1 熱管的工作原理

　　熱管以其傳熱系數高、傳熱溫差小及熱二極管性等優(yōu)點(diǎn)在建筑節能領(lǐng)域得到了較廣泛的應用。典型的熱管由管殼、吸液芯等組成。制作熱管時(shí)將管內抽成1.3×（10-1～10-4）Pa的真空后充以適當的工作液體，使緊貼管內壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿(mǎn)液體（氨、水、丙酮及甲醇等）后加以密封。熱管的一端為蒸發(fā)段（加熱段），另一端為冷凝段（冷卻段），根據具體的應用場(chǎng)合在蒸發(fā)段與冷凝段中間布置適當的絕熱段。當熱管的蒸發(fā)段端受熱時(shí)毛細芯中的液體蒸發(fā)汽化，蒸汽在微小的壓差下流向冷凝段，被凝結成液體而放出熱量，冷凝后的液體沿多孔材料靠毛細力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)往復，熱量從熱管的蒸發(fā)段傳至冷凝段。如蒸發(fā)段在下而冷凝段在上，則冷凝后的液體工質(zhì)可在重力的作用下自動(dòng)流回蒸發(fā)段，因而不需要吸液芯，該類(lèi)熱管通常稱(chēng)之為重力熱管[1]。

　　基于熱管的傳熱原理，與其它換熱器相比，熱管具有以下基本特性

　�。�1）優(yōu)良的導熱性。熱管借助工作液體的氣液相變傳熱，熱阻很小。因而熱管的導熱性能優(yōu)良，熱流密度高。

　�。�2）傳熱溫差小。熱管運行過(guò)程中，內腔蒸汽處于飽和狀態(tài)。由于飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段產(chǎn)生的壓降很小，根據Clausuis2Clapeyron方程式可知，其溫降亦很小。

　�。�3）熱二極管性。熱管通過(guò)工質(zhì)的相變進(jìn)行換熱，因而熱量只能從熱管的蒸發(fā)段傳往冷凝段，因而具有優(yōu)良的熱二極管性。

　　2 熱管技術(shù)在建筑節能中的應用

　　建筑節能要求充分利用自然能源，使建筑能耗處于最小化。目前，熱管技術(shù)在暖通空調系統、可再生能源利用等方面均有較廣泛的應用。

　　2.1 熱管在暖通空調系統中的應用

　　2.1.1 空調排風(fēng)余熱/余冷回收熱管換熱裝置

　　熱管換熱裝置可有效回收空調排風(fēng)余熱/余冷。目前板式和轉輪式能量回收空調雖然熱交換效率值較高，但板換及轉輪易堵塞、不易維修，且存在空氣交叉污染等不利因素。熱管式能量回收空調機組能有效地避免上述弊端，其新風(fēng)換氣系統更具有獨特優(yōu)勢。在冬季運行時(shí)，新風(fēng)先由熱管冷凝段預熱后再進(jìn)入空調器內處理后送入室內，而室內回風(fēng)經(jīng)過(guò)熱管蒸發(fā)段放熱后再排出室外，從而使排風(fēng)余熱得以回收，減少了空調器負荷；夏季運行時(shí)，新風(fēng)先經(jīng)過(guò)熱管蒸發(fā)段預冷后，再與室內部分回風(fēng)混合，提高空調系統制冷能力和除濕能力，可實(shí)現降低空調能耗、提高室內空氣品質(zhì)的雙重功能[2] .

　　2.1.2 真空熱管供熱系統

　　真空熱管采暖系統內部注入一種無(wú)毒無(wú)味的熱管超導液，系統在真空狀態(tài)下工作[3].超導液在蒸發(fā)段受熱蒸發(fā)成氣體，通過(guò)管路傳至散熱器，釋放出液化潛能，冷凝成液體流回到鍋爐本體。真空熱管采暖系統的傳遞效率可達90%.與普通熱水供暖系統相比，真空熱管供暖系統具有以下特點(diǎn)

　�、賹τ谕瑯拥臒嶝摵�，真空熱管供熱時(shí)所需的介質(zhì)質(zhì)量流量要比熱水流量少得多。散熱器中的熱媒供回溫差與室內溫差較大，可以大大節省散熱設備的面積。

　�、诔瑢б菏軣釟饣�后，熱惰性小，凝固點(diǎn)低（-40℃以下），因而冬季可防凍，非常適宜于間歇供暖系統。

　�、鄢瑢Ы橘|(zhì)具有可隨室外氣溫調節鍋爐運行溫度的優(yōu)點(diǎn)，最低運行溫度可達45℃。

　�、芟到y運行成本低，無(wú)需補水。

　　2.1.3 自然通風(fēng)熱/冷回收熱管換熱裝置

　　對于豎井通風(fēng)的自然排風(fēng)系統，如安裝常規換熱器，有可能由于壓力損失過(guò)大而導致通風(fēng)失敗。由于熱管換熱器具備優(yōu)良的傳熱性能和靈活的結構形式，因而能夠在豎井風(fēng)道自然排風(fēng)系統得到有效利用。實(shí)驗表明，在風(fēng)道風(fēng)速0.5m/s，熱回收效率50%的情形下，熱管換熱器引起的壓力損失約為1Pa.熱管換熱器應用在自然排風(fēng)系統的能源回收時(shí)，其整體性能受管外翅片形式、熱管排列方式、管排數量、氣流速度等多種因素的相互制約。隨風(fēng)速的提高，熱管換熱器熱交換效率降低而阻力增大[4]。

