水垢对家电产品的危害以及对能效的损耗

水垢对家电产品的危害以及对能效的损耗

一、水垢是怎样形成的含有钙(Ca)、镁(Mg)盐类等矿物质的水叫做“硬水”。河水、湖水、井水和泉水都是硬水。自来水是河水、湖水或者井水经过沉降，除去泥沙，消毒杀菌后得到的，也是硬水。刚下的雨雪，水里不含矿物质，是“软水”。水烧开后，一部分水蒸发了，本来不好溶解的硫酸钙(CaSO4，石膏就是含结晶水的硫酸钙)沉淀下来。原来溶解的碳酸氢钙(Ca(HCo3)2)和碳酸氢镁(Mg(HCO3)2)，在沸腾的水里分解，放出二氧化碳(CO2)，变成难溶解的碳酸钙(CaCO3)和氢氧化镁(Mg(OH)2)也沉淀下来。这就是水垢的来历。水垢根据其形成原因和成形状态的不同大致可分为硬垢和软垢两种。当水中含有碳酸盐胶体、细菌和有机物等杂质时，碳酸盐类似于水泥沙浆中的沙石，而胶体、细菌和有机物等则相当于水泥沙浆中的水泥，当水中胶体、细菌和有机物等粘性物质和碳酸盐共同作用，在高温煮沸条件下则形成了和容器(或管道表面)粘附在一起的硬垢。而一旦胶体、细菌和有机物等粘性物质被去除(如通过超滤滤除)后，即使水中钙、镁离子和碳酸根离子浓度很高，也只生成洁白而松散的容易去除的碳酸盐软垢，而不会产生硬垢。二、热水工程为什么要进行水处理水垢与我们的生活形影不离。它的化学性质十分稳定，不仅会影响热交换率，消耗能源(一毫米厚的水垢能多消耗10%的能源)，而且过多的水垢会堵塞水管，使水流变小，以致带来安全隐患;水垢甚至会危害人们的身体健康。热水工程必须要进行水处理，如同金属设备行业进行的防腐工程一样。对热水工程进行适当的水处理，可以使热效率提高20%-40%左右;设备使用年限提高1-2倍;设备维修率下降20%-30%。在西欧、北美，热水工程水处理是一个必要的环节，无论是设计院，设备供应商，用户都对热水工程水处理有足够的重视，水处理设备投入比例占整个工程量的5%-8%左右，因此而节省的能源与不发达国家比有20%-30%;设备的使用费用下降50%。水垢能耗众所周知，以法国为例，每年成垢量超过7000吨，耗费十几亿欧元，其耗能程度可想而知。在中国，锅炉设备每年都要有一次中修，两年必须大修，在水源水质复杂的地区甚至会导致设备无法运行，一年就要进行大修;中国是一个地表水资源缺乏的国家，70%的地区以地下水为主，地下水中所含的矿物质更丰富，品种更繁杂，热水工程更需要认真的进行水处理，热水工程离不开水处理。在当今世界提倡绿色能源、节能减排的潮流中，热水工程水处理更能发挥不可或缺的作用。三、水垢对太阳能热水器的危害1、太阳能真空管是太阳能热水器的集热器，直接吸收太阳光线，并利用热水比重小，冷水比重大的原理，将真空管内已被太阳光加热的水和水箱中的冷水进行交换，加热水箱中的水。集热效率是衡量太阳能热水器真空管性能的重要指标之一，太阳能热水器的集热效率体现在真空管技术上，主要由真空管的透光率、单向反射率以及真空隔热率三个指标决定。透光率决定了真空管的集热效率，也就是说：透光率越高，集热效率越高。这个问题我们从太阳能集热器能量平衡方程：Q=QI-QL和集热器效率公式：η=Q∕A*G中可以看出：透光率越高、集热器吸收的太阳辐射能QI越高、集热器吸收的有用能量Q越高、集热器效率η越高;反之亦然。但透光率是在实验室中测得的数据，而在实际应用中当连续用水半个月左右，真空管内壁上即形成可见的水垢膜，这时透光率只能达到新真空管的85%左右，使用半年后，在真空管内壁可形成1-2mm厚的垢壳，其透光率只有新真空管的50%以下，这时的集热效率较之新真空管也下降到50%以下。2、为回避水垢问题以及因真空管破裂而漏水造成整个系统的瘫痪，有的高档太阳能热水器以及大型联排太阳能工程、阳台壁挂太阳能热水器多采用太阳能热管，并认为无需再进行水处理，但热管所产生的热量多集中于紫铜探头，因探头温度高、面积小，更容易在探头上形成一个水垢包，因热管的热量经过热媒、热传感器多次交换，对水垢更敏感，水垢对热交换的效率影响更大。3、水垢的导热系数极低,不到金属的百分之一，它附着在太阳能的集热管内壁导致吸热管吸收的热量不能及时传递给水，造成温度过高，极易炸管，水壶烧漏了就是这个道理。同样你的太阳能水温一年比一年低,最后造成集热管报废，细心的用户会发现，家里的太阳能水温没有去年的高，就是水垢结多了。水垢用传统的方式清理很难，暖瓶里的水垢我们也清理过，是不是很硬，很难清理干净。同样真空管口径细，更难清理彻底。4、水垢腐蚀内胆，造成漏水，破坏保温效果，减少太阳能热水器的使用寿命。以前家里用白铁制造的太阳能用不了几年就漏了，就是水垢腐蚀的原因。现在的太阳能热水器水箱一般都是采用304不锈钢制作。在生产焊接时，虽然有氩气的保护，但受到高温影响，使焊缝附近的金属晶像发生改变，即由奥氏体转变为马氏体。含有氯离子的水在不断加热过程中，加速了焊缝周边金属的锈蚀穿孔。5、水垢影响水温仪及电加热系统的正常使用，导致设备损坏。6、因真空管内表面很光滑，垢壳在水流的冲击下产生脱落，造成真空管内水循环不畅乃至堵塞。

