10kg/m3,为了防止顶部收缩开裂,就必须保证顶部密度达到质量要求,从而底部的密度就不得不提升,这样一来,底部密过高,就造成了原料浪费同时也增大了发泡压力导致的爆桶隐患。 通过工厂对工艺条件的控制,2m以下的水箱可以正常浇注,2m以上的水箱依然不能按此工艺操作。由于发泡料本身性能限制无法爬升到足够的高度,这就确定了24只管以上的产品根本无法使用高压一次注料工艺,只能使用原工艺生产。 1.5高压卧式一次浇注 卧式发泡工艺是由管道保温发泡工艺发展而来,是太阳能行业发泡工艺的一次颠覆性改进。从2008年开始试验至今,经过不断改进和优化,卧式一次浇注的生产工艺已经发展成熟,并在国内知名企业投入生产使用。卧式发泡工艺彻底解决了因高度引起的密度不均,彻底解决了2m以上水箱一次发泡成型的工艺问题。水箱不再是传统的立式发泡,更改为横向发泡,发泡料爬升高度不超过0.8m,底部与顶部的密度差不超过3,从而保障了水箱内保温层密度的一致性,在降低密度的情况下依然能够保证泡沫的强度和保温性能。图3为30~35之间的密度完全可以保证水箱的收缩强度。 2实际使用情况 经过4年的实际生产验证,在保温性能不变的情况下,卧式发泡工艺比传统立式工艺省料约8%以上(相当于一台水箱节省6~10元成本),发泡不受水箱长度限制,无论多少发泡材料均可一次成型,泡孔均匀稳定,冷冻标准达到零下25度72小时不收缩开裂。自动化卧式发泡线的初期投入,按照自动化程度计,从100万~300万元不等,配合工艺、工装等方面,需要作出很多颠覆传统的改进。因此有实力的厂家在一年到一年半周期中,即可回收投资。 3结论 我国太阳能热利用行业已走过了几十年的发展历程,而到2015年,按照“十二五”发展规划,集热器面积将突破1亿m2,保有量达到4亿m2。如果按照常规的2m一台热水器,发泡量约5kg推算,到2020年聚氨酯的需求量达到50万t。141b的使用量将会达到4万t,相当于排放CO21200万t。在我国全面禁止141b使用前,如果全行业推进卧式发泡,相当于每年可减排CO248万t。

 
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