真空管型太陽能熱管集熱器的結(jié)構(gòu)淺談

摘要  本文主要介紹了真空管型太陽能熱管集熱器的結(jié)構(gòu)、性能及特點,讓人們對真空管型太陽能熱管集熱器有了一定了解。本文對建筑設(shè)計時對真空管太陽能集熱管選擇具有參考作用。 　　0 前言 　　目前，我國主要以真空管型太陽能集熱器使用為主。其中，熱管式真空管太陽能集熱器具有集熱效率高、得熱量大、輸出溫度高、承壓運行好、結(jié)構(gòu)強度高、抗凍性強等特點。安裝維護方便，使用中無漏水隱患，易實現(xiàn)和建筑相結(jié)合，具備較長的使用壽命。 　　熱管式真空管太陽能集熱器使用數(shù)量根據(jù)熱水需求量可任意組合。安裝位置靈活，承壓運行，系統(tǒng)阻力小，集熱系統(tǒng)容水量小，熱水系統(tǒng)的運行通過太陽能控制器自動進(jìn)行控制，可直接對熱水加熱，適用于各種集中熱水供應(yīng)及泳池加熱系統(tǒng)。 　　1 真空管型太陽能集熱器結(jié)構(gòu)　　 　　真空管全稱：全玻璃真空太陽能集熱管。其主要由內(nèi)管、外管（也稱罩玻璃管）、卡子、吸氣劑、真空夾層、選擇性吸收涂層、吸氣膜組成。內(nèi)、外管的材料是高硼硅3.3，屬于儀器級玻璃。真空管的真空度(較高的可達(dá)1×10-4Pa)、吸收率、反射比及吸收膜層的質(zhì)量直接影響集熱效果?！　? 　　真空管型太陽能集熱器是太陽能熱利用的基本形式之一，按承壓能力可分為非承壓集熱器和承壓集熱器。承壓集熱器按結(jié)構(gòu)形式又可分為熱管集熱器和U型管集熱器。 　　真空管型太陽能熱管集熱器主要包括集熱部分、傳熱部分、換熱部分和邊框尾架部分。集熱部分主要包括真空管、翅片（加強集熱能力，又叫鋁翼）及防止真空管口散熱的隔熱塞。  　　翅片置于真空管內(nèi)管腔中的，主要作用是加強管腔內(nèi)的熱量向熱管的傳導(dǎo)，一般是鋁合金材質(zhì)。值得注意的是翅片與熱管配合的圓槽精度要高，而且要做成收口的，否則熱管容易從圓槽脫出。 　　隔熱塞就象暖瓶塞，防止真空管內(nèi)的熱量散失。其上留有很小的排氣孔，以防止管內(nèi)空氣高溫膨脹壓強增加脹破真空管。其制作材質(zhì)有軟木、木屑壓制、硅膠、硅膠與不銹鋼組合等。 　　傳熱部分一般是指重力熱管，其基本特性是： 　　1.很高的導(dǎo)熱性； 　　2.優(yōu)良的等溫性； 　　3.熱流密度可變性； 　　4.熱流方向的可逆性； 　　5.恒溫特性（可控?zé)峁埽? 　　6.環(huán)境的適應(yīng)性。 　　2 熱管性能的影響因素 　　熱管的好壞對太陽能集熱器性能的影響非常大。熱管的品質(zhì)取決于材料材質(zhì)、制作工藝和工作介質(zhì)的選擇。制作熱管的材料較好的是TU1銅，其含氧量低，耐腐蝕性強，焊接性能也不錯。制作工藝中關(guān)鍵是銅管清洗、注液量的選擇、除氣。對于變徑熱管來說，變徑頭焊接時內(nèi)壁氧化的保護問題也值得注意。試驗表明對熱管進(jìn)行2次除氣，對性能的提高大有幫助。 　　我們用的常溫（還有低溫、中溫、高溫）熱管中工作介質(zhì)一般有水、乙醇、甲醇、甲苯、丙酮、乙烷等。對于這些介質(zhì)銅都可以作為相容殼體材料。同時，設(shè)備水平也是決定熱管質(zhì)量的重要因素。 　　評判熱管的性能主要看其啟動性能、等溫性能、耐溫性能、傳熱性能（功率）和不凝氣體含量。太陽能集熱器所用熱管一般為大頭（冷凝端）變徑重力熱管。 　　3 聯(lián)集管結(jié)構(gòu) 　　換熱部分主要是指集熱器的聯(lián)集管，它包括流道、保溫層（也叫隔熱體）、外殼、端蓋。流道由干管和套管組成，熱管的大頭插入套管進(jìn)行換熱，而且插裝前應(yīng)在熱管的大頭涂裝導(dǎo)熱硅脂，以增加熱傳導(dǎo)效果。熱量通過導(dǎo)熱硅脂膜傳到套管內(nèi)壁再傳到外壁，從而加熱干管腔內(nèi)的流動的介質(zhì)。流道的阻力特性及介質(zhì)的運動特性是太陽能集熱器設(shè)計的重要依據(jù)。套管與熱管的配合精度要非常高，試驗表明，相同型號的太陽能集熱器涂裝導(dǎo)熱硅脂的瞬時效率要比沒涂裝的提高約1%。 　　