熱管技術的節能應用

曹磊 徐峰 卞玉俊

摘要：講述了熱管技術的原理、發展歷史、應用情況。結合實際案例，詳細闡釋了熱管技術節能應用的方法、特點以及成效。并據此，對熱管技術的節能應用提出了展望。

關鍵詞：熱管;余熱回收;節能

引言

隨著中國經濟發展步入多元復合轉型的重要戰略機遇期，經濟社會面臨諸多矛盾疊加、風險隱患加劇，黨的十八大將生態文明建設納入了“五位一體”中國特色社會主義總體布局，要求“把生態文明建設放在突出地位，融入經濟建設、政治建設、文化建設、社會建設各方面和全過程”。揚子江藥業集團江蘇龍鳳堂中藥有限公司積極響應中央號召，積極推進節能減排、深化落實供給側結構性改革，力爭建成綠色節能的環境友好型企業。于是，熱管技術在醫藥行業余熱回收項目中的應用案例便應運而生。

1熱管技術簡介

1.1熱管技術的起源與發展

熱管技術是1963年美國洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）國家實驗室的喬治格羅佛（George Grover）發明的一種稱為“熱管”的傳熱元件，充分利用了熱傳導原理與相變介質的快速熱傳遞性質，透過熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導熱能力超過任何已知金屬的導熱能力。熱管技術以前被廣泛應用在宇航、軍工等行業，自從被引入散熱器制造行業，使得人們改變了傳統散熱器的設計、應用思路。

1.2熱管技術的原理

典型的熱管由管殼、吸液芯和端蓋組成。加工時將管內抽成負壓，再充以適量的工作液體，使緊貼管內壁的吸液芯毛細多孔材料中充滿液體，而后加以密封形成一個完整的熱管。管的一端為蒸發段（加熱段），另一端為冷凝段（冷卻段），根據應用需要在兩段中間可設置絕熱段。當熱管的一端受熱時毛紉芯中的液體蒸發汽化，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結成液體，液體再靠毛細力的作用沿多孔材料流回蒸發段（見圖1）。如此循環不已，熱量由熱管的一端傳至另一端。

2.應用案例介紹

2.1項目背景

揚子江藥業集團江蘇龍鳳堂中藥有限公司位于江蘇省泰州市高港區，地處長江之濱，交通便利，四季分明，氣候宜人。為滿足制藥研發、生產、檢驗過程對環境的要求，工廠內常設若干不同潔凈級別的醫藥潔凈室（溫濕度控制標準如下，溫度18-26℃，相對濕度45%-65%），作為藥品的研發、生產、檢驗的場所。與一般區的空調系統相比，潔凈室凈化空調系統中排風系統占據著十分重要的地位。對于凈化空調系統而言，為維持潔凈室環境參數受控，同時提高空氣處理效率、降低空氣處理的用能成本，故需及時將室內的含熱/含濕/被污染的空氣排出潔凈室。

結合凈化空調系統及其排風系統的運行模式可以看出，凈化空調系統排風過程，必然伴隨著相當可觀的熱能的浪費。以冬季運行模式為例，潔凈室內環境溫度一般維持在22℃左右，而泰州地區冬季平均氣溫約2-5℃，為維持潔凈區內環境溫濕度持續受控，室外空氣在送入潔凈室內前，必須經過過濾、加熱處理，與此同時，潔凈室內排出的空氣卻也在22℃左右，排風的過程帶走了大量的熱能。針對上述情況，項目組研究決定，探索高效、適用的節能技術裝備，對潔凈室排風中的余熱進行回收利用。

2.2項目實施

2.2.1方案選定

項目組成員群策群力，通過頭腦風暴法初步選定了四種市場上常見的熱能回收方式：分體式熱管熱回收、一體式熱管熱回收、熱輪式熱回收、板式換熱器。通過調閱案例資料分析、現場勘查研究，對上述四種熱能回收技術的結構形式、換熱效率、空氣壓力損失、氣體交叉污染情況等特點進行了綜合評價，評價結果如表1所示。

由表1可以得出，分體式熱管熱回收、一體式熱管熱回收技術節能效果更好，綜合表現更加占優。結合現場勘查情況，排風設備與空調機箱相隔近60米，且空調機房內安裝空間有限，但是一體式熱管熱回收設備對于現場安裝空間要求較高。綜上所述，項目組成員一致研究決定采用分體式熱管熱回收技術進行此次的節能改造。

2.2.2具體實施方案

該熱管熱回收系統（如圖2所示）共包含新風段和排風段兩部分：（1）新風端：新風送風靜壓箱（內含熱管換熱器），將新風送風靜壓箱安裝在新風口;（2）排風端：排風送風靜壓箱（內含熱管換熱器）。將排風送風靜壓箱安裝在排風口。新風送風靜壓箱和排風送風靜壓箱中的熱管換熱器以及動力裝置由兩根銅管連接，并配置系統控制柜。機組配備控制單元，可以控制熱管換熱系統的啟停;并配置動力和流量控制單元，可以調節換熱量，準確控制送風溫度，溫度控制精度可以達到 1℃。

改造完成后，該熱能回收系統有夏季與冬季兩種不同的運行模式，以冬季運行模式為例，處理過程如圖3所示。冬季模式下，該熱能回收系統通過動力裝置和流量控制單元將液態熱管工質驅動到排風側換熱器內（季節不同，方向不一樣，通過換向閥自動控制），液態熱管吸收熱量，氣態工質在壓差的驅動下進入另一側換熱器，釋放熱量由氣態變成液態，沿著液管流回動力裝置，從而完成一個換熱循環。

2.3項目成效

該項目現場施工完成后，通過近一年的現場掛表實測統計，該系統年節約金額約53851元/年，具體計算結果如表2所示。

3熱管技術節能應用的展望

十九大以來，隨著國家的戰略調整，供給側結構性改革不斷深化。一系列的政策導向，進一步加劇了市場競爭的殘酷性。逢此百年未遇之大變局，節能技術必將迎來又一次的騰飛。在此次的項目案例中，熱管技術節能應用的遠大前景可見一斑。龍鳳堂中藥有限公司也必將秉承“高質惠民創新至善”的核心價值觀，做民族企業的典范，為健康中國戰略的建設增裝添瓦。