四、水垢对热泵、空调机组的危害1、板式换热器的堵塞穿孔：板式换热器出于提高效率和降低成本，以及减少体积等因素考虑，一般水通道设计的比较窄，面积大，铝板式钢板的厚度在1mm以下。面积大，水垢的沉淀面积就大。当水垢的富集厚度到1mm左右时，水的阻力会提高1-2倍，热交换效率下降15%-20%左右，当水垢的厚度达到2-3mm时，热交换效率下降20%-30%左右，并引起水流不畅。板式热交换器的锈蚀穿孔：因水源水PH值偏高或偏低，而导致水的腐蚀性增强，特别是当温度升高后加速热交换器的腐蚀穿孔。2、套管式热交换器：套管式热交换器外管材料一般采用紫铜，厚度1mm以上，为增加热交换效率，高档的套管式热交换器的外管表面做成凹凸状，以期冷热水在套管表面形成涡流，但水垢一般首先在凹面富集，因此使用3-6月后也就无所谓涡流了。套管式热交换器成本较板式高、体积也增大，但热交换效率较低;因其外套管较厚，相较板式交换器不易锈蚀穿孔(在一些水源九、水垢对人体健康的危害据化学分析，每一克水垢中就会含有铅12毫克、砷21毫克、汞44毫克、镉3.4毫克、铁24毫克，其危害非常大，不但会引起人体重金属含量超标，还会引起胆结石病症，甚至还会导致人体器官癌变以及中毒。水的硬度，是指水中的钙、镁、铁、铝、锰的碳酸盐、重碳酸盐、氯化物、硫酸盐及硝酸盐等所有的盐类的含量，并常含有汞、镉、砷、铅等少量的有害元素。水的硬度单位通常是将水中的全部盐类换算为碳酸钙来计量。当水中的硬度以碳酸钙计小于150毫克/升时，称为软水;150—450毫克/升时，称为硬水;450—714毫克/升时为高硬水;大于714毫克/升时为特硬水。国家生活饮用水硬度的卫生标准为小于450毫克/升(以碳酸钙计)。高硬度的水质严重地影响了工业生产和人们的生活与健康。在工业上用高硬度的水浆洗和漂染纺织物易出现斑点、发花、色泽黯淡，洁白度下降，形成废品和次品;用硬水酿酒易使果酒和啤酒出现浑浊与沉淀而报废;硬水不能供做化学试验、造纸、制药、电子、化工、食品饮料等工业用水，否则会产生废品、出现严重事故的恶果;用硬水洗衣物易使纺织物纤维变硬发脆而损坏;用硬水洗澡、洗头时有发涩发黏的感觉;用硬水烧豆与肉类不易熟烂;用硬水烧开水易使水壶结垢，浪费燃料1/3以上。在人体健康上，饮用高硬水易使人患暂时性胃肠不适、腹胀、泻肚、排气多，甚至引起肾结石等疾病。不仅如此，水壶与暖水瓶使用一段时间后，其内壁就会结满一层白色的水碱，除大部分为碳酸钙、碳酸镁外、还含有多种有害的汞、镉、铅、砷等元素，如不经常及时清除，反复用来烧水、装水后，有害元素积累越来越多，并能再次溶于水中，当人们饮用后就进入人体，从而引起人体慢性中毒甚至可致癌和致畸，严重危害人体健康。十、常见的热水工程水处理的方法以及评价1、离子交换法：采用特定的阳离子交换树脂，以钠离子将水中的钙镁离子置换出来，由于钠盐的溶解度很高，所以就避免了随温度的升高而造成水垢生成的情况。主要优点是：效果稳定准确，工艺成熟，可以将硬度降低至0。采用这种方式的软化水设备一般也叫做“离子交换器”(由于采用的多为钠离子交换树脂，所以也多称为“钠离子交换器”)。其缺点为：(1)会产生过量的再生废液，用于空气源热泵成本较高;(2)耗盐量大，需经常还原;(3)排出大量含盐废水易引起管道腐蚀，热水使用存在安全隐患。2、电磁法：采用在水中加上一定的电场或磁场来改变水分子的特性，从而改变碳酸钙(碳酸镁)沉积的速度及沉积时的物理特性来阻止水垢的形成。其特点是：设备投资小，安装方便，运行费用低;但是效果不够稳定，没有统一的衡量标准，因为通过磁场后的水分子将在半个小时左右时间恢复通磁前的状态，所以处理后对水的使用时间、距离都有一定局限。从方法上看只能应用于对循环水的处理，对磁力大小有硬性指标要求，磁场强度要在2000高斯以上，最主要的是现在磁化功能并没有得到相关的认证，对其可行性与实效性存在质疑。3、膜分离法：纳滤膜(NF)及反渗透膜(RO)均可以拦截水中的钙镁离子，从而从根本上降低水的硬度。这种方法的特点是，效果明显而稳定，处理后的水适用范围广;但是对进水压力有较高要求，设备投资、运行成本都较高。4、加药法：向水中加入专用的阻垢剂，可以使钙镁离子、碳酸根离子与药剂的分子形成络合物，增加其在高温水中的溶解度，从而使水垢不能析出、沉积。目前工业上可以使用的阻垢剂很多，在水处理中常用的阻垢剂有复磷酸盐、有机膦酸、膦羧酸、有机膦酸脂、聚羧酸等。这种方法的特点