探討密閉呼吸型平板太陽能集熱器（上）

摘要 分析現(xiàn)有平板集熱器腔體結(jié)構(gòu)缺陷，提出密閉呼吸型腔體結(jié)構(gòu)技術(shù)理念，給出密閉呼吸型平板太陽能集熱器的技術(shù)解決方案。 　　0引言 　　平板太陽能集熱器的物理模型可抽象為一個腔體圍護著一個集熱體，該集熱體通過對太陽輻射的透過、吸收、傳熱和絕熱，由液體或氣體介質(zhì)得到其有效熱量。對于這樣的平板太陽能集熱器，其熱工理論十分經(jīng)典和完美，試驗方法也很成熟和完善；在國外發(fā)達國家中，由于透過及吸收材料的高性能和雙回路的應(yīng)用克服了平板集熱器不能抗凍的缺陷，使平板集熱器成為高效可靠的熱利用核心基礎(chǔ)器件而得到廣泛的應(yīng)用，其份額占到90%以上；在我國，隨著建筑相結(jié)合和工程化應(yīng)用的迅猛需要，平板集熱器也快速發(fā)展，近幾年隨著透過、吸收材料和板芯焊接技術(shù)的進步，平板集熱器集熱體的質(zhì)量普遍得到大幅提高。 　　然而與大家共同關(guān)注集熱體材料、結(jié)構(gòu)和性能提高并卓有成效的同時，平板集熱器的圍護腔體卻相對少被關(guān)切，造成目前集熱腔體普遍不密閉的現(xiàn)實，所以國內(nèi)外平板集熱器的產(chǎn)品要求與使用方法標準的相關(guān)條款也不得不按非密閉集熱器作為對象來進行編寫，如淋雨試驗、歐標特有的負壓試驗的要求和試驗方法等。對因此而帶來的問題，如水霧，吸收表面白斑等明顯可見的現(xiàn)象，已引起國內(nèi)外同行的注意，這些與次生效應(yīng)一起會對集熱器的集熱體取得的熱性能和可靠性產(chǎn)生不良影響和惡劣后果，已有不少企業(yè)對此采取對策以圖改進，但只是一些零散的作法，如簡單地加個透氣管等，總體還處于迷茫和摸索階段。 　　丹麥學者10年研究結(jié)果認為，如集熱器密封良好，其涂層壽命可達30～40年，否則只有5～10年?？梢娖桨寮療崞鞯拿荛]是何等的重要。筆者為此進行了近三年的工作，對此有了一些初步系統(tǒng)完整的理念、方法和結(jié)果，認識到要解決好平板集熱器圍護腔體的問題，總結(jié)起來就是個八個字：腔體密閉；可控呼吸。故本文暫不涉及集熱體熱性能提高問題，僅就集熱腔體進行闡述，以就教于同行和交流，其中基礎(chǔ)核心技術(shù)已申請和受理了專利。 　　1平板集熱腔體的缺陷與問題 　　1.1平板集熱腔體缺陷的實質(zhì)性分析 　　平板集熱器腔體缺陷的一個最普遍最直觀的表象就是水霧，它是水分受熱蒸發(fā)，遇冷凝結(jié)為彌漫的水珠而形成的；這種水分的來源有三個： 　　1.殘余水分：集熱腔體內(nèi)的材料（特別是絕熱材料）因與環(huán)境濕度平衡后所吸收的平衡水分在其被封裝時帶入腔體內(nèi)，在潮濕地區(qū)（如我國的兩廣和江浙）此種殘余水分就會更多，而在干燥地區(qū)（如我國的西北和內(nèi)蒙古）相對就會好一些； 　　2.滲入水分：因集熱腔體的不密閉而由外部滲入的水分，如雨水； 　　3.返潮水分：在潮濕環(huán)境下（如潮濕地區(qū)或雨季）因內(nèi)外濕度差（外部濕度大，內(nèi)部濕度?。┬纬傻膬?nèi)部材料吸濕而產(chǎn)生的水分增加，實際也是為平衡濕度而形成的平衡水分。 　　