導(dǎo)熱硅脂是一種乳白色的油脂，其導(dǎo)熱系數(shù)一般在1.7W/（m·K），其評判指標(biāo)包括耐溫范圍、針入度、揮發(fā)物質(zhì)、游離度。 　　保溫層在國內(nèi)有用聚氨脂的也有用玻璃棉模塊的，在國外多數(shù)用后者。聚氨脂泡沫塑料是用聚醚與多異氰酸脂為主要原料，再加入阻燃劑、穩(wěn)泡劑和發(fā)泡劑等，經(jīng)混合攪拌、化學(xué)反應(yīng)而成的一種微孔發(fā)泡體，其導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.016W/(m·°C)～0.055W/(m·°C)。使用溫度在-100℃～100°C。試驗表明聚氨脂發(fā)泡密度在40kg/m3時，閉孔率高達(dá)97%，保溫性能最好。 　　4 型材選擇 　　聯(lián)集管的外殼多采用鋁型材。它可根據(jù)設(shè)計者的思想設(shè)計成各種造型，但除了考慮保溫層的均勻性外，還要注意型材的最大對角線不宜超過170mm，否則鋁型材廠家擠制型材將比較困難。鋁型材的表面處理主要有氧化、電泳、噴塑、烤漆等幾種方法。 　　端蓋制作型材也多種多樣，有尼龍塑料、鑄鋁、金屬板沖壓等。 　　5 尾架 　　邊框尾架部分包括太陽能集熱器的邊框、拉桿、托架和護托。主要起連接、加固和調(diào)節(jié)的作用。需要說明的是太陽能集熱器的護托不同于普通緊湊式太陽能熱水器的護托，一定要設(shè)計成可調(diào)式的。因為太陽能集熱器對真空管的竄動量要求較嚴(yán)，必須用可調(diào)式護托調(diào)節(jié)。一般竄動量應(yīng)在3mm～5mm之間。 　　6 國內(nèi)外太陽能集熱器對比 　　綜觀太陽能集熱器的發(fā)展，太陽能熱管集熱器以其自身的優(yōu)點日益受到推崇，尤其在歐美等發(fā)達(dá)國家更是如此。但我國的太陽能集熱器使用多以U型管為主，約占太陽能真空管集熱器總量的70%～80%。主要原因是：1.價格較低。2.效率較高。3.加工制造較容易。國內(nèi)太陽能熱管集熱器分為玻璃與金屬熔封（桑普、歐科、太陽雨）和真空管內(nèi)置熱管兩種結(jié)構(gòu)（力諾、博源、海爾），主要因為成本較高，在國內(nèi)銷售較少。國外發(fā)達(dá)國家，太陽能熱管集熱器應(yīng)用較多，運輸、安裝、維修比較方便。要求安全、衛(wèi)生、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)較高。Apricus公司的直插式太陽能熱管集熱器生產(chǎn)規(guī)模較大，主要出口歐洲、澳大利亞、美國等地區(qū)?，F(xiàn)正籌建新的生產(chǎn)基地，計劃年生產(chǎn)太陽能熱管集熱器5萬套。從以上可以看出大力發(fā)展太陽能熱管和太陽能熱管集熱器的必要性。其他方面的比較見表1。 　　表1 真空管型太陽能熱管、U型管太陽能集熱器的優(yōu)劣對比 　　項目太陽能熱管集熱器U型管太陽能集熱器 　　瞬時效率稍低稍高　　 　　熱損相當(dāng)相當(dāng) 　　壽命10a以上10a以上 　　安裝維修安裝方便，可更換，便于維修。維修困難，U形管損壞，整臺更換。 　　運輸各部件可獨立包裝，體積小，便于運輸和搬運，成本低。必須整機包裝，體積大，不便于運輸和搬運，運輸成本較高。 　　應(yīng)用分體、有吸液芯太陽能熱管集熱器橫置安裝可用于陽臺，無吸液芯熱管熱管集熱器豎置安裝，通過調(diào)節(jié)安裝角度或減短太陽能熱管長度，可用于陽臺。分體、陽臺、工程，不受安裝角度限制。 　　價格稍高稍低 　　影響太陽能熱管集熱器性能的參數(shù)有：集熱面積、集熱效率、熱損及真空管的性能；聯(lián)集管（聯(lián)集箱）的阻力特性，還有太陽能熱管集熱器的容水量及放置朝向和傾角。 　　充分了解太陽能熱管集熱器的結(jié)構(gòu)與發(fā)展趨勢，有助于我們設(shè)計出更好的產(chǎn)品。從而更好的為客戶服務(wù)，進(jìn)一步滿足客戶需求。 本文作者：皇明太陽能股份有限公司技術(shù)研發(fā)中心  魏斯勝