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(diǎn),讓人們對(duì)真空管型太陽能熱管集熱器有了一定了解。本文對(duì)建筑設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)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(yùn)行好、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、抗凍性強(qiáng)等特點(diǎn)。安裝維護(hù)方便，使用中無漏水隱患，易實(shí)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(yùn)行，系統(tǒng)阻力小，集熱系統(tǒng)容水量小，熱水系統(tǒng)的運(yùn)行通過太陽能控制器自動(dòng)進(jìn)行控制，可直接對(duì)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(jí)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)增加脹破真空管。其制作材質(zhì)有軟木、木屑?jí)褐?、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(duì)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(qiáng)，焊接性能也不錯(cuò)。制作工藝中關(guān)鍵是銅管清洗、注液量的選擇、除氣。對(duì)于變徑熱管來說，變徑頭焊接時(shí)內(nèi)壁氧化的保護(hù)問題也值得注意。試驗(yàn)表明對(duì)熱管進(jìn)行2次除氣，對(duì)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(duì)于這些介質(zhì)銅都可以作為相容殼體材料。同時(shí)，設(shè)備水平也是決定熱管質(zhì)量的重要因素。 　　評(píng)判熱管的性能主要看其啟動(dòng)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(dòng)的介質(zhì)。流道的阻力特性及介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)特性是太陽能集熱器設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。套管與熱管的配合精度要非常高，試驗(yàn)表明，相同型號(hào)的太陽能集熱器涂裝導(dǎo)熱硅脂的瞬時(shí)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(píng)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(yàn)表明聚氨脂發(fā)泡密度在40kg/m3時(shí)，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(jì)者的思想設(shè)計(jì)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(duì)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(hù)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(hù)托不同于普通緊湊式太陽能熱水器的護(hù)托，一定要設(shè)計(jì)成可調(diào)式的。因?yàn)樘柲芗療崞鲗?duì)真空管的竄動(dòng)量要求較嚴(yán)，必須用可調(diào)式護(hù)托調(diào)節(jié)。一般竄動(dòng)量應(yīng)在3mm～5mm之間。 　　6 國內(nèi)外太陽能集熱器對(duì)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(diǎn)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(jià)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?yàn)槌杀据^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(yùn)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(jì)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(duì)比 　　項(xiàng)目太陽能熱管集熱器U型管太陽能集熱器 　　瞬時(shí)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(tái)更換。 　　運(yùn)輸各部件可獨(dú)立包裝，體積小，便于運(yùn)輸和搬運(yùn)，成本低。必須整機(jī)包裝，體積大，不便于運(yùn)輸和搬運(yùn)，運(yùn)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(tái)，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(tái)。分體、陽臺(tái)、工程，不受安裝角度限制。 　　價(jià)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(jì)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