此種水分侵襲都是外部環(huán)境因素所造成的，是謂外因，外因要通過內(nèi)因才能起作用，這個內(nèi)因就是集熱腔體的不密閉，正是這種條件產(chǎn)生了外部水分的滲入和返潮；當然這個不密閉也有它的優(yōu)點，就是不密閉所形成的縫隙具有呼吸功能，本來借此可將腔體內(nèi)部的水分經(jīng)受熱蒸發(fā)后變成水汽呼出的，但因此種縫隙的大小是不可預(yù)見和不可控制的，當縫隙大時可將殘余水分排出，反之，則不足以排除水分，就又會有水霧出現(xiàn)；對此國內(nèi)外普遍采用簡單加裝透氣管的作法，也有能將第一次的殘余水分排出的效果，然而也正是這個透氣管又人為的開通了后續(xù)的滲水、返潮通道； 　　其實環(huán)境因素的侵襲，還有粉塵、霧霾、二氧化硫、氮氧化物、酸雨等，它們都會直接或間接通過水分造成次生危害，國內(nèi)曾報道：一場罕見的大范圍霧霾籠罩著我國，已陸續(xù)有25個省份、100多座大中城市不同程度出現(xiàn)霧霾天氣，覆蓋了我國將近一半的國土?？梢姺敲荛]平板集熱器也難逃其災(zāi)，因而集熱腔體必須是密閉的，只有如此才能拒環(huán)境危害于集熱腔體之外，為集熱器的集熱體創(chuàng)造一個干燥良好的運行環(huán)境，這就是我們對集熱腔體的第一認識。 　　1.2非密閉腔體帶來的問題 　　因集熱腔體的不密閉而受到環(huán)境影響，會帶來一系列問題。 　　1.水霧：已如前述，是由內(nèi)部水分所產(chǎn)生的，這種現(xiàn)象特別的出現(xiàn)在早上，不單影響太陽輻射的透過，也加大了頂部空氣夾層的對流熱損失，而更嚴重的是水遇到腐蝕性氣體后還會引起更多的次生危害。 　　水霧情況見圖1所示。 　　2.滲灰：大氣中的粉塵、細灰、霧霾等顆粒物通過腔體上的縫隙會無孔不入地滲入腔體以內(nèi)并沉積覆蓋在特別是吸熱板的表面，影響其對太陽輻射的吸收。 　　積灰情況如圖2所示。 　　3.絕熱受潮：絕熱材料多為多孔物質(zhì)，容易吸濕。水的導熱系數(shù)為空氣的25倍，冰的導熱系數(shù)更大。材料吸濕后濕分占居了原被空氣充滿的部分氣孔空間，引起其有效導熱系數(shù)明顯升高。研究表明，導熱系數(shù)為0.03W/（m·K）的絕熱材料，吸取1%的水分后導熱系數(shù)增加25%，以后并按倍數(shù)增加。 　　4.吸收表面衰退：專業(yè)的研究實驗都認為吸收表面在鹽霧實驗中會產(chǎn)生程度不同的腐蝕，不同吸收表面的耐鹽霧試驗的能力也有差別，有試驗介紹高質(zhì)量的黑鉻涂層能耐到120h，而輻射特性特別好的藍鈦涂層甚至只有6h；作為非專業(yè)的用戶也有自已直接使用的觀察和經(jīng)驗，有企業(yè)的藍膜陽臺集熱器在內(nèi)蒙古庫存一個冬季后，即發(fā)現(xiàn)吸收表面出現(xiàn)白斑。 　　見圖3所示，摘貼幾個代表性圖片。 圖3平板太陽能集熱器吸收表面的腐蝕 　　對于其中的藍鈦膜的鹽霧試驗結(jié)果和評價都有差別，但不爭的事實是藍鈦膜的輻射特性優(yōu)越，特別是其低發(fā)射比暫時還無可替代，而這又是中溫平板不可或缺的，但同時它的抗腐蝕能力確實又是薄弱的。 　　5.