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1、怎样判断全玻璃真空太阳集热管的性能好坏编写人：宋彩功全玻璃真空太阳集热管(以下简称真空集热管)是当 前我国太阳能光热领域产量最大，使用最广，节能效果最突 出的太阳热水系统的核心基础元件。它的性能好坏，直接关 系到热水器的热性能。目前，国内生产真空集热管的厂家与 品牌众多，技术水平参差不齐，价格高低悬殊，宣传口径也 很不一致。那么，怎样判断真空集热管的性能好坏呢？国家质量监督检验检疫总局与国家标准化管理委员在 2005年5月25日发布了新的国家标准全玻璃真空太阳集 热管(GB/T 17049-2005)。新标准自2005年11月1日 开始实施，从而取代了 1997年发布，已经实施达8年之久 的旧
2、标准(GB/T 17049-1997)。因此，我们判断真空集热 管的性能优劣，只能以新发布的国家标准为依据。新旧标准相比，主要技术内容变化有：提高了真空集热管及其材料的光热性能指标；增加了罩玻璃管直径为58mm的真空集热管的技术规 定；增加了真空集热管的真空品质检测；增加采用钢球进行机械冲击试验；本文仅以全玻璃真空太阳集热管(GB/T 17049 2005) 为基础，结合自己的学习心得及实践，与同行和广大用户交 流。为说明问题，文中列出清华阳光公司生产的真空集热管 参数作为参考。、新国标中有关材料性能的规定(见附表一、附表二)：附表一：新旧国标关于集热管材料性能的几个参数材料性能检测项目(玻璃
3、管材 料)太阳透射比(AM1.5)(太阳选择性吸 收涂层)太阳吸收 比(AM1.5)(太阳选择性吸收涂层)半球发射比(80 C 5 C)GB/T 17049 1997t 0.89a 0.86 0.89a 0.86 0.89(AM1.5)。这是针对名为硼硅玻璃3.3”的一种高硼硅玻璃 材料的理化性能指标。硼硅玻璃3.3”的平均线热膨胀系数a (20C300C)=(3.30.1) X10-6K-1。我们习惯把它称为硼硅玻璃3.3”。用 硼硅玻璃3.3”制作的玻璃管，其太阳透射比t 0.89(AM1.5)。“AM1.5”即大气质量为 1.5。所有制作真空集热管的厂家，都会说自己使用的原材料是 硼硅玻
4、璃3.3”。但是，如果制作真空集热管的玻璃不是硼 硅玻璃3.3”，或是其含有过多的其他元素(如铁)，玻璃颜 色就会带有其他颜色(如绿色)。这样的玻璃材料制作出的 真空集热管，太阳透射比会大大低于0.89 (AM1.5)，因而 严重影响集热管的热性能。2、太阳吸收比与半球发射比太阳吸收比与半球发射比是对太阳选择性吸收涂层的技术 要求。新国标规定：吸收涂层的太阳吸收比a 0.86 (AM1.5), 与旧国标相同。半球发射比sh 0.080 (80C5C),比旧国标(0.09)降低了 0.01；对于真空集热管来说，既要有较高的 太阳吸收比，还要有很低的发射比，集热管的热效率才会得 以提高。因此，这是
5、两个极为重要的参数。目前，我国制作真空集热管普遍采用的仍然是多层铝一歓 铝太阳选择性吸收涂层制造技术。这一技术是清华大学殷志 强教授于1984年发明，1985年申报国家专利，1987年获得 批准的(专利号：851001424)。这一技术的基本原理是在镀膜机内，设置单圆柱铝靶的磁 控溅射系统。镀膜机内一次装载数十只作为集热管内管的玻 璃管，在行星”机构传动下，玻璃管做公转与自转。立式圆 柱铝靶在中心位置，在氩气中非反应溅射沉积铝底层，再注 入流量可控的氮气，制备多层铝一氮复合薄膜材料作为吸收这一被称为渐变铝一氮/铝太阳选择性吸收涂层的制造技术，其太阳吸收比可达0.93，发射比约0.05 (80C
6、)。这是 世界上第一次只采用一种金属材料，既制备金属底层又制备 复合薄膜材料的选择性吸收涂层。清华阳光公司利用此项技 术生产的晒乐牌紫金系列真空集热管，经国家轻工业玻璃产 品质量监督检测中心检测，其太阳吸收比a = 0.95 (AM1.5)； 半球发射比 sh = 0.050 (80C5C)；殷志强教授发明的渐变铝一氮/铝太阳选择性吸收涂层的 制造技术所需的真空设备比较简单，工艺控制更为方便，容 易在大面积上获得均匀一致的选择性吸收涂层，并且撰写了 较详细的科技论文。因此，这一研究成果迅速推动了我国太 阳能光热利用的发展，同时受到国内外的广泛关注，获得了 较高的评价。2005年，殷志强教授在世
