水垢對(duì)家電產(chǎn)品的危害以及對(duì)能效的損耗

水垢對(duì)家電產(chǎn)品的危害以及對(duì)能效的損耗

一、水垢是怎樣形成的含有鈣(Ca)、鎂(Mg)鹽類等礦物質(zhì)的水叫做“硬水”。河水、湖水、井水和泉水都是硬水。自來(lái)水是河水、湖水或者井水經(jīng)過(guò)沉降，除去泥沙，消毒殺菌后得到的，也是硬水。剛下的雨雪，水里不含礦物質(zhì)，是“軟水”。水燒開后，一部分水蒸發(fā)了，本來(lái)不好溶解的硫酸鈣(CaSO4，石膏就是含結(jié)晶水的硫酸鈣)沉淀下來(lái)。原來(lái)溶解的碳酸氫鈣(Ca(HCo3)2)和碳酸氫鎂(Mg(HCO3)2)，在沸騰的水里分解，放出二氧化碳(CO2)，變成難溶解的碳酸鈣(CaCO3)和氫氧化鎂(Mg(OH)2)也沉淀下來(lái)。這就是水垢的來(lái)歷。水垢根據(jù)其形成原因和成形狀態(tài)的不同大致可分為硬垢和軟垢兩種。當(dāng)水中含有碳酸鹽膠體、細(xì)菌和有機(jī)物等雜質(zhì)時(shí)，碳酸鹽類似于水泥沙漿中的沙石，而膠體、細(xì)菌和有機(jī)物等則相當(dāng)于水泥沙漿中的水泥，當(dāng)水中膠體、細(xì)菌和有機(jī)物等粘性物質(zhì)和碳酸鹽共同作用，在高溫煮沸條件下則形成了和容器(或管道表面)粘附在一起的硬垢。而一旦膠體、細(xì)菌和有機(jī)物等粘性物質(zhì)被去除(如通過(guò)超濾濾除)后，即使水中鈣、鎂離子和碳酸根離子濃度很高，也只生成潔白而松散的容易去除的碳酸鹽軟垢，而不會(huì)產(chǎn)生硬垢。二、熱水工程為什么要進(jìn)行水處理水垢與我們的生活形影不離。它的化學(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定，不僅會(huì)影響熱交換率，消耗能源(一毫米厚的水垢能多消耗10%的能源)，而且過(guò)多的水垢會(huì)堵塞水管，使水流變小，以致帶來(lái)安全隱患;水垢甚至?xí)：θ藗兊纳眢w健康。熱水工程必須要進(jìn)行水處理，如同金屬設(shè)備行業(yè)進(jìn)行的防腐工程一樣。對(duì)熱水工程進(jìn)行適當(dāng)?shù)乃幚?，可以使熱效率提?0%-40%左右;設(shè)備使用年限提高1-2倍;設(shè)備維修率下降20%-30%。在西歐、北美，熱水工程水處理是一個(gè)必要的環(huán)節(jié)，無(wú)論是設(shè)計(jì)院，設(shè)備供應(yīng)商，用戶都對(duì)熱水工程水處理有足夠的重視，水處理設(shè)備投入比例占整個(gè)工程量的5%-8%左右，因此而節(jié)省的能源與不發(fā)達(dá)國(guó)家比有20%-30%;設(shè)備的使用費(fèi)用下降50%。水垢能耗眾所周知，以法國(guó)為例，每年成垢量超過(guò)7000噸，耗費(fèi)十幾億歐元，其耗能程度可想而知。在中國(guó)，鍋爐設(shè)備每年都要有一次中修，兩年必須大修，在水源水質(zhì)復(fù)雜的地區(qū)甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備無(wú)法運(yùn)行，一年就要進(jìn)行大修;中國(guó)是一個(gè)地表水資源缺乏的國(guó)家，70%的地區(qū)以地下水為主，地下水中所含的礦物質(zhì)更豐富，品種更繁雜，熱水工程更需要認(rèn)真的進(jìn)行水處理，熱水工程離不開水處理。在當(dāng)今世界提倡綠色能源、節(jié)能減排的潮流中，熱水工程水處理更能發(fā)揮不可或缺的作用。三、水垢對(duì)太陽(yáng)能熱水器的危害1、太陽(yáng)能真空管是太陽(yáng)能熱水器的集熱器，直接吸收太陽(yáng)光線，并利用熱水比重小，冷水比重大的原理，將真空管內(nèi)已被太陽(yáng)光加熱的水和水箱中的冷水進(jìn)行交換，加熱水箱中的水。集熱效率是衡量太陽(yáng)能熱水器真空管性能的重要指標(biāo)之一，太陽(yáng)能熱水器的集熱效率體現(xiàn)在真空管技術(shù)上，主要由真空管的透光率、單向反射率以及真空隔熱率三個(gè)指標(biāo)決定。透光率決定了真空管的集熱效率，也就是說(shuō)：透光率越高，集熱效率越高。這個(gè)問(wèn)題我們從太陽(yáng)能集熱器能量平衡方程：Q=QI-QL和集熱器效率公式：η=Q∕A*G中可以看出：透光率越高、集熱器吸收的太陽(yáng)輻射能QI越高、集熱器吸收的有用能量Q越高、集熱器效率η越高;反之亦然。