電化學腐蝕：只要有電位不同物質(zhì)且存在于電解質(zhì)溶液中，就是一個原電池，在有水有腐蝕氣體或顆粒物時，就能產(chǎn)生電解質(zhì)溶液，而集熱器內(nèi)的材料和物質(zhì)遠不是單一的，特別是銅管鋁翅的吸熱體，他們之間電位差較大，銅是+0.521V，而鋁是-1.662V，而只要有酸性介質(zhì)，就會有析氫腐蝕，如有氧存在則不論酸性，甚至中性介質(zhì)，也都會有吸氧腐蝕；即使是單一金屬，他們之間的或者他們與沉積的灰層、垢層之間的縫隙都會因介質(zhì)的閉塞或濃差產(chǎn)生縫隙腐蝕，從而造成特別是吸熱體的損壞和失效；所以只要集熱腔體不密閉，就會有產(chǎn)生這些腐蝕介質(zhì)的條件，電化學腐蝕就是不可避免的。 　　1.3非密閉腔體帶來的最終不良后果 　　1.平板集熱器熱性能衰退惡化； 　　2.可靠性耐久性降低； 　　3.壽命縮短。 　　1.4現(xiàn)有平板集熱器標準的無奈 　　1.4.1現(xiàn)有標準對平板集熱器的相關(guān)要求 　　1.中國國家標準：在GB/T6424-2007的6.1.9中要求：“淋雨后應(yīng)無滲水和破壞”； 　　2.國際標準：在“Testmethodsforsolarcollectors-Part2：Qualificationtestprocedures”IS09806-2(太陽能集熱器試驗方法之二：質(zhì)量檢測過程)中提出需對集熱器的雨水滲透程度進行實質(zhì)的評價，一般的不允許大雨和暴雨的進入，集熱器上有氣孔和排水孔，但是不允許暴雨進入的； 　　3.美國標準：在SRCCSTANDAD100中要求“腔體應(yīng)保證集熱器部件和保護內(nèi)部部件不受環(huán)境的損害”； 　　4.歐洲標準： 　　1）在歐標EN12975-1-2006&EN12975-2-2006中的EN12975-1/A1要求“集熱器腔體應(yīng)是水密封的，以防雨水的滲透”； 　　2）EN12975-1/A1要求“集熱器腔體的結(jié)構(gòu)應(yīng)能排出冷凝水的積聚”； 　　3）EN12975-1/A1要求“集熱器蓋板在最大的滯止溫度下，也不會產(chǎn)生過分的應(yīng)力”； 　　4）EN12975-1/5.3.7要求“雨水滲透試驗后水不應(yīng)有任何肉眼可見的水跡”； 　　5）EN12975-2/5.7.1要求“此測試僅僅適用于玻璃集熱器，以用來測定玻璃集熱器充分防止雨穿透的能力。通常它們不允許無論是小雨或是大風雨的進入。集熱器可有透氣孔或者排水孔，但它們都不允許雨的進入”； 　　6）EN12975-2/5.9.2要求“集熱器負壓測試目的是為了評估集熱器蓋板和集熱器腔之間結(jié)合的抗強風穩(wěn)固程度…此值至少為1kPa，不能有損壞和永久變形”。 　　1.4.2現(xiàn)有標準對非平板集熱器的讓步 　　由于技術(shù)和成本上的原因，國內(nèi)外絕大多數(shù)平板集熱器還 做不到密閉，出于無奈，標準對試驗方法和相關(guān)要求作了讓步。 　　1.在GB/T6424-2007中所涉及淋雨試驗是在集熱器傾角40毅，噴水量200kg/（m2·h），噴淋水與集熱器采光面之間的角度≥20°情況下進行的，就是說噴淋方向只在采光面一側(cè)，而且是在140°的范圍，沒有要求任一方向，否則其平板集熱器幾乎會100%的滲水，甚至嚴重進水。 　　2.歐洲標準： 　　1）在EN12975-2-2006中的試驗方法（5.7.2）中提出的4h噴淋試驗是在集熱器的暴露的一側(cè)進行的，在這一實質(zhì)要點上和ISO標準截然不同，顯示對集熱器不密閉防水的現(xiàn)實作了讓步； 　　2）在EN12975-1－2006第一部分;試驗方法的5.3.7中有表述，摘錄如下： 　?。?）