浅析不同类型导热介质的区别

李 杰,侯锦锋,姜 燕,蔡淑红，苏玲燕

(中国船舶重工集团公司第七一八研究所第三研究室，河北 邯郸 056027)

近年来，随着国家节能减排政策的引导，再加上一些地方“强装令”的实施，平板太阳能热水器在高层建筑上得到了广泛应用。太阳能导热介质作为其中的“血液”，作用非常重要。导热介质并不是简单的防冻液，防冻只是最基本的一个性能要求，防腐、低毒、稳定和换热等多方面性能也是必须的，对于太阳能换热系统的影响也是至关重要的。导热介质按防冻剂类型可以分为乙二醇型、丙二醇型和丙三醇型(其他甲醇、乙醇等混醇型不在讨论范围)，现将这三种类型导热介质分别做下简单介绍，以期对大家选择优质导热介质有所帮助。

1 乙二醇型导热介质

1.1 乙二醇简介

乙二醇(Ethylene glycol)又名“甘醇”，化学式为(HOCH2)2，是最简单的二元醇。乙二醇是无色、透明、稍有甜味和具有吸湿性的粘稠液体，主要用作溶剂、防冻剂、载冷剂、冷凝剂以及合成涤纶的原料等。乙二醇的吸水性强，储存的容器应密封；乙二醇使用中产生酸性物质，对金属具有腐蚀性，配制的导热介质中，还必须有防腐剂，以防止对金属腐蚀。派瑞导热介质采用涤纶级乙二醇，纯度≥99.9%。

1.2 乙二醇型导热介质的物性

密度、比热容、黏度和导热系数都是影响乙二醇型导热介质换热性能的重要参数。物性数据见表1。

表1 乙二醇型导热介质的物性

注：引用《汽车冷却液-化学工业出版社》

乙二醇的一个突出特性是能够与水以任意比例互溶，在一定浓度范围内大大降低水的冰点。虽然乙二醇水溶液的防冻作用不是最好的，但各项性能均衡，适合于作为导热介质防冻剂使用。

2 丙二醇型导热介质

2.1 丙二醇简介

丙二醇(Propylene glycol)化学式为C3H8O2，有两种异构体1,2-丙二醇和1,3-丙二醇，一般指1,2-丙二醇。丙二醇是无色粘稠稳定的吸水性液体，几乎无味无臭，与水、乙醇及多种有机溶剂混溶，无毒，因而在食品、医药和化妆品工业中广泛用作吸湿剂、抗冻剂、润滑剂和溶剂。医药级丙二醇价格太高，主要用在医药和化妆品行业。派瑞导热介质采用工业优级品丙二醇(纯度≥99.5%)，可以满足太阳能导热介质的要求。

2.2 丙二醇型导热介质的物性

密度、比热容、黏度和导热系数都是影响丙二醇型导热介质换热性能的重要参数。物性数据见表2。

表2 丙二醇型导热介质的物性

注：引用《汽车冷却液-化学工业出版社》

丙二醇型导热介质随着丙二醇体积分数的增加冰点不断下降，防冻性能、传热性能及橡胶相容性方面与乙二醇型介质没有明显差别，但在抗气蚀、毒性及生物降解方面则有着乙二醇型介质无法比拟的优势。丙二醇型导热介质毒性低，对人、畜没有明显的危害。在废水处理厂对乙二醇和丙二醇型冷却液进行处理时发现，丙二醇更容易生物降解。丙二醇在五天时间内降解了69%，而乙二醇只降解了36%。因此，从毒性和生物降解的角度看，丙二醇型导热介质要明显优于乙二醇型介质。当然，丙二醇型导热介质的价格也比乙二醇型导热介质高很多。

3 丙三醇型导热介质

3.1 丙三醇简介

丙三醇(Glycerol)，俗称“甘油”，化学式为C3H8O3，是无色、无臭、味甜粘稠液体，能从空气中吸收潮气，遇强氧化剂如三氧化铬、氯酸钾、高锰酸钾能引起燃烧和爆炸。国内甘油生产主要由天然油脂的皂化反应制得，由于水解不完全，含有各种杂质。甘油作为生物柴油的副产物，价格相对较低，也有很好的降低冰点的作用，但是黏度大，受热易分解，产生酸性物质。

3.2 丙三醇型导热介质的物性

密度、比热容、黏度和导热系数都是影响丙三醇型导热介质换热性能的重要参数。物性数据见表3。

表3 丙三醇型导热介质的物性

注：引用《化学化工物性数据手册》

丙三醇型导热介质在防冻性、传热性方面与乙二醇型和丙二醇型介质没有明显差别，但是丙三醇有其致命的缺点，一方面易氧化酸化，受热易分解，导致介质变质发臭；另一方面黏度也较大，会降低介质的流动性和传热效果，尤其在低温环境下更明显。

4 三种类型导热介质性质对比

4.1 乙二醇、丙二醇和丙三醇物性对比

乙二醇、丙二醇和丙三醇的物性数据见表4。

表4 乙二醇、丙二醇和丙三醇的物性

注：引用《汽车冷却液-化学工业出版社》

从表4可以看出，丙三醇的黏度比乙二醇和丙二醇的黏度大很多，使得丙三醇型导热介质的流动性和换热性比乙二醇型和丙二醇型介质要差一些，尤其在低温环境下更明显。另外，丙三醇易氧化酸化，受热易分解，使得丙三醇型导热介质的使用寿命比乙二醇型和丙二醇型介质要短很多。

4.2 三种类型导热介质物性对比

三种类型导热介质物性对比 见表5。

表5 三种类型导热介质物性对比

注：引用《ASHRAE手册2005》

4.3 三种类型导热介质毒性对比

太阳能热水器作为民用产品，对导热介质的毒性有明确要求。现将工业化学品的急性毒性分级标准做下简单介绍。

表6 急性毒性分级标准

注：引用《工业化学品毒性鉴定规范及实验方法》

从表6可以看出，工业化学品毒性的最低标准为低毒类，厂家宣称导热介质为无毒产品，其实是在误导消费者。有厂家称乙二醇毒性大，派瑞乙二醇型导热介质经河北省疾病预防控制中心毒理所检测，LD50>10000mg/kg体重，按《化学品毒性鉴定技术规范》评价，属低毒物。派瑞丙二醇型导热介质经河北省疾病预防控制中心毒理所检测，LD50>10000mg/kg体重，按《化学品毒性鉴定技术规范》评价，属低毒物。

乙二醇的急性经口毒性：经口半数致死剂量LD50为8000mg～15300mg/kg(小鼠经口)，属低毒类。丙二醇的LD50为32000mg/kg(小鼠经口)属低毒类。丙三醇的LD50为31500mg/kg(小鼠经口)，属低毒类。

注：经口半数致死剂量为经口一次或24h内多次经口给予受试样品后，引起实验动物总体中半数死亡的毒物的统计学剂量。以单位体重接受受试样品的质量(g/kg)LD50来表示。

5 结语

对丙二醇型、乙二醇型和丙三醇型导热介质在稳定性、毒性、价格和换热效果方面做对比，它们的优劣排序可参考表7。

表7 三种类型导热介质排序

综上所述,乙二醇型介质的沸点高、黏度适中、毒性低、热稳定性好且性价比高，在导热介质中使用最为普遍。近年来，随着环保意识的加强，一些大的太阳能厂家要求进一步降低导热介质的毒性，丙二醇型导热介质的使用在逐步增加。丙三醇型介质由于易氧化酸化和分解，容易变质发臭，而且黏度较大降低介质的传热效果，因此不建议使用。