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)點在建筑節(jié)能領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可在重力的作用下自動流回蒸發(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。熱管通過工質的相變進行換熱，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 熱管技術在建筑節(jié)能中的應用

　　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，熱管技術在暖通空調系統(tǒng)、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(tǒng)中的應用

　　2.1.1 空調排風余熱/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，其新風換氣系統(tǒng)更具有獨特優(yōu)勢。在冬季運行時，新風先由熱管冷凝段預熱后再進入空調器內處理后送入室內，而室內回風經過熱管蒸發(fā)段放熱后再排出室外，從而使排風余熱得以回收，減少了空調器負荷；夏季運行時，新風先經過熱管蒸發(fā)段預冷后，再與室內部分回風混合，提高空調系統(tǒng)制冷能力和除濕能力，可實現降低空調能耗、提高室內空氣品質的雙重功能[2] .

　　2.1.2 真空熱管供熱系統(tǒng)

　　真空熱管采暖系統(tǒng)內部注入一種無毒無味的熱管超導液，系統(tǒng)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

　　①對于同樣的熱負荷，真空熱管供熱時所需的介質質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(jié)省散熱設備的面積。

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

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

　　④系統(tǒng)運行成本低，無需補水。

　　2.1.3 自然通風熱/冷回收熱管換熱裝置

　　對于豎井通風的自然排風系統(tǒng)，如安裝常規(guī)換熱器，有可能由于壓力損失過大而導致通風失敗。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，因而能夠在豎井風道自然排風系統(tǒng)得到有效利用。實驗表明，在風道風速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系統(tǒng)的能源回收時，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 熱管在太陽能熱利用領域的應用

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

　　2.2.1 熱管式太陽能熱水系統(tǒng)

　　熱管式太陽能集熱器作為新一代太陽能集熱元件，在太陽能熱水器領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，來自蒸發(fā)段的高溫熱管工質蒸氣在冷凝段冷凝，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。與普通的太陽能熱水器相比熱管式太陽能熱水器具有以下優(yōu)點

　�、賳�動快，傳熱元件可將收集的太陽輻射能迅速傳遞到水箱。

　　②日平均熱效率可達60% ，高于普通的太陽能熱水器。

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

　�、芗療崞髡婵展軆葻o水，避免了真空管內的結垢問題；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(tǒng)熱效率。

　　2.2.2 熱管式高溫太陽能集熱器件

　　目前，熱管換熱器在太陽能高溫集熱方面也有一定的應用。在太陽能電站的太陽能吸收塔、高溫聚焦器，利用高溫熱管束作為太陽輻射能吸收器。太陽輻射反射鏡將太陽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)工質液體，熱力循環(huán)工質液體被加熱后驅動熱力發(fā)電機組，從而實現太陽能熱電轉換。

　　3 工程應用實例

　　熱管式太陽能熱水系統(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能熱水系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用550 ㎡ 水平式熱管真空管太陽集熱器，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。

　　大連太陽大廈太陽能中央熱水系統(tǒng)和北京月壇體育中心綜合訓練館太陽能熱水系統(tǒng)。前者采用580㎡ 熱管真空管太陽集熱器，傾斜45°安裝于建筑屋頂，日產熱水量50 t.太陽能熱水系統(tǒng)采用電熱鍋爐輔助加熱。后者為中國科學院奧運科技示范項目。太陽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(wèi)生熱水，剩余熱量為游泳池加熱。系統(tǒng)設空氣源熱泵機組作為太陽能系統(tǒng)的輔助加熱設備。本系統(tǒng)將兩項節(jié)能技術相結合，實施后將使熱水系統(tǒng)的常規(guī)能源消耗降至最低，為奧運村及奧運場館的建設提供借鑒。

　　4 結 語

　　熱管作為一種高效的換熱元件，具有結構緊湊、體積小、換熱器進出口壓降低及無需消耗輔助動力等優(yōu)點，在建筑節(jié)能領域的研究應用越來越受到關注。相關的研究結果表明，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濟性也必將逐步提高，在建筑節(jié)能領域具有很大的發(fā)展?jié)摿�和廣闊的應用前景[6]。

　　參考文獻

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　　[2]張景玲，萬建武。熱管式空調機組在空調系統(tǒng)的節(jié)能應用研究廣州大學學報

　　[3]黃文勝，羅清海，湯廣發(fā)。熱管技術與建筑節(jié)能一熱管節(jié)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驗排風能量回收中的經濟分析[J]. 制冷與空調

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

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