按集熱器稱重確定的水量應(yīng)＜30g/m2； 　?。?）測量集熱器內(nèi)部濕度，出現(xiàn)以下任何一種情況即認為試驗失敗，即集熱器內(nèi)部肉眼可見水跡，或在測量過程中的任一時刻濕度潮過20g/kg,或濕度變?yōu)闇y試前的兩倍； 　?。?）被觀測的結(jié)霧程度應(yīng)小于透過蓋層面積的10%，且傾倒出的水不超過30g/m2。 　　2非密閉集熱腔體的結(jié)構(gòu) 　　2.1國內(nèi)代表性平板腔體 　　2.1.1組合式平板腔體 　　國內(nèi)的平板太陽能集熱器，組合式占居絕大多數(shù)，且多以模仿再稍加變換而成，其代表性結(jié)構(gòu)基本是鋁型材組框，上部采用大斷面的橡膠密封條將透明蓋層玻璃與邊框之間的大縫隙堵住，底部則是背板插入邊框底部的插槽，以鉚接或壓合的方式使其結(jié)合，見圖4所示。 圖4國內(nèi)組合邊框代表結(jié)構(gòu) 　　2.1.2整體背板腔體（兩種邊緣結(jié)構(gòu)） 　　出于對背部密閉的考慮，人們自然想到以整體背板來代替原來的組合背筐方式，雖然要付出大型模具和高噸位壓力機的較高資金投入，但確實也能起到部分提高背筐密閉性的好處，其上口與玻璃的結(jié)合有凸緣和直邊兩種方式，見圖5所示。 圖5國內(nèi)整體背筐代表結(jié)構(gòu) 　　2.2國外典型組合式腔體（德國平板的分析與評價） 　　圖6給出幾個國外的平板集熱器代表結(jié)構(gòu)。 圖6國外組合邊框代表結(jié)構(gòu) 　　圖6-a所示RMsolar的結(jié)構(gòu)從概念上看基本與國內(nèi)的圖4-b類似，圖6-b即是前文所說的“國內(nèi)外普遍采用簡單加裝透氣管的作法”，且稱為優(yōu)化的通氣開孔，可免除潮濕空氣在集熱器內(nèi)積聚；由此可見，國內(nèi)外平板同行都有相同的體驗和經(jīng)歷，也就會有相同的結(jié)構(gòu)和對問題的處理方法。 　　圖6-c、圖-d所顯示的結(jié)構(gòu)表明對平板集熱器的結(jié)構(gòu)和問題有深入的思考，在該結(jié)構(gòu)中采用了封閉吸熱板與玻璃之間頂隙并充填惰性氣體氬氣的作法，這確實可以在頂隙中隔絕水汽并保護吸收表面不受腐蝕，是歐洲的藍膜使用壽面長達30年以上的原因。 　　2.3對非密閉腔體結(jié)構(gòu)缺陷的分析 　　2.3.1對一個代表結(jié)構(gòu)滲水的分析 　　上述圖4、圖5、圖6的實質(zhì)結(jié)構(gòu)其實類似，通過圖7的滲水路徑分析可見水分是如何進入集熱器內(nèi)部的。 圖7代表腔體的滲水路徑分析 　　上述這些傳統(tǒng)腔體結(jié)構(gòu)，從腔體基本原理上進入同一個誤區(qū)，就是上下兩個蓋層的外廓尺寸都小于腔體的外圍護邊界，這就留下了與外界連通的縫隙和通道，容易進水，為此就需要用堵的辦法將其封閉。 　　如在圖4和圖6的a）中玻璃的外緣明顯的小于集熱器邊框外邊界，其造成的寬大縫隙采用加橡膠密封條的辦法予以填堵，背板插入邊框在背部設(shè)置的插口，當間距又較大的鉚釘將其均布固定，結(jié)合面處存在裂開的大縫，而且該插口的外邊寬于內(nèi)邊，當集熱器以一定的傾角工作時，流淌在背板上的水就會被引導進入內(nèi)腔，采用壓合的方法如不能保證壓合緊密，也仍會有類似問題。 　　