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當(dāng)前位置：熱管式真空管集熱器在我國的發(fā)展歷程
發(fā)布時(shí)間：2020-04-23 08:37:46
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一引言
真空管太陽能集熱器是在平板型太陽能集熱器基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型太陽能集熱裝置。按照吸熱體的材料進(jìn)行分類，真空管可劃分為玻璃吸熱體真空管(或稱為全玻璃真空管)和金屬吸熱體真空管(或稱為玻璃一金屬真空管)兩大類。
為了進(jìn)一步提高太陽能集熱器運(yùn)行溫度，拓寬太陽能應(yīng)用領(lǐng)域，北京市太陽能研究所的科技人員從1986年起著手研制新型真空管太陽能集熱器。當(dāng)時(shí)的指導(dǎo)思想是：選題立足高起點(diǎn)，跟蹤國際新技術(shù)。經(jīng)過國內(nèi)外認(rèn)真調(diào)研，反復(fù)論證，終于選定了性能優(yōu)越、技術(shù)先進(jìn)、世界上只有少數(shù)幾個(gè)發(fā)達(dá)國家能夠制造的熱管式真空管集熱器作為自己的研究對(duì)象。
二十多年來，熱管式真空管集熱器的發(fā)展走過了十分艱巨而又不平凡的歷程，先后經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)室研究、中試研究、中試生產(chǎn)、規(guī)模化生產(chǎn)、開拓國內(nèi)外市場等幾個(gè)不同的階段。“熱管式真空管集熱器項(xiàng)目”一開始就引起國際上的關(guān)注，曾被列為聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署(UNDP)支持下的國際科技合作項(xiàng)目及中德兩國政府間科技合作項(xiàng)目；多次得到國家科技部和國家經(jīng)貿(mào)委(現(xiàn)國家發(fā)改委)的大力支持，曾被列為國家新能源工程技術(shù)研究中心的研究開發(fā)項(xiàng)目及國家技術(shù)改造“雙加”工程項(xiàng)目；還自始至終得到北京市科委和北京市科技研究院的直接指導(dǎo)，曾被列為北京市重點(diǎn)科研項(xiàng)目和北京市科研中試基地項(xiàng)目。
在這二十多年問，我們攻克了一個(gè)又一個(gè)技術(shù)難關(guān)，取得了10多項(xiàng)國家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利；我們付出了一次又一次的辛勤勞動(dòng)，先后榮獲了北京市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和國家技術(shù)發(fā)明四等獎(jiǎng)；我們還及時(shí)地將科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，先后建成了北京市真空管太陽能集熱器中試基地和北京桑達(dá)太陽能技術(shù)有限公司。目前，“桑普”、“桑達(dá)”熱管式真空管及其系列產(chǎn)品，已成為我國太陽能行業(yè)中北京市太陽能研究所有限公司 一何梓年深受廣大用戶歡迎的高科技產(chǎn)品，也已成為國際市
場中極具競爭力的太陽能產(chǎn)品。
二熱管式真空管集熱器的主要發(fā)展階段
回顧熱管式真空管集熱器二十多年的發(fā)展歷程，大致可以分為三個(gè)階段：
1第一階段(1986～1991年)
1986年，在聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署的資助下，由中國太陽能學(xué)會(huì)原理事長、北京市太陽能研究所第一任所長龔堡研究員率團(tuán)，先后到美國及歐洲許多太陽能公司和研究所進(jìn)行了深入的考察，全面了解國際上真空管集熱器的發(fā)展現(xiàn)狀和技術(shù)水平。我們?cè)谛褪奖姸嗟恼婵展墚a(chǎn)品中，決定首先研制熱管式真空管集熱器，因?yàn)樗哂袩嵝矢摺⒖贡鶅觥?dòng)快、保溫好、承壓大、耐熱沖擊等許多優(yōu)點(diǎn)。與此同時(shí)，我們還選定在太陽能技術(shù)和熱管技術(shù)方面都具有豐富經(jīng)驗(yàn)的德國道尼爾(Dornier)公司作為科技合作的伙伴。
