摘 要：本文介紹了一種新型的太陽能集熱系統——水平熱管真空管集熱器的結構和獨特特點，水平熱管真空管集熱器既可以達到與建筑的完美結合，又不降低系統的能效，前景廣闊。
關鍵詞：建筑一體化 水平熱管真空管集熱器 系統能效
0 引言
隨著節能和環保意識的增強，以及市場發展的需要，太陽能在建筑節能方面的應用越來越受到重視，太陽能與建筑一體化更是提上了日程，人們越來越重視太陽能產品與建筑結合的美觀性和能效性。
近年來太陽能與建筑結合的方式出現了多種多樣，從最初簡單的太陽能熱水器串并聯分布發展到集熱器陣列、集熱單元模塊化、標準化。陽臺分體式，天窗分體式、集分式，無水箱式等諸多的結合方式，使集熱器與建筑渾然一體，受到用戶和開發商的歡迎。
但在現在的太陽能建筑一體化中，太陽能產品結合建筑的美觀性和能效性存在著一定的矛盾，如果追求與建筑的有機結合以達到更為美觀的效果，那么在能效上就必然會有一定的犧牲。比如平時應用的平板集熱器，很多企業習慣于把其整合到陽臺的護欄上，那么陽光的直射率就必然會降低。諸如此類的問題很多。想要能夠使太陽能產品和建筑進行更好的結合，必然要在這些方面多做功課。
為了實現太陽能與建筑一體化，避免太陽能熱水系統能效降低，北京市太陽能研究所集團有限公司最近研制、生產出了一種既可以水平安裝，能效又不降低的新型水平熱管式太陽能集熱系統，并已成功地應用于多個項目。
1 新型水平熱管式集熱系統
熱管是利用工質的汽化潛熱高效地傳遞熱能的強化傳熱元件，其傳熱系數比相同幾何尺寸的金屬棒的導熱系數大幾個數量級。
水平熱管式真空管的外形尺寸為ф100×2000mm，它主要由熱管、吸熱板、玻璃管、金屬端蓋和消氣劑等部件組成，其結構如圖1所示。
作為高效傳熱元件的熱管由蒸發段和冷凝段兩部分組成。蒸發段與吸熱板緊密連接。吸熱板表面磁控濺射AL-N-AL選擇性吸收涂層，吸收比大于0.93，發射率小于0.08。先進的熱壓封技術應用于玻璃-金屬之間的封接。玻璃管采用高硼硅玻璃，透射比大于0.90。
太陽光透過玻璃管，照射在吸熱板上，高吸收比的太陽選擇性吸收膜將太輻射能轉化為熱能。吸熱板吸收的熱量迅速將熱管內少量工質汽化，被汽化的工質上升到熱管冷凝端向被加熱的工質（水或空氣）放出汽化潛熱后，冷凝成液體，下流回熱管蒸發端，利用熱管內少量工質的汽—液相變循環過程，連續地將吸收的太陽輻射能傳遞到冷凝端加熱工質[1]。
水平熱管真空管集熱器結構和普通的熱管真空管集熱器類似，由真空管、集管和保溫盒等部件組成，如圖2所示。
經國家太陽能熱水器質量監督檢驗中心（北京）檢測，水平熱管式真空管集熱器的熱性能和瞬時效率曲線都高出國家標準要求，瞬時效率方程（基于集熱器采光面積、工質進口溫度）為：
2 產品特點
熱管式真空管太陽能集熱器是北京市太陽能研究所于1994年在國內首先研制成功的，它是金屬吸熱體真空管中的一種，具有一般全玻璃真空管所不及的諸多優點[2]：耐冰凍（真空管內無水）、抗冰雹（采用高強度的硼硅玻璃）、保溫性能好（熱管具有“熱二極管效應”）、承壓能力強（采用金屬吸熱體）、耐熱沖擊性能好（采用金屬吸熱體）、運行安全可靠（真空管與連集管之間采用“干性連接”）等，在國內外市場已得到廣泛的應用。
熱管式真空集熱管中采用的是重力熱管。在較冷的熱管冷凝段內表面上凝結后的液體工質，依靠其自身的重力流回到熱管蒸發段，這也就是說，蒸發段應置于冷凝段的下方。正由于這個原因，在安裝普通熱管式真空集熱管時，要求熱管式真空集熱管與水平面保持一定的傾角（通常在15°以上），從而成為普通熱管式真空管集熱器在使用中的一種局限，而水平熱管式真空集熱管正好克服了重力熱管的這種局限性[3]。
這種水平熱管式真空管太陽能集熱器除具體傳統的重力式熱管集熱器的優點外，還有其獨特的優點：
1）與建筑一體化設計安裝適應性強 ，不會突兀于建筑之上，影響美觀；
2）可以水平安裝，節省空間，可有效增加屋頂面積利用率，盡最大可能提高太陽能保證率；
3）安裝簡單、安全，抗風能力強；
4）安裝成本低廉，不需要三角架等輔助材料和安裝費用；
5）運行可靠，維護簡單，便于維護 ；
6）更適合安裝在低緯度地區，比如海南，避免有角度安裝的集熱器夏天可以使用，到了冬天太陽能照射在另一面而不能使用的情況；
7）集熱管內吸熱板可根據當地緯度調整到合適的角度，這樣既能達到與建筑的完美結合，又不降低系統的能效。
安裝時，集熱器先按東西方向水平放置在平屋面上或南墻面上，然后只需通過繞其軸線轉動真空集熱管，將吸熱板與水平面的夾角調整到所需要的數值（譬如當地緯度），如圖3所示。這樣既可簡化集熱器的安裝支架，又可避免集熱器影響建筑外觀，因而水平熱管式真空管集熱器安裝簡單、運行可靠、節省空間、節省材料、更能滿足建筑一體化要求。
3 產品應用
水平熱管式集熱器已經在很多工程中得到實際應用，并選一典型工程做了測試，集熱系統的日平均效率（基于集熱器總面積）為47.3%～52.5%范圍，太陽能保證率為83.5%～93.5%范圍，達到了較高的水平。圖4是某些工程的安裝實景圖：
