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【中玻網】全玻璃真空太陽能集熱管(以下簡稱真空集熱管)是當前我國太陽能光熱領域產量非常大,使用較廣,節能效果較突出的太陽能熱水系統的核心基礎元件。它的性能好壞,直接關系到熱水器的熱性能。目前,國內生產真空集熱管的廠家與品牌眾多,技術水平參差不齊,價格高低懸殊,宣傳口徑也很不一致。那么,怎樣判斷真空集熱管的性能好壞呢?
國家質量監督檢驗檢疫總局與國家標準化管理委員在2005年5月25日聯合發布了新的國家標準《全玻璃真空太陽集熱管》(GB/T17049-2005)。新標準自2005年11月1日開始實施,從而取代了1997年發布,已經實施達8年之久的舊標準(GB/T17049-1997)。因此,我們判斷真空集熱管的性能優劣,只能以新發布的國家標準為依據。新舊標準相比,主要技術內容變化有:
——提高了真空集熱管及其材料的光熱性能指標
——增加了罩玻璃管直徑為規格的真空集熱管的技術規定
——增加了真空集熱管的真空品質檢驗
——增加采用鋼球進行機械沖擊試驗
1、太陽透射比
新國標中規定的玻璃管材料的太陽透射比τ≥0。89(AM1。5)。這是針對名為“硼硅玻璃3。3”的一種高硼硅玻璃材料的理化性能指標。
“硼硅玻璃3。3”的平均線熱膨脹系數α(20℃~300℃)=(3。3±0。1)×10-6K-1。我們習慣把它稱為“硼硅玻璃3。3”。用“硼硅玻璃3。3”制作的玻璃管,其太陽透射比τ≥0。89(AM1。5)。“AM1。5”即大氣質量為1。5。
所有制作真空集熱管的廠家,都會說自己使用的原材料是“硼硅玻璃3。3”。但是,如果制作真空集熱管的玻璃不是“硼硅玻璃3。3”,或是其含有過多的其他元素(如鐵),玻璃顏色就會帶有其他顏色(如綠色)。這樣的玻璃材料制作出的真空集熱管,太陽透射比會大大低于0。89(AM1。5),因而嚴重影響集熱管的熱性能。
2、太陽吸收比與半球發射比
太陽吸收比與半球發射比是對太陽選擇性吸收涂層的技術要求。
新國標規定:吸收涂層的太陽吸收比α≥0。86(AM1。5),與舊國標相同。半球發射比εh≤0。080(80℃±5℃),比舊國標(0。09)降低了0。01;對于真空集熱管來說,既要有較高的太陽吸收比,還要有很低的發射比,集熱管的熱效率才會得以提高。因此,這是兩個較為重要的參數。
目前,我國制作真空集熱管普遍采用的仍然是多層鋁-氮/鋁太陽選擇性吸收涂層制造技術。這一技術是清華大學殷志強教授和他的同事們于1984年發明,1985年申報國家專利,1987年獲得批準的(專利號:ZL851001424)。
這一技術的基本原理是在鍍膜機內,設置單圓柱鋁靶的磁控濺射系統。鍍膜機內一次裝載數十只作為集熱管內管的玻璃管,在“行星”機構傳動下,玻璃管做公轉與自轉。立式圓柱鋁靶在中心位置,在氬氣中非反應濺射沉積鋁底層,再注入流量可控的氮氣,制備多層鋁─氮復合薄膜材料作為吸收層。
這一被稱為漸變鋁-氮、鋁太陽選擇性吸收涂層的制造技術,其太陽吸收比可達0。93,發射比約0。05(80℃)。這是世界上靠前次只采用一種金屬材料,既制備金屬底層又制備復合薄膜材料的選擇性吸收涂層。清華陽光公司利用此項技術生產的曬樂牌紫金系列真空集熱管,經國家輕工業玻璃產品質量監督檢驗中心檢驗,其太陽吸收比α=0。95(AM1。5);半球發射比εh=0。050(80℃±5℃)。
殷志強教授發明的漸變鋁-氮、鋁太陽選擇性吸收涂層的制造技術所需的真空設備比較簡單,工藝控制更為方便,容易在大面積上獲得均勻一致的選擇性吸收涂層。因此,這一研究成果迅速推動了我國太陽能光熱利用的發展,同時受到國內外的廣泛關注,獲得了較高的評價。2005年,殷志強教授在世界太陽能大會上榮獲“維克斯實業成就獎”和中國發明協會頒發的“發明創業獎”特等獎,并被授予“當代發明家”榮譽稱號。
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