1 热管的工作原理

　　热管以其传热系数高、传热温差小及热二极管性等优点在建筑节能领域得到了较广泛的应用。典型的热管由管壳、吸液芯等组成。制作热管时将管内抽成1.3×（10-1～10-4）Pa的真空后充以适当的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体（氨、水、丙酮及甲醇等）后加以密封。热管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据具体的应用场合在蒸发段与冷凝段中间布置适当的绝热段。当热管的蒸发段端受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向冷凝段，被凝结成液体而放出热量，冷凝后的液体沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环往复，热量从热管的蒸发段传至冷凝段。如蒸发段在下而冷凝段在上，则冷凝后的液体工质可在重力的作用下自动流回蒸发段，因而不需要吸液芯，该类热管通常称之为重力热管[1]。

　　基于热管的传热原理，与其它换热器相比，热管具有以下基本特性

　　（1）优良的导热性。热管借助工作液体的气液相变传热，热阻很小。因而热管的导热性能优良，热流密度高。

　　（2）传热温差小。热管运行过程中，内腔蒸汽处于饱和状态。由于饱和蒸汽从蒸发段流向冷凝段产生的压降很小，根据Clausuis2Clapeyron方程式可知，其温降亦很小。

　　（3）热二极管性。热管通过工质的相变进行换热，因而热量只能从热管的蒸发段传往冷凝段，因而具有优良的热二极管性。

　　2 热管技术在建筑节能中的应用

　　建筑节能要求充分利用自然能源，使建筑能耗处于最小化。目前，热管技术在暖通空调系统、可再生能源利用等方面均有较广泛的应用。

　　2.1 热管在暖通空调系统中的应用

　　2.1.1 空调排风余热/余冷回收热管换热装置

　　热管换热装置可有效回收空调排风余热/余冷。目前板式和转轮式能量回收空调虽然热交换效率值较高，但板换及转轮易堵塞、不易维修，且存在空气交叉污染等不利因素。热管式能量回收空调机组能有效地避免上述弊端，其新风换气系统更具有独特优势。在冬季运行时，新风先由热管冷凝段预热后再进入空调器内处理后送入室内，而室内回风经过热管蒸发段放热后再排出室外，从而使排风余热得以回收，减少了空调器负荷；夏季运行时，新风先经过热管蒸发段预冷后，再与室内部分回风混合，提高空调系统制冷能力和除湿能力，可实现降低空调能耗、提高室内空气品质的双重功能[2] .

　　2.1.2 真空热管供热系统

　　真空热管采暖系统内部注入一种无毒无味的热管超导液，系统在真空状态下工作[3].超导液在蒸发段受热蒸发成气体，通过管路传至散热器，释放出液化潜能，冷凝成液体流回到锅炉本体。真空热管采暖系统的传递效率可达90%.与普通热水供暖系统相比，真空热管供暖系统具有以下特点

　　①对于同样的热负荷，真空热管供热时所需的介质质量流量要比热水流量少得多。散热器中的热媒供回温差与室内温差较大，可以大大节省散热设备的面积。

　　②超导液受热气化后，热惰性小，凝固点低（-40℃以下），因而冬季可防冻，非常适宜于间歇供暖系统。

　　③超导介质具有可随室外气温调节锅炉运行温度的优点，最低运行温度可达45℃。

　　④系统运行成本低，无需补水。

　　2.1.3 自然通风热/冷回收热管换热装置

　　对于竖井通风的自然排风系统，如安装常规换热器，有可能由于压力损失过大而导致通风失败。由于热管换热器具备优良的传热性能和灵活的结构形式，因而能够在竖井风道自然排风系统得到有效利用。实验表明，在风道风速0.5m/s，热回收效率50%的情形下，热管换热器引起的压力损失约为1Pa.热管换热器应用在自然排风系统的能源回收时，其整体性能受管外翅片形式、热管排列方式、管排数量、气流速度等多种因素的相互制约。随风速的提高，热管换热器热交换效率降低而阻力增大[4]。

