1 熱管的工作原理

　　熱管以其傳熱系數(shù)高、傳熱溫差小及熱二極管性等優(yōu)點(diǎn)在建筑節(jié)能領(lǐng)域得到了較廣泛的應(yīng)用。典型的熱管由管殼、吸液芯等組成。制作熱管時(shí)將管內(nèi)抽成1.3×（10-1～10-4）Pa的真空后充以適當(dāng)?shù)墓ぷ饕后w，使緊貼管內(nèi)壁的吸液芯毛細(xì)多孔材料中充滿液體（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(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)合在蒸發(fā)段與冷凝段中間布置適當(dāng)?shù)慕^熱段。當(dāng)熱管的蒸發(fā)段端受熱時(shí)毛細(xì)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(jié)成液體而放出熱量，冷凝后的液體沿多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段。如此循環(huán)往復(fù)，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，該類熱管通常稱之為重力熱管[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(dǎo)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(dǎo)熱性能優(yōu)良，熱流密度高。

　�。�2）傳熱溫差小。熱管運(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)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(jù)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(jié)能中的應(yīng)用

　　建筑節(jié)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(diào)系統(tǒng)、可再生能源利用等方面均有較廣泛的應(yīng)用。

　　2.1 熱管在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　2.1.1 空調(diào)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(diào)排風(fēng)余熱/余冷。目前板式和轉(zhuǎn)輪式能量回收空調(diào)雖然熱交換效率值較高，但板換及轉(zhuǎn)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(diào)機(jī)組能有效地避免上述弊端，其新風(fēng)換氣系統(tǒng)更具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在冬季運(yùn)行時(shí)，新風(fēng)先由熱管冷凝段預(yù)熱后再進(jìn)入空調(diào)器內(nèi)處理后送入室內(nèi)，而室內(nèi)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(diào)器負(fù)荷；夏季運(yùn)行時(shí)，新風(fēng)先經(jīng)過(guò)熱管蒸發(fā)段預(yù)冷后，再與室內(nèi)部分回風(fēng)混合，提高空調(diào)系統(tǒng)制冷能力和除濕能力，可實(shí)現(xiàn)降低空調(diào)能耗、提高室內(nèi)空氣品質(zhì)的雙重功能[2] .

　　2.1.2 真空熱管供熱系統(tǒng)

　　真空熱管采暖系統(tǒng)內(nèi)部注入一種無(wú)毒無(wú)味的熱管超導(dǎo)液，系統(tǒng)在真空狀態(tài)下工作[3].超導(dǎo)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(tǒng)的傳遞效率可達(dá)90%.與普通熱水供暖系統(tǒng)相比，真空熱管供暖系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)

　�、賹�(duì)于同樣的熱負(fù)荷，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(nèi)溫差較大，可以大大節(jié)省散熱設(shè)備的面積。

　　②超導(dǎo)液受熱氣化后，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(tǒng)。

　�、鄢瑢�(dǎo)介質(zhì)具有可隨室外氣溫調(diào)節(jié)鍋爐運(yùn)行溫度的優(yōu)點(diǎn)，最低運(yùn)行溫度可達(dá)45℃。

　　④系統(tǒng)運(yùn)行成本低，無(wú)需補(bǔ)水。

　　2.1.3 自然通風(fēng)熱/冷回收熱管換熱裝置

　　對(duì)于豎井通風(fēng)的自然排風(fēng)系統(tǒng)，如安裝常規(guī)換熱器，有可能由于壓力損失過(guò)大而導(dǎo)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(jié)構(gòu)形式，因而能夠在豎井風(fēng)道自然排風(fēng)系統(tǒng)得到有效利用。實(shí)驗(yàn)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(yīng)用在自然排風(fēng)系統(tǒng)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(shù)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(yīng)用

　　熱管所具有的高導(dǎo)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(yīng)用。

　　2.2.1 熱管式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)

　　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(yīng)用，其中應(yīng)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?zé)峁芄べ|(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(tǒng)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(dá)60% ，高于普通的太陽(yáng)能熱水器。

　　③集熱器真空管與水分離，在- 40℃的低溫狀態(tài)也不會(huì)凍裂，適合嚴(yán)寒地區(qū)使用。

　　④集熱器真空管內(nèi)無(wú)水，避免了真空管內(nèi)的結(jié)垢問(wèn)題；此外，少量真空管損壞，熱水器亦可正常運(yùn)行。

　�、菘煞乐挂归g和陰雨天的倒流散熱現(xiàn)象，有利于提高系統(tǒng)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(yīng)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?zé)峁苁�作為太�?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(qū)動(dòng)熱力發(fā)電機(jī)組，從而實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能熱電轉(zhuǎn)換。

　　3 工程應(yīng)用實(shí)例

　　熱管式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)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(tǒng)，該系統(tǒng)采用550 ㎡ 水平式熱管真空管太陽(yáng)集熱器，供應(yīng)游泳池淋浴熱水并對(duì)游池加熱。集熱器與建筑玻璃采光屋頂結(jié)合，水平安裝于屋頂?shù)乃闹埽�具有良好的視覺(jué)效果，并且融入建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(tǒng)和北京月壇體育中心綜合訓(xùn)練館太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。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(tǒng)采用電熱鍋爐輔助加熱。后者為中國(guó)科學(xué)院奧運(yùn)科技示范項(xiàng)目。太陽(yáng)能集熱器與建筑屋頂結(jié)合水平安裝總集熱面積800 ㎡ ，供應(yīng)訓(xùn)練館每日30 t的衛(wèi)生熱水，剩余熱量為游泳池加熱。系統(tǒng)設(shè)空氣源熱泵機(jī)組作為太陽(yáng)能系統(tǒng)的輔助加熱設(shè)備。本系統(tǒng)將兩項(xiàng)節(jié)能技術(shù)相結(jié)合，實(shí)施后將使熱水系統(tǒng)的常規(guī)能源消耗降至最低，為奧運(yùn)村及奧運(yùn)場(chǎng)館的建設(shè)提供借鑒。

　　4 結(jié) 語(yǔ)

　　熱管作為一種高效的換熱元件，具有結(jié)構(gòu)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(jié)能領(lǐng)域的研究應(yīng)用越來(lái)越受到關(guān)注。相關(guān)的研究結(jié)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(qiáng)化，基于熱管換熱器的各種熱利用裝置的熱力性能及運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性也必將逐步提高，在建筑節(jié)能領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)摿�和廣闊的應(yīng)用前景[6]。

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