根據(jù)調(diào)查，荷蘭的飛利浦(Philips)公司歷史上曾生產(chǎn)過世界一流的熱管式真空管集熱器，當(dāng)時(shí)已將該項(xiàng)技術(shù)及其生產(chǎn)線都轉(zhuǎn)讓給加拿大某家公司。鑒于我們首次涉足新型真空管集熱器，因而決定先以飛利浦產(chǎn)品作為我們自己研制的主要目標(biāo)。
在北京市太陽能研究所原總工程師熊尚義研究員的帶領(lǐng)下，一批科技人員投入了艱苦而有意義的研究工作。這一階段研制的熱管式真空管的外形尺寸為直徑65mm、長度1．5m，吸熱板采用銅材料和電鍍黑鈷選擇性吸收涂層，玻璃與金屬之間的封接采用火封技術(shù)。
作為這一階段的成果，1989年我們研制出第一種型號(hào)的熱管式真空管。經(jīng)測試，其熱性能接近飛利浦產(chǎn)品的水平。這一階段工作的完成，使我們?cè)跓峁堋⑼繉印⒎饨印⒄婵铡y試等各個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)都積累了正反兩方面經(jīng)驗(yàn)，從而為瞄準(zhǔn)更高目標(biāo)并研制更先進(jìn)的熱管式真空管打下了一定的技術(shù)基礎(chǔ)。
2第二階段(1991～2000年)
根據(jù)在第一階段研制工作中所取得的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)以及國外真空管集熱器的發(fā)展趨勢(shì)，經(jīng)過反復(fù)比較，認(rèn)真討論，我們決定繼續(xù)對(duì)研制的熱管式真空管作幾項(xiàng)重大的技術(shù)改進(jìn)。這些技術(shù)改進(jìn)主要包括：
(1)增大真空管外形尺寸，選用直徑lOOmm、長度2m的玻璃管，使相同采光面積的集熱器所需要的真空管數(shù)量減少；
(2)在玻璃與金屬之間的封接工藝方面，用熱壓封技術(shù)代替原來的火封技術(shù)；
(3)以銅鋁復(fù)合太陽條作為吸熱板，用磁控濺射工藝代替原來的化學(xué)電鍍工藝來制備選擇性吸收涂層。
這一階段是熱管式真空管集熱器發(fā)展歷程中的一個(gè)重要階段。在北京市太陽能研究所第二任所長江希年研究員的帶領(lǐng)下，我們成功地解決或改進(jìn)了玻璃一金屬熱壓封技術(shù)、磁控濺射選擇性吸收涂層技術(shù)、大直徑薄壁玻璃管深加工技術(shù)、抗凍型熱管制造技術(shù)、金屬吸熱體真空排氣技術(shù)等一系列關(guān)鍵技術(shù)，從實(shí)驗(yàn)室研究到中試研究，并建成北京市第一個(gè)科研中試基地。在此期間，我們還十分重視中試生產(chǎn)與市場的結(jié)合，把產(chǎn)品及時(shí)推向國內(nèi)和國際兩個(gè)市場，接受國內(nèi)外用戶的嚴(yán)格檢驗(yàn)，不斷完善和提高產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，并在實(shí)踐中逐步掌握規(guī)模化生產(chǎn)的成套技術(shù)。
在第二階段開始的幾年中，在全國各地使用熱管式真空管產(chǎn)品安裝了許多大中型太陽能熱水系統(tǒng)和一大批家用太陽能熱水器，還相繼出口歐洲和東南亞，成為極具市場競爭力的太陽能新產(chǎn)品。卓越的產(chǎn)品性能和廣闊的市場潛力顯示出誘人的發(fā)展前景。原國家經(jīng)貿(mào)委選定熱管式真空管項(xiàng)目作為國家技術(shù)改造“雙加”工程重點(diǎn)支持，于1996年建成年產(chǎn)5O萬支真空管規(guī)模的生產(chǎn)線。隨后，北京市太陽能研究所下屬的桑普技術(shù)公司與在歐洲和世界享有盛譽(yù)的德國戴姆勒一奔馳宇航(Daimler-Benz Aerospace)公司談判成功，成立了中德合資北京桑達(dá)太陽能技術(shù)有限公司，開始了熱管式真空管的規(guī)模化生產(chǎn)。不久，桑達(dá)公司還在德國建立了分公司，加速實(shí)現(xiàn)了太陽能產(chǎn)業(yè)與國際接軌。