　　2.2 热管在太阳能热利用领域的应用

　　热管所具有的高导热性、热二极管性等诸多优良性能使其在太阳能热利用中得到了广泛的应用。

　　2.2.1 热管式太阳能热水系统

　　热管式太阳能集热器作为新一代太阳能集热元件，在太阳能热水器领域得到了广泛的应用，其中应用最为普及的是平板式热管集热器。平板式热管太阳能热水器采用热管的蒸发段代替普通平板集热器中的吸热板，太阳辐射能被集热板吸热传给热管蒸发段。热管的冷凝段置于蓄热水箱中，来自蒸发段的高温热管工质蒸气在冷凝段冷凝，冷凝热释放于热水箱中。热管蒸发段带集热翅片，并镀有光谱选择性吸收涂层，以增加系统的集热性能。与普通的太阳能热水器相比热管式太阳能热水器具有以下优点

　　①启动快，传热元件可将收集的太阳辐射能迅速传递到水箱。

　　②日平均热效率可达60% ，高于普通的太阳能热水器。

　　③集热器真空管与水分离，在- 40℃的低温状态也不会冻裂，适合严寒地区使用。

　　④集热器真空管内无水，避免了真空管内的结垢问题；此外，少量真空管损坏，热水器亦可正常运行。

　　⑤可防止夜间和阴雨天的倒流散热现象，有利于提高系统热效率。

　　2.2.2 热管式高温太阳能集热器件

　　目前，热管换热器在太阳能高温集热方面也有一定的应用。在太阳能电站的太阳能吸收塔、高温聚焦器，利用高温热管束作为太阳辐射能吸收器。太阳辐射反射镜将太阳能辐射能集中于吸收塔或高温聚焦器，热管束吸收器吸收热量后传给热力循环工质液体，热力循环工质液体被加热后驱动热力发电机组，从而实现太阳能热电转换。

　　3 工程应用实例

　　热管式太阳能热水系统在工程中已有许多成功案例。图2为青岛山水名苑游泳池太阳能热水系统，该系统采用550 ㎡ 水平式热管真空管太阳集热器，供应游泳池淋浴热水并对游池加热。集热器与建筑玻璃采光屋顶结合，水平安装于屋顶的四周，具有良好的视觉效果，并且融入建筑围护结构之中，减少了建筑屋面得热。

　　大连太阳大厦太阳能中央热水系统和北京月坛体育中心综合训练馆太阳能热水系统。前者采用580㎡ 热管真空管太阳集热器，倾斜45°安装于建筑屋顶，日产热水量50 t.太阳能热水系统采用电热锅炉辅助加热。后者为中国科学院奥运科技示范项目。太阳能集热器与建筑屋顶结合水平安装总集热面积800 ㎡ ，供应训练馆每日30 t的卫生热水，剩余热量为游泳池加热。系统设空气源热泵机组作为太阳能系统的辅助加热设备。本系统将两项节能技术相结合，实施后将使热水系统的常规能源消耗降至最低，为奥运村及奥运场馆的建设提供借鉴。

　　4 结 语

　　热管作为一种高效的换热元件，具有结构紧凑、体积小、换热器进出口压降低及无需消耗辅助动力等优点，在建筑节能领域的研究应用越来越受到关注。相关的研究结果表明，基于热管换热器的各种热利用装置在余热/余冷回收利用及太阳能高效收集等方面均具有较大的优越性。并随着金属管材与液体工质相容性性能的改善及热管换热性能的不断强化，基于热管换热器的各种热利用装置的热力性能及运行经济性也必将逐步提高，在建筑节能领域具有很大的发展潜力和广阔的应用前景[6]。

　　参考文献

　　[1]庄 骏，张 红。热管技术及其工程应用[M]. 北京：化学工业出版社

　　[2]张景玲，万建武。热管式空调机组在空调系统的节能应用研究广州大学学报

　　[3]黄文胜，罗清海，汤广发。热管技术与建筑节能一热管节能应用[J]. 能源工程

　　[4]庄 深，顾平道，李英娜。热管换热器在宾馆实验排风能量回收中的经济分析[J]. 制冷与空调

　　[5]李景丽。热管技术及其在供暖系统中的应用[J]. 制冷与空调

　　[6]朱高涛，刘正华。微型热管技术的研究现状与发展[J]. 制冷与空调