7、界太阳能大会上荣获 维克斯实业成就奖”和中国发明协会颁发的发明创业奖”特 等奖，并被授予当代发明家”荣誉称号。目前，国内还出现了使用铝、不锈钢、铜三靶镀膜的技术。 这种镀膜技术生产的选择性吸收涂层被称为干涉型吸收涂 层，生产出的选择性吸收涂层具有较高的太阳吸收比和低的 发射比，但由于设备结构复杂，阴极材料利用率低，性能与 单靶多层膜又无明显差别，且价格较高。因此，其夸大宣传 远远大于实际的使用效果。市场上，一些经销商提出的所谓 干涉型膜淘汰渐变型膜工艺”，纯属无稽之谈。实际上，渐变铝一氮/铝太阳选择性吸收涂层或其他选择性 吸收涂层中的层与层之间，同样存在着干涉这一自然现象， 原理上是相同的，只
8、是强调点不一致而已。当选择性吸收涂层中的吸收层是由两个次层组成时，由于 干涉效应，该涂层呈现蓝颜色，说是蓝宝石”色，听起来好 听。从物理上看，由于在可见光的短波段，该涂层的反射较 大，因而出现了蓝颜色。想不作成蓝颜色，倒是困难的。如 果蓝颜色发亮，反射就更大。因此，这种涂层的性能可能不 达标。蓝紫或墨绿偏黑的多层铝一氮/铝太阳选择性吸收涂层 可具有更高的太阳吸收比。太阳能光谱范围在0.303.0mm，这是一个相当宽的波长 范围。在这么宽的波长范围内，人们肉眼能看到的可见光谱 的波长范围在0.40.7mm,它是太阳能光谱中辐射较强的一 段，也是决定选择性吸收涂层颜色的一段光谱。当我们看到 世界上
9、著名的生产玻璃一金属结构真空集热管的英国 Thermomax公司产品时，组成真空管集热器的真空管中的吸 热体条带颜色有蓝有紫，色泽发暗，表示可见光范围的平均 反射比较低，太阳吸收比较高。人的眼睛对颜色是非常灵敏 的。因此我们在选择真空集热管时，不要过多注意它略有的 颜色差异，实际上只要发暗，就表示在可见光段的涂层的吸 收很好。3、集热管材料性能文字表述部分（参见附表二）附表二：新旧国标关于集热管材料性能的对比（文字表述部分）材料性能检测项目抗机械冲击（文字表 述部分）结石、节瘤数量（文字表述部分）GB/T 17049 1997应在径向尺寸不大 于25mm的冰雹袭 击下无损坏玻璃管上1mm以下的
10、结石不 得密集，即10 mmx10mm范 围内不得多于1个；整支管 子上，1.0mm1.5mm结石不 得多于2个。玻璃管上1mm以下的节瘤不 得密集，即10 mmx10mm范 围内不得多于2个；整支管 子上，不大于2.5mm的节瘤 不得多于5个。GB/T 170492005应承受直径30mm的钢球，于高度450mm处自由落 下，垂直撞击集热玻璃管上不大于1mm的结石不得密集，即10 mmx10mm范围内不得多于1个，整支管子上不得多于5个，结石管中部而无损坏。周围不得有裂纹，大于1mm 的结石不允许存在。玻璃管上不大于1.5mm的节 瘤不得密集，即10 mmxlOmm范围内不得多于 两个；整支
11、管子上，不大于 2.5mm的节瘤不得多于5个, 大于2.5mm的结瘤不允许存 在。清华阳光速乐管合格合格清华阳光晒乐管合格合格清华阳光紫金管合格合格附表二中列出了新旧国标有关玻璃管材料性能的抗机 械冲击和结石、节瘤的规定与对比。值得指出的是旧国标中 关于抗机械冲击用应在径向尺寸不大于25mm的冰雹袭击 下无损坏”的描述，被更加科学，更加准确的应承受直径 30mm的钢球，于高度450mm处自由落下，垂直撞击集热管 中部而无损坏所取代。这实际上是对玻璃管的强度提出了更 高的要求。一些集热管厂家为了降低成本和售价，以较薄的玻璃原材 料制作集热管，虽然每吨集热管能多出几十只集热管，但却 是以牺牲集热管
12、强度为代价的。生产厂家应当明确，如果不 能承受直径30mm的钢球，于高度450mm处自由落下，垂 直撞击集热管中部而无损坏。这样的集热管，实际上是不 合格的。、新国标中有关热性能的参数（见附表三）附表三：真空集热管热性能参数表集热性能参数空晒性能参数太阳辐照度GN800W/m2环境温度8 Ct800W/m2环境温度8Ct30Ca平均热损系数GB/T 17049 1997Y N175m2C/kWH 3.8MJ/m2oU LT_0.90W/(m2xC)GB/T 17049 Y N190m2CH 3.7MJ/m2。U 190m2C/kW。空晒性能参数在一定程度上表示集热性能 的高低。空晒性能参数Y值大于或等于190m2C/kW，方为 合格，Y值越大越好。现在市场上有些品牌的集热管吹嘘自己空晒温度不低于400。这种连标称单位都不正确的参数，只能说明这个数 值可能没有经过正规检测单位的科学测量，或是根本就不明 白空晒性能参数Y的实际含义。因为，即使采用CPC聚光 器空晒时，集热管内温度也达不到400C。2、闷晒太阳辐照量定义：充满真空集热管的水的温度升高一定温度范围所需 的太阳辐照量。新国标规定：罩玻璃管外经为47mm，太阳辐照度 GN800W/m2,环境温度8Ct 30C,真空集热管以水为传热工a质，初始