同時橡膠密封條、壓條和邊框的45°長切口的縫隙處的滲水會直接進入腔體內(nèi)，而邊框邊界角部的切口更會使水很容易的進入。圖7給出國內(nèi)代表性平板集熱器滲水分析。在RMsolar中，其蓋層和背板的外緣也是明顯的小于腔體邊界，雖在蓋層的結(jié)合面處和背板的加壓咬口處涂膠，但水仍會通過結(jié)合面上未覆蓋的45°線和邊框外界面上的切口繞道進入。 　　2.3.2對現(xiàn)狀腔體結(jié)構(gòu)缺陷的分析總結(jié) 　　1.除整體背板外，一般的透明蓋板和背板的外沿總是小于集熱器邊框最外的圍護邊界； 　　2.蓋板與邊框形成的縫隙一般較大，總是用大斷面的橡膠密封條去堵住縫隙； 　　3.背板插入與邊框結(jié)合處的插槽，一般總是外槽邊比內(nèi)槽邊長，滲水時易于將水向內(nèi)導入； 　　4.上述背板與插槽一般是用鉚釘固定連接，必然留下可滲透的縫隙； 　　5.若背板與插槽之間壓合，則必須使其緊密貼合，否則也會滲水，而且還不能保證45°角處的密封； 　　6.其邊框的45°角處的斷面結(jié)構(gòu)一般比較異型和復雜，需密封時甚為不便； 　　7.對于盒槽式整體背板，其蓋板與盒槽的外緣或立口之間的密封仍是不便的，用膠量較多和密封條斷面較大； 　　8.任何型式的集熱器如其集管密封圈不能防水，也不能成為全密閉的； 　　9.為防止水霧和保護吸收表面作成的熱保護玻璃會使結(jié)構(gòu)復雜成本提高，而且由于頂隙的封合并不是真空意義上密閉，長時間工作，有可能通過擴散使氬氣被空氣所逐漸置換，同時在工作中，頂隙還會出現(xiàn)內(nèi)外壓不平衡而產(chǎn)生凸凹變化，從根本上講，如此也不能使吸熱板背部密閉； 　　10.一旦做成密閉的，又使其結(jié)構(gòu)很復雜，且失去原有非密閉集熱器可呼吸以自動平衡內(nèi)外壓力的優(yōu)點，所以其解決方案也是不完善的。 　　3腔體密閉結(jié)構(gòu)的技術(shù)解決方案 　　3.1對密閉集熱腔體的技術(shù)要求 　　1.要具有標準所要求的剛度和強度； 　　2.至少應(yīng)能防止PM2.5微塵顆粒的進入； 　　3.整機能承受水面下100mm的浸水抗?jié)B； 　　4.整機能承受1500Pa的正壓力； 　　5.整機能承受IP66所要求的強射水而不滲水。 　　3.2腔體密閉的理念、理論與方法 　　1.吸取大禹治水智慧，盡可能采用“疏”而不是“堵”的理念； 　　2.采用屋檐理論的生活常識，把水疏到集熱器圍護腔體邊界以外； 　　3.充分利用平面密封技術(shù)的方法。 　　3.3腔體密閉的技術(shù)解決方案 　　有了正確的理念、理論和方法后，技術(shù)就很簡單明了，分敘如下： 　　1.讓透明蓋板與背板的外廓均大于腔體圍護邊框的最外邊界； 　　2.使透明蓋板和背板與邊框的結(jié)合面均為平面密封面，從而可用膠接的方法將上下兩個結(jié)合面密閉； 　　3.并把邊框45°角的拼接部位簡化取直，內(nèi)插角碼連接，并加外包角，在其均為平面的結(jié)合部位涂膠，使四角密閉； 　　圖8示出密閉結(jié)構(gòu)的總體概念。 　　4.用可防水集管密封圈解決集管與邊框之間的密閉見圖9； 　　5.為保證薄料背板的密閉效果，通過加強筋及其與邊框的結(jié)合，使其加強見圖10； 　　6.