　　2.2 熱管在太陽(yáng)能熱利用領(lǐng)域的應用

　　熱管所具有的高導熱性、熱二極管性等諸多優(yōu)良性能使其在太陽(yáng)能熱利用中得到了廣泛的應用。

　　2.2.1 熱管式太陽(yáng)能熱水系統

　　熱管式太陽(yáng)能集熱器作為新一代太陽(yáng)能集熱元件，在太陽(yáng)能熱水器領(lǐng)域得到了廣泛的應用，其中應用最為普及的是平板式熱管集熱器。平板式熱管太陽(yáng)能熱水器采用熱管的蒸發(fā)段代替普通平板集熱器中的吸熱板，太陽(yáng)輻射能被集熱板吸熱傳給熱管蒸發(fā)段。熱管的冷凝段置于蓄熱水箱中，來(lái)自蒸發(fā)段的高溫熱管工質(zhì)蒸氣在冷凝段冷凝，冷凝熱釋放于熱水箱中。熱管蒸發(fā)段帶集熱翅片，并鍍有光譜選擇性吸收涂層，以增加系統的集熱性能。與普通的太陽(yáng)能熱水器相比熱管式太陽(yáng)能熱水器具有以下優(yōu)點(diǎn)

　�、賳�動(dòng)快，傳熱元件可將收集的太陽(yáng)輻射能迅速傳遞到水箱。

　�、谌掌骄鶡嵝�率可達60% ，高于普通的太陽(yáng)能熱水器。

　�、奂療崞髡婵展芘c水分離，在- 40℃的低溫狀態(tài)也不會(huì )凍裂，適合嚴寒地區使用。

　�、芗療崞髡婵展軆葻o(wú)水，避免了真空管內的結垢問(wèn)題；此外，少量真空管損壞，熱水器亦可正常運行。

　�、菘煞乐挂归g和陰雨天的倒流散熱現象，有利于提高系統熱效率。

　　2.2.2 熱管式高溫太陽(yáng)能集熱器件

　　目前，熱管換熱器在太陽(yáng)能高溫集熱方面也有一定的應用。在太陽(yáng)能電站的太陽(yáng)能吸收塔、高溫聚焦器，利用高溫熱管束作為太陽(yáng)輻射能吸收器。太陽(yáng)輻射反射鏡將太陽(yáng)能輻射能集中于吸收塔或高溫聚焦器，熱管束吸收器吸收熱量后傳給熱力循環(huán)工質(zhì)液體，熱力循環(huán)工質(zhì)液體被加熱后驅動(dòng)熱力發(fā)電機組，從而實(shí)現太陽(yáng)能熱電轉換。

　　3 工程應用實(shí)例

　　熱管式太陽(yáng)能熱水系統在工程中已有許多成功案例。圖2為青島山水名苑游泳池太陽(yáng)能熱水系統，該系統采用550 ㎡ 水平式熱管真空管太陽(yáng)集熱器，供應游泳池淋浴熱水并對游池加熱。集熱器與建筑玻璃采光屋頂結合，水平安裝于屋頂的四周，具有良好的視覺(jué)效果，并且融入建筑圍護結構之中，減少了建筑屋面得熱。

　　大連太陽(yáng)大廈太陽(yáng)能中央熱水系統和北京月壇體育中心綜合訓練館太陽(yáng)能熱水系統。前者采用580㎡ 熱管真空管太陽(yáng)集熱器，傾斜45°安裝于建筑屋頂，日產(chǎn)熱水量50 t.太陽(yáng)能熱水系統采用電熱鍋爐輔助加熱。后者為中國科學(xué)院奧運科技示范項目。太陽(yáng)能集熱器與建筑屋頂結合水平安裝總集熱面積800 ㎡ ，供應訓練館每日30 t的衛生熱水，剩余熱量為游泳池加熱。系統設空氣源熱泵機組作為太陽(yáng)能系統的輔助加熱設備。本系統將兩項節能技術(shù)相結合，實(shí)施后將使熱水系統的常規能源消耗降至最低，為奧運村及奧運場(chǎng)館的建設提供借鑒。

　　4 結 語(yǔ)

　　熱管作為一種高效的換熱元件，具有結構緊湊、體積小、換熱器進(jìn)出口壓降低及無(wú)需消耗輔助動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)，在建筑節能領(lǐng)域的研究應用越來(lái)越受到關(guān)注。相關(guān)的研究結果表明，基于熱管換熱器的各種熱利用裝置在余熱/余冷回收利用及太陽(yáng)能高效收集等方面均具有較大的優(yōu)越性。并隨著(zhù)金屬管材與液體工質(zhì)相容性性能的改善及熱管換熱性能的不斷強化，基于熱管換熱器的各種熱利用裝置的熱力性能及運行經(jīng)濟性也必將逐步提高，在建筑節能領(lǐng)域具有很大的發(fā)展潛力和廣闊的應用前景[6]。

　　參考文獻

　　[1]莊 駿，張 紅。熱管技術(shù)及其工程應用[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社

　　[2]張景玲，萬(wàn)建武。熱管式空調機組在空調系統的節能應用研究廣州大學(xué)學(xué)報

　　[3]黃文勝，羅清海，湯廣發(fā)。熱管技術(shù)與建筑節能一熱管節能應用[J]. 能源工程

　　[4]莊 深，顧平道，李英娜。熱管換熱器在賓館實(shí)驗排風(fēng)能量回收中的經(jīng)濟分析[J]. 制冷與空調

　　[5]李景麗。熱管技術(shù)及其在供暖系統中的應用[J]. 制冷與空調

　　[6]朱高濤，劉正華。微型熱管技術(shù)的研究現狀與發(fā)展[J]. 制冷與空調