熱管技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用

1、建i殳科技總第125期熱管技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用術(shù)鐵燕羅會龍(昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，昆明，650224)摘要：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)域得到了廣泛的應(yīng)用。重點(diǎn)介紹了熱管技術(shù)在暖通空調(diào)及太陽能利用領(lǐng)域的應(yīng)用，并以昆明地區(qū)為例分析了熱管式太陽能熱水器的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。提出了制約熱管換熱器推廣應(yīng)用的主要問題，并對熱管技術(shù)的前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：熱管；建筑節(jié)能；太陽能；暖通空調(diào)0引言目前，我國建筑能

2、耗約占國家總能耗的20～30％。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，建筑能耗持續(xù)增長，給能源、電力和環(huán)境帶來巨大的壓力。目前，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。本文結(jié)合國內(nèi)外熱管在建筑節(jié)能中的應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了熱管在建筑節(jié)能應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn)及存在的主要問題，并展望了其應(yīng)用前景。1熱管的工作原理如圖1所示，典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。制作熱管時將管內(nèi)抽成13(101~104)Pa的真空

3、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后加以密封。目前較為常見的熱管工作流體主要有氨、水、丙酮及甲醇等。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)

4、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?；跓峁艿膫鳠嵩恚c其它換熱器相比，熱管具有以下基本特性：作者簡介：鐵燕，(1985一)，女，昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院碩士研究生，主要從事太陽能光熱利用及暖通空調(diào)節(jié)能方面的研究。收稿日期：2008年5月27日(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

5、。熱管運(yùn)行過程中，內(nèi)腔蒸汽處于飽和狀態(tài)。由于飽和蒸汽從蒸發(fā)段流向冷凝段生的壓降很小，根據(jù)Clausuis—Clapeyron方程式可知，其溫降亦很小。(3)熱二極管性。熱管通過工質(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。蒸汽液體圖1熱管的基本結(jié)構(gòu)2熱管技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用建筑節(jié)能是在滿足建筑室內(nèi)熱舒適性和健康的人居環(huán)境的前提下，通過建筑設(shè)計及改善建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，并充分利用自然能，使建筑能

6、耗最小化的科學(xué)技術(shù)手段。目前，熱管在暖通空調(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)用維普資訊2008年第12期熱管技術(shù)在建筑節(jié)能中的應(yīng)用圖2青島山水名苑游泳池太陽能熱水系統(tǒng)(2)大連太陽大廈太陽能中央熱水系統(tǒng)本項目采用580m熱管真空管太陽集熱器，傾斜450安裝于建筑屋頂，日產(chǎn)熱水量50噸。太陽能熱水系統(tǒng)采用電熱鍋爐輔助加熱。(3)北京月壇體育中心綜合訓(xùn)練館熱水及泳池加熱本項目為中國科學(xué)院奧運(yùn)科技示范

7、項目。太陽能集熱器與建筑屋頂結(jié)合水平安裝，總集熱面積800m，供應(yīng)訓(xùn)練館每日30噸的衛(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)組作為太陽能系統(tǒng)的輔助加熱設(shè)備。本系統(tǒng)將兩項節(jié)能技術(shù)相結(jié)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(yùn)村及奧運(yùn)場館的建設(shè)提供借鑒。3熱管節(jié)能技術(shù)效益分析現(xiàn)以昆明地區(qū)為例，以電加熱熱水器為參照，對熱管式真空玻璃管太陽能熱水器進(jìn)行節(jié)能和經(jīng)濟(jì)效益和社會效益分析。31熱管式真空玻璃管太陽能熱水器費(fèi)用分析太陽

8、能熱水器的總成本包括初裝費(fèi)和運(yùn)行費(fèi)用，即熱水器的設(shè)備費(fèi)、安裝費(fèi)、易損件更新費(fèi)和維修費(fèi)。以5818m20支的熱管型太陽能熱水器(熱水箱水量為i60L)為例，其初始投資包括熱管式太陽能熱水器5000元，安裝費(fèi)80元，零配件200元，合計5280元。32熱管式真空玻璃管太陽能熱水器的年收益太陽能為非商品能源，其價值不能直接確定，只能用能源替代的方法來計算。下面以電加熱的成本來計算太陽能熱水器的年收益。太陽能熱水器全年可提供熱水的熱量Q為：Q=

9、EABn一(i)圖3大連太陽大廈太陽中央熱水系統(tǒng)圖4北京月壇體育中心綜合訓(xùn)練館太陽能熱水系統(tǒng)式(1)中，E一太陽輻射年總量，kJ／m，p一太陽輻射的年利用系數(shù)，A一太陽能熱水器的集光面積(5818m20支型號的熱水器A=21m)，T]太陽能熱水器的熱效率。太陽能熱水器的年收益B(HH每年節(jié)約的電費(fèi))由下式計算：R—QEpJ——一T1。式(2)中，EI廠當(dāng)?shù)仉妰r，X：／kWh，T1r電加熱器的效率，％。在昆明地區(qū)，取E=5461X10KJ

10、／Ill。，p一80％，T]。=55％，T]。=90％，ED一080元／(kWh)，則熱管型太陽能熱水器的年收益約為124604元。33投資回收期熱管型太陽能熱水器的年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用按下式計算：C=Ptx(3)式(3)中，P一熱管型太陽能熱水器的初投資，(元)。0c～熱管型太陽能熱水器的年運(yùn)行維護(hù)系數(shù)，(％)。取0c一1％，則熱管型太陽能系統(tǒng)的年運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用為528元。熱管型太陽能熱水器的投資回收期n由下式計算：lg(B—c)一lg(B—