為進一步強化背板，也為控制吸熱板芯，用可剖分管卡固定排管，并與加強筋連接見圖11； 　　4密閉平板集熱腔體的可控呼吸 　　4.1腔體單純密閉后的問題 　　密閉型平板集熱器雖因密閉而防水，卻會因此出現(xiàn)新的特有問題，這就是集熱器溫度升高時腔體壓力增加過大，正常運行會在±20kPa，極端滯止溫度時，甚至會達到60kPa，這將引起腔體的變形甚至破壞，故在EN12975-1/A1中要求“集熱器蓋板在最大的滯止溫度下，也不會產(chǎn)生過分的應(yīng)力”；當其腔體溫度下降產(chǎn)生過大負壓（真空），在運行范圍內(nèi)大約也是±20kPa左右，也會引起腔體的變形甚至破壞，對于這些正負壓帶來的產(chǎn)品安全問題需采取措施加以保護，即仍需要有呼吸來實現(xiàn)內(nèi)外壓自動平衡的目的，仍要有一個可呼吸的通道。 　　4.2可控呼吸的功能與作用 　　這個呼吸通道是可以防水的，但這一防水呼吸通道并不意味著它也能阻止灰塵和潮氣的進入，這仍是個需要解決的問題，以防止吸塵、水霧和吸潮的發(fā)生，所以其呼吸應(yīng)是可控的，有一定功能要求的。 　　1.平板集熱器為了防滲水，必須是密閉的； 　　2.密閉后的平板集熱器，為了平衡運行中產(chǎn)生的正負壓力，又還需要有可呼吸的通道，這個呼吸通道當然仍應(yīng)該是防水的，繼續(xù)保持對水的密閉，也能透氣的； 　　3.有了防水透氣通道后，為了防止灰塵，它還需是可防塵的； 　　4.對于透氣通道，為了防止潮氣進入，還要對其可抗潮的措施； 　　5.用吸濕性材料可阻止使其水分進入內(nèi)部，但其再生溫度必須很低，應(yīng)是可； 　　6.因而密閉后的集熱器，再加入呼吸器，具有防滲水、可呼吸、防塵和抗潮的有序的可控呼吸器。 　　綜上所述，可見要達到需要的功能，具體要解決的是兩個問題： 　　1.防塵防水透氣問題； 　　2.抗潮問題，即能透氣呼出就可解決排濕，但同時，吸氣也會產(chǎn)生返潮，這一問題比較困難。而這又各種對應(yīng)著相關(guān)自已的材料。 　　4.3防塵防水透氣技術(shù)解決方案 　　4.3.1水分子（H2O）和水（（H2O）n） 　　為了說明概念，我們簡單不完全準確地認為不可見水汽，已是單個的水分子，而可見的水汽，水霧都是液態(tài)水，可說是水分子的聚集態(tài)，我們就說是水。水分子的書寫：H2O，是由2個氫原子一個氧原子構(gòu)成的，是又小又簡單的分子。它由兩個氫原子分別和一個氧原子鍵合成。 　　見圖12示出水分子（H2O和水（（H2O）n）的模型。 　　水分子的三個原子形成104.5度角。每個氫原子和氧原子之間的鍵，叫共價鍵，通過分享一對電子形成。應(yīng)當指出，一對電子的共享程度并不均衡。氧比氫更需要電子（這種特性稱為負電性）。換言之，氫原子和氧原子鍵合時，在這個過程中共價電子主要在負電的氧原子周圍運動。因此，共價鍵氧的一側(cè)帶負電（-），氫的一側(cè)帶正電（+）。 　　因為呈角分布，因而分子不對稱。在負電荷周圍，正電荷不均勻分布。作用不能相互抵消，兩者都有自己的電荷中心。分子有正負極。這是有極分子，化學家稱為偶極子。事實上，水分子是一種特殊的有極分子，其有極屬性比幾乎其他所有分子都明顯。 　　水分子因其有明顯的偶極子屬件而由穩(wěn)固的氫鍵（遠比共價鍵結(jié)合力弱）結(jié)合在一起。它們趨于牢牢地黏在一起。