但透光率是在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得的數(shù)據(jù)，而在實(shí)際應(yīng)用中當(dāng)連續(xù)用水半個(gè)月左右，真空管內(nèi)壁上即形成可見(jiàn)的水垢膜，這時(shí)透光率只能達(dá)到新真空管的85%左右，使用半年后，在真空管內(nèi)壁可形成1-2mm厚的垢殼，其透光率只有新真空管的50%以下，這時(shí)的集熱效率較之新真空管也下降到50%以下。2、為回避水垢問(wèn)題以及因真空管破裂而漏水造成整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓，有的高檔太陽(yáng)能熱水器以及大型聯(lián)排太陽(yáng)能工程、陽(yáng)臺(tái)壁掛太陽(yáng)能熱水器多采用太陽(yáng)能熱管，并認(rèn)為無(wú)需再進(jìn)行水處理，但熱管所產(chǎn)生的熱量多集中于紫銅探頭，因探頭溫度高、面積小，更容易在探頭上形成一個(gè)水垢包，因熱管的熱量經(jīng)過(guò)熱媒、熱傳感器多次交換，對(duì)水垢更敏感，水垢對(duì)熱交換的效率影響更大。3、水垢的導(dǎo)熱系數(shù)極低,不到金屬的百分之一，它附著在太陽(yáng)能的集熱管內(nèi)壁導(dǎo)致吸熱管吸收的熱量不能及時(shí)傳遞給水，造成溫度過(guò)高，極易炸管，水壺?zé)┝司褪沁@個(gè)道理。同樣你的太陽(yáng)能水溫一年比一年低,最后造成集熱管報(bào)廢，細(xì)心的用戶會(huì)發(fā)現(xiàn)，家里的太陽(yáng)能水溫沒(méi)有去年的高，就是水垢結(jié)多了。水垢用傳統(tǒng)的方式清理很難，暖瓶里的水垢我們也清理過(guò)，是不是很硬，很難清理干凈。同樣真空管口徑細(xì)，更難清理徹底。4、水垢腐蝕內(nèi)膽，造成漏水，破壞保溫效果，減少太陽(yáng)能熱水器的使用壽命。以前家里用白鐵制造的太陽(yáng)能用不了幾年就漏了，就是水垢腐蝕的原因?，F(xiàn)在的太陽(yáng)能熱水器水箱一般都是采用304不銹鋼制作。在生產(chǎn)焊接時(shí)，雖然有氬氣的保護(hù)，但受到高溫影響，使焊縫附近的金屬晶像發(fā)生改變，即由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。含有氯離子的水在不斷加熱過(guò)程中，加速了焊縫周邊金屬的銹蝕穿孔。5、水垢影響水溫儀及電加熱系統(tǒng)的正常使用，導(dǎo)致設(shè)備損壞。6、因真空管內(nèi)表面很光滑，垢殼在水流的沖擊下產(chǎn)生脫落，造成真空管內(nèi)水循環(huán)不暢乃至堵塞。

四、水垢對(duì)熱泵、空調(diào)機(jī)組的危害1、板式換熱器的堵塞穿孔：板式換熱器出于提高效率和降低成本，以及減少體積等因素考慮，一般水通道設(shè)計(jì)的比較窄，面積大，鋁板式鋼板的厚度在1mm以下。面積大，水垢的沉淀面積就大。當(dāng)水垢的富集厚度到1mm左右時(shí)，水的阻力會(huì)提高1-2倍，熱交換效率下降15%-20%左右，當(dāng)水垢的厚度達(dá)到2-3mm時(shí)，熱交換效率下降20%-30%左右，并引起水流不暢。板式熱交換器的銹蝕穿孔：因水源水PH值偏高或偏低，而導(dǎo)致水的腐蝕性增強(qiáng)，特別是當(dāng)溫度升高后加速熱交換器的腐蝕穿孔。2、套管式熱交換器：套管式熱交換器外管材料一般采用紫銅，厚度1mm以上，為增加熱交換效率，高檔的套管式熱交換器的外管表面做成凹凸?fàn)?，以期冷熱水在套管表面形成渦流，但水垢一般首先在凹面富集，因此使用3-6月后也就無(wú)所謂渦流了。套管式熱交換器成本較板式高、體積也增大，但熱交換效率較低;因其外套管較厚，相較板式交換器不易銹蝕穿孔(在一些水源九、水垢對(duì)人體健康的危害據(jù)化學(xué)分析，每一克水垢中就會(huì)含有鉛12毫克、砷21毫克、汞44毫克、鎘3.4毫克、鐵24毫克，其危害非常大，不但會(huì)引起人體重金屬含量超標(biāo)，還會(huì)引起膽結(jié)石病癥，甚至還會(huì)導(dǎo)致人體器官癌變以及中毒。水的硬度，是指水中的鈣、鎂、鐵、鋁、錳的碳酸鹽、重碳酸鹽、氯化物、硫酸鹽及硝酸鹽等所有的鹽類的含量，并常含有汞、鎘、砷、鉛等少量的有害元素。