由于熱管式真空管集熱器的成功研制，并及時(shí)將科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，北京市太陽能研究所先后榮獲北京市科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)和國家技術(shù)發(fā)明四等獎(jiǎng)。
我們從不滿足已經(jīng)取得的成績，也永不停止自己的研究開發(fā)工作。根據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知，若將原有的平面吸熱板改成半圓柱面的彎曲吸熱板，可以提高真空管的全天得熱量。經(jīng)國際權(quán)威的瑞士太陽能檢測中心(SPF)的測試結(jié)果證實(shí)，半圓柱面吸熱板真空管的年平均熱效率比平面吸熱板高10％～14％。至此，一種新型的熱管式真空管集熱器問世了，尤其適合對(duì)熱負(fù)荷要求高而集熱器占地面積受到限制的用戶。
為了進(jìn)一步提高熱管式真空管集熱器的熱性能，我們?cè)诶^續(xù)采用“傳熱塊”型集熱器以保持真空管與集管之間“干性連接”的同時(shí)，又研制出“直接插入”型集熱器，從而減少了熱管冷凝段與集管之間的傳導(dǎo)熱阻，提高了集熱器的整體熱性能。后來也經(jīng)SPF測試，直接插入型熱管式真空管集熱器的瞬時(shí)效率方程的截距為0．7607，達(dá)到了國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。
在此期間，我國生產(chǎn)的熱管式真空管集熱器產(chǎn)品通過了歐洲著名的TUV機(jī)構(gòu)的質(zhì)量論證，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)和性能參數(shù)均達(dá)到德國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DIN 4757，從而取得了在歐洲和世界各地銷售的通行證。產(chǎn)品出口后，在德國、奧地利、日本等國用于太陽能熱水、采暖和空調(diào)，在印度尼西亞用于太陽能泵水，在約旦用于太陽能工業(yè)加熱，在澳大利亞用于太陽能消毒等。
值得指出的是，北京市太陽能研究所還于1999年完成了國家科技部下達(dá)的國家“九五”科技攻關(guān)項(xiàng)目，在山東乳山建成了第一套太陽能吸收式空調(diào)及供熱綜合示范系統(tǒng)，采用熱管式真空管集熱器與溴化鋰吸收式制冷機(jī)相結(jié)合的技術(shù)方案，具有夏季制冷、冬季采暖、全年提供熱水等多項(xiàng)功能，擴(kuò)大了太陽能的應(yīng)用范圍，也為我們今后建立更大、更多的太陽能空調(diào)系統(tǒng)提供了有益的經(jīng)驗(yàn)。
3第三階段(2000年至今)
新世紀(jì)一開始，熱管式真空管集熱器的發(fā)展歷程就進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。上世紀(jì)末，鑒于跟我們合作長達(dá)十多年的德國宇航公司(初期合作的道尼爾公司已是宇航公司的下屬公司)調(diào)整其自身的經(jīng)營方向，不再繼續(xù)從事太陽能業(yè)務(wù)，故而友好地離開了中德合資企業(yè)。
從這一階段開始，北京桑達(dá)公司由合資企業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)橹袊?dú)資企業(yè)。隨著我國科技體制改革的逐步深入，北京市太陽能研究所先后經(jīng)歷了“轉(zhuǎn)制”和“改制”兩大步驟：第一步先由“事業(yè)單位”轉(zhuǎn)制為“企業(yè)單位”，第二步再由“國有企業(yè)” 改制為“股份制企業(yè)”。
自2000年起，在北京市太陽能研究所現(xiàn)任所長、公司董事長兼總經(jīng)理韓建功高級(jí)工程師的帶領(lǐng)下，太陽能所及其下屬桑達(dá)公司掌管了熱管式真空管集熱器的全部技、工、貿(mào)活動(dòng)。
我們一如既往地為提高產(chǎn)品質(zhì)量作出努力，始終確保產(chǎn)品性能穩(wěn)定而可靠，使熱管式真空管集熱器既可經(jīng)受烈日的暴曬，在我國太陽能資源最豐富的西藏地區(qū)照常正常運(yùn)行，又能經(jīng)受嚴(yán)寒的考驗(yàn)，為我國南極科學(xué)考察隊(duì)的工作現(xiàn)場提供生活熱水。