黏在一起的分子形成固體和液體。為了使分子不黏在一起而相互分開，并變成氣體，必須向水中增加大量的能量，通常都通過加熱。就是說，水的沸點高，往往呈液態(tài)。必須將水溫提高到100℃，分子才能有足夠能量克服氫鍵的強作用力而分開，就變?yōu)閱蝹€水分子的水汽了。可粗略認為水分子大小是液態(tài)水滴的350萬-1400萬分之一。 　　eTFE薄膜微孔薄膜具有良好的熱穩(wěn)定性及寬廣的使用溫度，可在-200℃的低溫至+260℃的高溫下連續(xù)工作，熔點高達327℃，具有不燃性，優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、抗酸、堿性好，能許多高腐蝕性介質(zhì)，摩擦系數(shù)小，疏水性強。 　　圖13-a）給出ePTFE膜的顯微照片。 　　4.3.3ePTFE防塵防水透氣膜的應(yīng)用機理 　　正是極性水分子與ePTFE膜的奇異美妙特性使我們能將他們在平板集熱器中發(fā)揮即要對水密閉又要透氣的卓越效能。由于ePTFE膜的孔徑為0.1-0.5滋m，是水滴大小的1/5000-1/20000，因而阻隔了水的進入，即對水是密閉的；當集熱器內(nèi)的水分受熱后，水的氫鍵斷裂，成為水汽分子（水的單分子），其大小是ePTFE膜的孔徑的1/700，而恰在此時集熱器內(nèi)因受熱溫升與外界形成壓差推動著水汽從比他大的孔隙中排出。另外微顆粒物（PM2.5）因其尺寸大于ePTFE膜的孔徑，也不能進入，起到防塵的作用。直觀的防塵防水透氣原理在圖13-b中示出。 　　4.4抗潮的技術(shù)解決方案 　　4.4.1返潮的產(chǎn)生 　　在上述透氣膜的排濕中，水汽分子可從集熱器內(nèi)部向外排出；那么當集熱器處于非日照條件下，內(nèi)部溫度下降，則可能產(chǎn)生一個負壓（真空），即外部環(huán)境氣壓大于集熱器腔體內(nèi)的壓力，從而將外部的濕氣水分子通過透氣膜滲入集熱器以內(nèi)，被內(nèi)部材料（特別是隔熱材料）所吸附和吸收，甚至達到與外界環(huán)境相適應(yīng)的平衡水分，即是返潮了。 　　這是一個易被忽視的問題，而事實上又是存在的也被實際試驗所證實的問題。 　　4.4.2抗潮的困難 　　對于抗潮，已有一些做法。 　　1.可堵排氣管：在集熱器空曬排濕后，將所用排氣管的出口堵住，則不會產(chǎn)生后續(xù)的反潮，也不會有原來因通過排氣管的呼吸而產(chǎn)生的熱損，但極端高低溫所產(chǎn)生的正、負壓會對腔體造成損壞或變形，也會給操作帶來麻煩； 　　2.內(nèi)置干燥劑：采用硅膠、分子篩、活性氧化鋁、凹凸棒等物理干燥劑，確實可以從潮氣中吸收水分，避免不良后果，但定量放置的干燥劑總有飽和的時候，此時，因其再生溫度多在110℃以上，是集熱器正常工作所滿足不了的； 　　3.外置氣囊和干燥劑：這首先集熱器必須已經(jīng)是密閉的才有可能，否則，非密閉的其他縫隙仍會與外界大氣存在無序有害呼吸；當集熱器密閉以后，這種方式確實可以實現(xiàn)在封閉系統(tǒng)中呼吸，提高集熱腔體的干燥度，對集熱器起到正負壓保護的作用，需解決可行的應(yīng)用方式和性價比問題； 　　4.內(nèi)置干燥劑和氣囊：這仍然需要先是密閉后才有可能，而當集熱器密閉以后，這種方式仍存在前述2、3的問題。 　　