經過30年的發展,熱管技術已經進入實用階段。它具有許多其他傳熱技術所不具備的吸引力:優異的傳熱效率和可靠性、隔離性、低阻力、體積小、可控性和回元分離等獨特優勢。因此,熱管技術在越來越廣泛的領域獲得了卓有成效的應用。我國熱管技術在化工、建材、冶金、動力工程、生物工程等領域的應用處於國際領先地位,在采暖空調領域的應用也發展迅速。可持續發展已經成為整個社會的發展方向。采暖空調是能源消耗大戶,其技術的發展自然會走可持續發展的道路。由於熱管技術優良的傳熱性能已被廣泛應用於余熱、廢熱、太陽能、地熱能等低品位能源的回收利用,成為實現低能耗、高效率、冷熱源多樣化、綠色空調的實用技術基礎之壹。它在實現人與自然的和諧共處和可持續發展方面具有廣闊的發展前景。
雙熱管技術的幾個特點
與常規換熱器相比,以熱管為傳熱單元的熱管換熱器具有許多獨特的優點:
2.1傳熱效率高。
由於熱管換熱器以熱管為傳熱單元,熱管具有較高的導熱系數,與銀、銅、鋁等金屬相比,單位重量的熱管可以多傳遞幾個數量級的熱量。熱管換熱器的效率往往能達到80%以上,能有效利用工業余熱、太陽能、地熱能等幾乎無限的、各種低品位能源,回收采暖空調系統供回風溫差小的熱能。
2.2熱管壁溫度可調性
熱管壁的溫度可以調節,這在低溫余熱回收或熱交換中非常重要,因為通過適當的熱流變換,可以將熱管壁的溫度調節到低溫流體的露點以上,從而防止露點腐蝕,保證設備的長周期運行。
熱管壁溫度的可調節性對於供暖和空調系統具有另壹個意義。在供回風系統中,通過調節壁溫,使冷端溫度低於冷流體的露點溫度,既能回收顯熱,又能增強除濕,降低潛熱負荷,從而大大提高采暖空調系統的效果。
2.3恒溫特性
可變熱管(VCHP)的開發可以實現變工況下冷熱源的恒溫特性,不僅可以在熱負荷或熱源溫度變化較大時保持冷凝段或熱沈的溫度不變,還可以成功地用於熱負荷或熱沈溫度變化時保持熱管或熱源溫度不變。熱管的這種特性使其在采暖空調工程中顯示出其他換熱方式所不具備的吸引力。例如,汽車排放的廢氣加熱乘員艙,熱源的熱負荷和排氣溫度隨汽車工況變化很大,但要求冷凝段或熱沈的溫度保持不變。熱管液體控制技術可以解決這個問題。
2.4適應性強
冷熱段的結構和位置靈活,可以實現匯源的分離。熱管構成的熱交換設備的受熱部分和放熱部分的結構設計和位置安排非常靈活。匯源的分離距離可以根據實際需要和所采用熱管的性能來確定,可以從幾十厘米到100米,可以實現冷熱流體的零泄漏。特別適用於采暖空調工程中有毒環境的余熱和余熱回收。
此外,熱管換熱器還具有安全可靠、阻力小、單向導熱(熱二極管)的特點。熱管換熱器幾乎沒有機械障礙,是二次壁換熱。壹般熱管不會在蒸發段和冷凝段同時被破壞,設備運行的可靠性大大增強。熱管換熱器非常適合於回收各種連續生產過程中的余熱,作為采暖空調工程的熱源。熱二極管原理在太陽能、地源能源利用和空調系統熱回收工程中具有非常重要的應用價值。
三熱管技術在供暖空調工程中的應用
熱管從1964開始在美國正式發明。經過30多年的發展,熱管傳熱技術因其具有許多常規傳熱技術不具備的獨特優勢而得到廣泛應用。應用的重點從航天轉向地面,從工業應用轉向民用產品。經過20多年的努力,我國熱管技術的工業應用已達到國際先進水平,在采暖空調領域的應用也取得了長足的進步[4 ~ 8]。
3.1利用熱管技術回收熱能的通風與空調工程
商業建築和公共機構建築壹般都有大功率通風系統。從室外進來的新鮮空氣首先經過處理,使其溫度和濕度在設計規定的範圍內,然後不斷更換從建築結構中排出的調節空氣。在這個空氣置換過程中,能量消耗是相當大的。因此,采用某種方法回收空調設備排風中的熱能具有很大的經濟效益。熱管換熱器具有高效、隔離性能和熱二極管功能等特點,非常適合回收空調排風中的熱能。
如果空調系統的新風量按送風量的30%考慮,分體式熱虹吸熱管冷熱回收裝置可節能7%以上。實驗表明,只要冷熱空氣溫差超過3℃,就可以回收能量。據此,我國上海、南京等長江中下遊地區夏季空調冷回收時間可達1500h以上。根據氣象參數,設備的初期投資成本可在三年內收回。