淺談太陽能水箱保溫層發泡的綠色升級

摘 要：太陽能熱水器作為新能源行業中的一員，為人類的發展作出積極貢獻，隨著國際、國內形勢的變化，太陽能熱水器應從各個環節加以改進，減少其對環境的影響，文章從太陽能水箱保溫層發泡進行分析，闡述太陽能水箱保溫層發泡綠色升級必要性、可能性和升級方向。

關鍵詞：HCFC-141b；環戊烷；環境影響；污染；ODP；GWP

引言

能源危機、環境惡化席卷全球每一個角落，為保護全人類賴以生存的地球，能源替代和節能減排是各國研究的重要課題，太陽能作為取之不盡、用之不竭新能源，越來越被人們認識和利用，是人類解決能源危機的有效途徑之一。太陽能熱水器是利用太陽能轉換成熱能即太陽能熱利用是解決能源替代、減少排發的堅實的保障。因熱能的消耗占到整個國家的能源總消耗量的50～55%，所以太陽能熱利用具有極其深遠的戰略地位和戰略意義。“十一五”期間，我國太陽能熱利用得到迅速、健康和持續的發展，“十二五”期間，我國繼續保持高速增長，是太陽能熱利用產業和應用大國。作為綠色能源熱利用的太陽能熱水器也存在美中不足，目前，太陽能熱水器水箱保溫層發泡所使用的發泡劑HCFC-141b，也含有少量對大氣臭氧層的物質，面對現今的環境形勢，太陽能熱水器水箱保溫層發泡綠色升級已是勢在必行、大勢所驅。

1 太陽能熱水器保溫層發泡變化歷程

太陽能熱水器關鍵技術有兩部分：集熱和保溫。太陽能保溫是通過聚氨酯發泡形成保溫層的途徑來解決，太陽能熱水器聚氨酯發泡已經歷四個時代：第一代是用CFC-11發泡；第二代是用HCFC-141b發泡；第三代是用HFC-245fa發泡；第四代是用環戊烷及全水發泡。

2 太陽能熱水器聚氨酯發泡應用現狀及環境影響

2.1 太陽能熱水器聚氨酯發泡劑應用現狀

截止2011年底，我國擁有太陽能熱水器1.68億平方米，按“十二五”規劃，2015年我國太陽能熱水器擁有量將達4億平方米之多，中國現已成為生產和使用太陽能熱水器的最大國，全球太陽能已進入“中國時代”。2007年聚氨酯發泡已全面禁止CFC-11，我國聚氨酯發泡以HCFC-141b進行替代，截今為止，我國大部分太陽能熱水器生產廠家聚氨酯發泡使用HCFC-141b發泡劑，也有少部分廠家采用了HFC-245fa發泡劑，有極少部分廠家已實施和計劃實施環戊烷發泡技術。

2.2 目前太陽能熱水器聚氨酯發泡的環境影響

太陽能熱水器是我國擁有自我知識產權的一個產業，現已走進千家萬戶，與廣大消費者的生活息息相關，為環境保護與節能減排作出巨大貢獻。但與此同時，當前太陽能熱水器水箱聚氨酯發泡在生產和使用過程中的污染和生態問題逐步顯現出來，污染的主要表現有紫色污染、黑色污染和白色污染。

第一污染是紫色污染，就目前使用最普遍HCFC-141b來說，HCFC-141b的分子中含有兩個CL·，在大氣層高紫外線照射下可分解出的自由基CL·，CL·對臭氧破壞的機理是CL·+O3→CLO·+O2，CLO·+O3→CL·+O2，因此CL·不僅會消耗臭氧層，而且可以再生，由此可見一個CL·可以消耗幾千個臭氧分子。HCFC-141b發泡劑在使用呂會對大氣臭氧層形成破壞作用，增加地球紫外線的吸收量，對生態環境造成破壞，對人類健康起到損害作用。

第二類污染是黑色污染，現在我國太陽能熱水器產業規模的不斷擴大，太陽能熱水器需消耗大量的聚氨酯泡沫，相應地要消耗大量的石油資源。眾所周知，黑色的石油是戰略性資源，是不可再生資源，因此太陽能熱水器生產會產生“黑色污染”。就我國石油儲量僅有23億噸，以目前的速度，可采年限僅為14年，不得不引起高度重視。

第三類污染是白色污染，太陽能熱水器在聚氨酯保溫層發泡過程中和報廢時產生大量廢棄聚氨酯泡沫，由于聚氨酯泡沫燃燒毒性大，自然分解需100多年時間，垃圾處理很成問題，廢棄的泡沫最終大多形成了“白色污染”。隨著產業規模的擴大，該問題也日益顯現。

面對太陽能熱水器聚氨酯發泡存在的三類污染，由于目前還沒有找到一種能夠有效替代聚氨酯的保溫材料，只能從聚氨酯發泡本身進行研究，研究出新的發泡劑、發泡工藝，消除聚氨酯發泡生產過程、使用過程中的第一類污染即紫色污染，緩解大氣層中臭氧層的破壞。

3 太陽能熱水器發泡的國際和國內形勢

由于FCFC-141b發泡劑含有兩個CL·，對大氣臭氧層有較大的破壞作用，因此歐盟、美國、日本等發達國家已在2004年全面禁止使用HCFC-141b發泡劑，中國2030年也將全面取消HCFC-141b的使用，隨著溫家寶總理在哥本哈根會議的發言，同時民眾對環境保護意識的提高，我國將會加快替代HCFC-141b發泡劑的進程。因此，面對國際和國內的形勢，太陽能熱水器保溫層綠色發泡進程步伐已加快，迅速改變現狀的要求越來越緊迫。

4 各類發泡劑對環境的影響

目前，太陽能熱水器保溫層發泡的發泡劑有：CFC-11、HCFC-141b、HFC-245fa、環戊烷或全H2O，它們的物理性能指標如表1。

從表中可以看出，CFC-11ODP與GWP都為1，對環境影響較明顯；現在正在使用的HCFC-141bODP與GWP分別為0.11和0.12，對環境有一定的影響；只有環戊烷和全H2O的ODP（消耗臭氧潛能值）為0，GWP（全球變暖潛能值）為0.001，表明這兩種發泡劑對臭氧層消耗沒有不利影響，對全球氣候變暖影響最小。

5 各類發泡體系聚氨酯的性能

各類發泡體系制成聚氨酯的性能對比如下：

通過分析各發泡體系加工聚氨酯各項性能指標，發現以上各類發泡體系的工藝性能都能滿足太陽能熱水器水箱發泡的生產要求，也能滿足產品的性能要求。

6 結束語

鑒于國際、國內對環境保護的理念不斷增強，各國都開始關注產品各個環節中是否對環境產業影響，作為一個新能源行業--太陽能熱水器為人類源源不斷提供潔凈能源的同時，聚氨酯發泡保溫層也在生產過程和使用過程中對環境造成較大的影響，因此如何減少和避免其在生產過程、使用過程中對環境產生的影響是廣大太陽能熱水器工作者研究的重要課題，綠色升級太陽能熱水器水箱保溫層勢在必行，首先利用環戊烷或全H2O作為發泡劑解決其第一類污染——紫色污染，第二步探索新的保溫材料、保溫工藝來替代現有水箱利用聚氨酯發泡層保溫的現狀，解決太陽能水箱保溫產生的第二類污染——黑色污染和第三類污染——白色污染，使太陽能熱水器成為真正的綠色產品。

參與文獻

[1]劉益軍.聚氨酯原料及助劑手冊[M].化學工業出版社，2005，483-491.