4.4.3吸濕快干竹纖維的選用 　　如上所述，抗潮確實比較困難；可以設(shè)計一個技術(shù)方案：使?jié)駳庠谶M入集熱器腔體時就用一種吸濕材料將其吸收而不能滲入集熱器內(nèi)部，同時又能利用集熱器產(chǎn)生的的熱氣將其所吸收的水分干燥，即再生，并經(jīng)混合后以濕氣的型式被呼出，達到抗潮的目的，這就是所希望的一個抗潮過程。 　　這里關(guān)鍵是要有一種能滿足上述過程要求的材料，顯而易見，這個材料應(yīng)該是：1.吸濕性要強要快；2.再生溫度要低，具有快干效應(yīng)。經(jīng)過對紡織行業(yè)排汗透氣織物的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)竹纖維可以為我所用。 　　竹纖維就是從自然生長的竹子中提取出的一種纖維素纖維，是繼棉、麻、毛、絲之后的第五大天然纖維。竹纖維具有良好的透氣性、瞬間吸水性。經(jīng)在2000倍掃描電子顯微鏡觀察，竹原纖維縱向有橫節(jié)，粗細分布很不均勻，纖維表面有無數(shù)微細凹槽。竹纖維的橫截面凹凸變形，布滿了近似于橢圓形的孔隙，呈高度中空，毛細管效應(yīng)極強，可在瞬間吸收和蒸發(fā)水分，在所有天然纖維中，竹纖維的吸放濕性及透氣性好居五大纖維之首。在溫度為36℃；相對濕度為100%的條件下，竹纖維的回潮率超過45%，透氣性比棉強3.5倍，被美譽為“會呼吸的纖維”，還稱其為“纖維皇后”。可見竹纖維奇妙的吸濕快干性能滿足了我們對抗潮過程的需要。 　　4.5一種可抗潮的呼吸器典型設(shè)計 　　4.5.1雙位抗潮的呼吸器產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 　　了以上兩種奇妙的“ePTFE防水防塵透氣膜”和“會呼吸的竹纖維”材料以及所提出的抗潮過程方案，一個雙位可抗潮的呼吸器就比較容易的設(shè)計出來了。見圖14所示。 　　4.5.2雙位抗潮的呼吸器的工作過程 　　所論平板集熱器是首先密閉的，而形成它的有序可控呼吸通道，就是可控呼吸器，它的呼吸塞腔體與外界連通界面是由防水透氣膜（圖中呼吸膜）隔離的，而防水透氣膜是可防水的，即因水分子之間氫鍵的存在而形成的液態(tài)的聚集態(tài)的水分子束（（H2O）n）不能透過膜層，所以整個集熱器腔體對誰可認為是密閉的；但液態(tài)水受熱吸收能量后，其氫鍵斷裂，就形成氣態(tài)的水分子，卻可穿過該膜，成為可透汽的；這種透氣帶來了呼吸功能，從而可自動將集熱器運行中所形成的正負壓力與外界達到平衡，也能將集熱器中的殘余水分在其受熱蒸發(fā)成為的水汽呼出，達到排濕的效果。 　　但上述的呼吸，也會把外界的濕氣吸入，當其含濕量大時（如雨季時）情況會更加嚴重，累積起來會增加集熱器腔體內(nèi)的水分含量，這對腔體內(nèi)的材料和器件是很不利的，必須加以防止，這時吸濕快干竹纖維（圖中吸濕劑）會在其吸入時將其吸收，不至于進入腔體內(nèi)部，由于這種材料又是快干的，可對外自干，更會在運行中熱氣呼出時將其再生，以備反復發(fā)揮作用，達到抗潮的目的。 　　由于有時集熱器內(nèi)殘余水分大，水霧嚴重而需快速排出水分，此時則將呼吸塞拔起，濕氣可不經(jīng)過吸濕劑和呼吸膜而直接連通大氣，達到快速排出的目的。 　　此后再把呼吸塞壓回原位進入正常工作位置。（金川集團·甘肅金川太陽能有限公司高元運　深圳市鵬桑普太陽能股份有限公司羅賓）（未完待續(xù)）