我們繼續(xù)研究開發(fā)高性能和不同規(guī)格的真空管產(chǎn)品，既用“干涉法”代替原來的“漸變法”制備磁控濺射選擇性吸收涂層，以進(jìn)一步提高真空管涂層的性能、穩(wěn)定性和成品率，又研制出直徑為70mm的熱管式真空管，以適應(yīng)不同用戶對(duì)家用太陽能熱水系統(tǒng)的需求。
我們十分重視太陽能熱水器與建筑的結(jié)合，研制出各種型式的家用太陽能熱水器和公用太陽能熱水系統(tǒng)，充分發(fā)揮熱管式真空管集熱器的耐凍、承壓、耐熱沖擊等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不僅熱管式真空管承壓式
太陽能熱水器獲得了“國家重點(diǎn)新產(chǎn)品”的榮譽(yù)，而且在全國各地小區(qū)和單位建成許多公用太陽能熱水系統(tǒng)，以推動(dòng)太陽能產(chǎn)品盡快進(jìn)入建筑行業(yè)。
我們?yōu)閷?shí)現(xiàn)“綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)、人文奧運(yùn)”作出貢獻(xiàn)，不僅圓滿完成了“科技奧運(yùn)”先期的太陽能技術(shù)應(yīng)用示范項(xiàng)目，在太陽能所公司辦公樓建成太陽能空調(diào)、采暖和光伏發(fā)電綜合系統(tǒng)；還在奧運(yùn)沙灘排球場、北京市體育健身休閑公園、奧運(yùn)乒乓球館(北京大學(xué)體育館)、奧運(yùn)村低能耗幼兒園等7個(gè)場館建成了太陽能熱水系統(tǒng)或太陽能游泳池加熱系統(tǒng)。
我們努力擴(kuò)大熱管式真空管集熱器的應(yīng)用領(lǐng)域，既為遼寧、江蘇等一些油田建成了太陽能原油加熱系統(tǒng)，以降低冬季輸送原油時(shí)的流動(dòng)阻力，還為造幣廠建成了太陽能工業(yè)加熱系統(tǒng)，以提供硬幣制造過程所需要的工藝熱水。
我們不斷加強(qiáng)太陽能空調(diào)系統(tǒng)的國際合作及推廣應(yīng)用，在國內(nèi)已安裝兩套太陽能空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，還分別在德國、日本、美國、印度、韓國和馬來西亞等國家，利用桑達(dá)真空管集熱器產(chǎn)品共安裝了不同規(guī)模、不同類型的10套太陽能空調(diào)系統(tǒng)。
我們高度重視出口產(chǎn)品的質(zhì)量，已分別通過歐盟Solar Keymark、美國SRCC、澳大利亞SAI Globe、韓國N&R E．F．、南~BSABS、德國ToV、法國CSTB、班牙ENAC等十幾個(gè)國際認(rèn)證，進(jìn)一步確保了桑達(dá)產(chǎn)品的國際信譽(yù)。
我們積極開拓國際市場，努力擴(kuò)大出口貿(mào)易，產(chǎn)品出口到歐洲、美洲、大洋洲、亞洲、非洲等30多個(gè)國家和地區(qū)；出口收入連年增長，2006至2008連續(xù)三年的出口收入分別比上年增長25％、28％、32％，成為我國太陽能熱利用產(chǎn)品出口的主企業(yè)之一。
2008年4月成功召開了桑達(dá)國外代理商會(huì)議暨太陽能技術(shù)研討會(huì)，這是我國太陽能熱水器企業(yè)第一次大規(guī)模的國外代理商會(huì)議，來自德國、意大利、西班牙、奧地利、英國、美國、加拿大、澳大利亞、韓國、日本、南非等l8個(gè)國家和地區(qū)的專業(yè)人士在北京歡聚一堂，這對(duì)于提升“中國制造”太陽能產(chǎn)品在全球的地位起到積極的促進(jìn)作用。
三結(jié)語
當(dāng)前，我們非常高興地看到，熱管式真空管集熱器在我國的影響已逐步擴(kuò)大，聲譽(yù)也正在不斷地提高，發(fā)展將更加迅速。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展是無止境的。我們相信，充分發(fā)揮太陽能高科技產(chǎn)品的優(yōu)越性，熱管式真空管集熱器在我國將會(huì)有更快、更大的發(fā)展。
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