熱管技術(shù)的節(jié)能應(yīng)用

曹磊 徐峰 卞玉俊

摘要：講述了熱管技術(shù)的原理、發(fā)展歷史、應(yīng)用情況。結(jié)合實(shí)際案例，詳細(xì)闡釋了熱管技術(shù)節(jié)能應(yīng)用的方法、特點(diǎn)以及成效。并據(jù)此，對熱管技術(shù)的節(jié)能應(yīng)用提出了展望。

關(guān)鍵詞：熱管;余熱回收;節(jié)能

引言

隨著中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展步入多元復(fù)合轉(zhuǎn)型的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期，經(jīng)濟(jì)社會(huì)面臨諸多矛盾疊加、風(fēng)險(xiǎn)隱患加劇，黨的十八大將生態(tài)文明建設(shè)納入了“五位一體”中國特色社會(huì)主義總體布局，要求“把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位，融入經(jīng)濟(jì)建設(shè)、政治建設(shè)、文化建設(shè)、社會(huì)建設(shè)各方面和全過程”。揚(yáng)子江藥業(yè)集團(tuán)江蘇龍鳳堂中藥有限公司積極響應(yīng)中央號(hào)召，積極推進(jìn)節(jié)能減排、深化落實(shí)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，力爭建成綠色節(jié)能的環(huán)境友好型企業(yè)。于是，熱管技術(shù)在醫(yī)藥行業(yè)余熱回收項(xiàng)目中的應(yīng)用案例便應(yīng)運(yùn)而生。

1熱管技術(shù)簡介

1.1熱管技術(shù)的起源與發(fā)展

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

1.2熱管技術(shù)的原理

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

2.應(yīng)用案例介紹

2.1項(xiàng)目背景

揚(yáng)子江藥業(yè)集團(tuán)江蘇龍鳳堂中藥有限公司位于江蘇省泰州市高港區(qū)，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(fā)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)過程對環(huán)境的要求，工廠內(nèi)常設(shè)若干不同潔凈級別的醫(yī)藥潔凈室（溫濕度控制標(biāo)準(zhǔn)如下，溫度18-26℃，相對濕度45%-65%），作為藥品的研發(fā)、生產(chǎn)、檢驗(yàn)的場所。與一般區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)相比，潔凈室凈化空調(diào)系統(tǒng)中排風(fēng)系統(tǒng)占據(jù)著十分重要的地位。對于凈化空調(diào)系統(tǒng)而言，為維持潔凈室環(huán)境參數(shù)受控，同時(shí)提高空氣處理效率、降低空氣處理的用能成本，故需及時(shí)將室內(nèi)的含熱/含濕/被污染的空氣排出潔凈室。

結(jié)合凈化空調(diào)系統(tǒng)及其排風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行模式可以看出，凈化空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)過程，必然伴隨著相當(dāng)可觀的熱能的浪費(fèi)。以冬季運(yùn)行模式為例，潔凈室內(nèi)環(huán)境溫度一般維持在22℃左右，而泰州地區(qū)冬季平均氣溫約2-5℃，為維持潔凈區(qū)內(nèi)環(huán)境溫濕度持續(xù)受控，室外空氣在送入潔凈室內(nèi)前，必須經(jīng)過過濾、加熱處理，與此同時(shí)，潔凈室內(nèi)排出的空氣卻也在22℃左右，排風(fēng)的過程帶走了大量的熱能。針對上述情況，項(xiàng)目組研究決定，探索高效、適用的節(jié)能技術(shù)裝備，對潔凈室排風(fēng)中的余熱進(jìn)行回收利用。

2.2項(xiàng)目實(shí)施

2.2.1方案選定

項(xiàng)目組成員群策群力，通過頭腦風(fēng)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(diào)閱案例資料分析、現(xiàn)場勘查研究，對上述四種熱能回收技術(shù)的結(jié)構(gòu)形式、換熱效率、空氣壓力損失、氣體交叉污染情況等特點(diǎn)進(jìn)行了綜合評價(jià)，評價(jià)結(jié)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(shù)節(jié)能效果更好，綜合表現(xiàn)更加占優(yōu)。結(jié)合現(xiàn)場勘查情況，排風(fēng)設(shè)備與空調(diào)機(jī)箱相隔近60米，且空調(diào)機(jī)房內(nèi)安裝空間有限，但是一體式熱管熱回收設(shè)備對于現(xiàn)場安裝空間要求較高。綜上所述，項(xiàng)目組成員一致研究決定采用分體式熱管熱回收技術(shù)進(jìn)行此次的節(jié)能改造。

2.2.2具體實(shí)施方案

該熱管熱回收系統(tǒng)（如圖2所示）共包含新風(fēng)段和排風(fēng)段兩部分：（1）新風(fēng)端：新風(fēng)送風(fēng)靜壓箱（內(nèi)含熱管換熱器），將新風(fēng)送風(fēng)靜壓箱安裝在新風(fēng)口;（2）排風(fēng)端：排風(fēng)送風(fēng)靜壓箱（內(nèi)含熱管換熱器）。將排風(fēng)送風(fēng)靜壓箱安裝在排風(fēng)口。新風(fēng)送風(fēng)靜壓箱和排風(fēng)送風(fēng)靜壓箱中的熱管換熱器以及動(dòng)力裝置由兩根銅管連接，并配置系統(tǒng)控制柜。機(jī)組配備控制單元，可以控制熱管換熱系統(tǒng)的啟停;并配置動(dòng)力和流量控制單元，可以調(diào)節(jié)換熱量，準(zhǔn)確控制送風(fēng)溫度，溫度控制精度可以達(dá)到 1℃。

改造完成后，該熱能回收系統(tǒng)有夏季與冬季兩種不同的運(yùn)行模式，以冬季運(yùn)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(tǒng)通過動(dòng)力裝置和流量控制單元將液態(tài)熱管工質(zhì)驅(qū)動(dòng)到排風(fēng)側(cè)換熱器內(nèi)（季節(jié)不同，方向不一樣，通過換向閥自動(dòng)控制），液態(tài)熱管吸收熱量，氣態(tài)工質(zhì)在壓差的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)入另一側(cè)換熱器，釋放熱量由氣態(tài)變成液態(tài)，沿著液管流回動(dòng)力裝置，從而完成一個(gè)換熱循環(huán)。

2.3項(xiàng)目成效

該項(xiàng)目現(xiàn)場施工完成后，通過近一年的現(xiàn)場掛表實(shí)測統(tǒng)計(jì)，該系統(tǒng)年節(jié)約金額約53851元/年，具體計(jì)算結(jié)果如表2所示。

3熱管技術(shù)節(jié)能應(yīng)用的展望

十九大以來，隨著國家的戰(zhàn)略調(diào)整，供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革不斷深化。一系列的政策導(dǎo)向，進(jìn)一步加劇了市場競爭的殘酷性。逢此百年未遇之大變局，節(jié)能技術(shù)必將迎來又一次的騰飛。在此次的項(xiàng)目案例中，熱管技術(shù)節(jié)能應(yīng)用的遠(yuǎn)大前景可見一斑。龍鳳堂中藥有限公司也必將秉承“高質(zhì)惠民創(chuàng)新至善”的核心價(jià)值觀，做民族企業(yè)的典范，為健康中國戰(zhàn)略的建設(shè)增裝添瓦。