水的硬度單位通常是將水中的全部鹽類換算為碳酸鈣來(lái)計(jì)量。當(dāng)水中的硬度以碳酸鈣計(jì)小于150毫克/升時(shí)，稱為軟水;150—450毫克/升時(shí)，稱為硬水;450—714毫克/升時(shí)為高硬水;大于714毫克/升時(shí)為特硬水。國(guó)家生活飲用水硬度的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為小于450毫克/升(以碳酸鈣計(jì))。高硬度的水質(zhì)嚴(yán)重地影響了工業(yè)生產(chǎn)和人們的生活與健康。在工業(yè)上用高硬度的水漿洗和漂染紡織物易出現(xiàn)斑點(diǎn)、發(fā)花、色澤黯淡，潔白度下降，形成廢品和次品;用硬水釀酒易使果酒和啤酒出現(xiàn)渾濁與沉淀而報(bào)廢;硬水不能供做化學(xué)試驗(yàn)、造紙、制藥、電子、化工、食品飲料等工業(yè)用水，否則會(huì)產(chǎn)生廢品、出現(xiàn)嚴(yán)重事故的惡果;用硬水洗衣物易使紡織物纖維變硬發(fā)脆而損壞;用硬水洗澡、洗頭時(shí)有發(fā)澀發(fā)黏的感覺(jué);用硬水燒豆與肉類不易熟爛;用硬水燒開水易使水壺結(jié)垢，浪費(fèi)燃料1/3以上。在人體健康上，飲用高硬水易使人患暫時(shí)性胃腸不適、腹脹、瀉肚、排氣多，甚至引起腎結(jié)石等疾病。不僅如此，水壺與暖水瓶使用一段時(shí)間后，其內(nèi)壁就會(huì)結(jié)滿一層白色的水堿，除大部分為碳酸鈣、碳酸鎂外、還含有多種有害的汞、鎘、鉛、砷等元素，如不經(jīng)常及時(shí)清除，反復(fù)用來(lái)燒水、裝水后，有害元素積累越來(lái)越多，并能再次溶于水中，當(dāng)人們飲用后就進(jìn)入人體，從而引起人體慢性中毒甚至可致癌和致畸，嚴(yán)重危害人體健康。十、常見(jiàn)的熱水工程水處理的方法以及評(píng)價(jià)1、離子交換法：采用特定的陽(yáng)離子交換樹脂，以鈉離子將水中的鈣鎂離子置換出來(lái)，由于鈉鹽的溶解度很高，所以就避免了隨溫度的升高而造成水垢生成的情況。主要優(yōu)點(diǎn)是：效果穩(wěn)定準(zhǔn)確，工藝成熟，可以將硬度降低至0。采用這種方式的軟化水設(shè)備一般也叫做“離子交換器”(由于采用的多為鈉離子交換樹脂，所以也多稱為“鈉離子交換器”)。其缺點(diǎn)為：(1)會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的再生廢液，用于空氣源熱泵成本較高;(2)耗鹽量大，需經(jīng)常還原;(3)排出大量含鹽廢水易引起管道腐蝕，熱水使用存在安全隱患。2、電磁法：采用在水中加上一定的電場(chǎng)或磁場(chǎng)來(lái)改變水分子的特性，從而改變碳酸鈣(碳酸鎂)沉積的速度及沉積時(shí)的物理特性來(lái)阻止水垢的形成。其特點(diǎn)是：設(shè)備投資小，安裝方便，運(yùn)行費(fèi)用低;但是效果不夠穩(wěn)定，沒(méi)有統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橥ㄟ^(guò)磁場(chǎng)后的水分子將在半個(gè)小時(shí)左右時(shí)間恢復(fù)通磁前的狀態(tài)，所以處理后對(duì)水的使用時(shí)間、距離都有一定局限。從方法上看只能應(yīng)用于對(duì)循環(huán)水的處理，對(duì)磁力大小有硬性指標(biāo)要求，磁場(chǎng)強(qiáng)度要在2000高斯以上，最主要的是現(xiàn)在磁化功能并沒(méi)有得到相關(guān)的認(rèn)證，對(duì)其可行性與實(shí)效性存在質(zhì)疑。3、膜分離法：納濾膜(NF)及反滲透膜(RO)均可以攔截水中的鈣鎂離子，從而從根本上降低水的硬度。這種方法的特點(diǎn)是，效果明顯而穩(wěn)定，處理后的水適用范圍廣;但是對(duì)進(jìn)水壓力有較高要求，設(shè)備投資、運(yùn)行成本都較高。4、加藥法：向水中加入專用的阻垢劑，可以使鈣鎂離子、碳酸根離子與藥劑的分子形成絡(luò)合物，增加其在高溫水中的溶解度，從而使水垢不能析出、沉積。目前工業(yè)上可以使用的阻垢劑很多，在水處理中常用的阻垢劑有復(fù)磷酸鹽、有機(jī)膦酸、膦羧酸、有機(jī)膦酸脂、聚羧酸等。這種方法的特點(diǎn)