怎樣判斷全玻璃真空太陽能集熱管的性能？

    全玻璃真空太陽能集熱管(以下簡(jiǎn)稱真空集熱管)是當(dāng)前我國(guó)太陽能光熱領(lǐng)域產(chǎn)量較大，使用較廣，節(jié)能效果較突出的太陽能熱水系統(tǒng)的核心基礎(chǔ)元件。它的性能好壞，直接關(guān)系到熱水器的熱性能。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)真空集熱管的廠家與品牌眾多，技術(shù)水平參差不齊，價(jià)格高低懸殊，宣傳口徑也很不一致。那么，怎樣判斷真空集熱管的性能好壞呢？

　　國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員在2005年5月25日聯(lián)合發(fā)布了新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《全玻璃真空太陽集熱管》(GB/T 17049-2005)。新標(biāo)準(zhǔn)自2005年11月1日開始實(shí)施，從而取代了1997年發(fā)布，已經(jīng)實(shí)施達(dá)8年之久的舊標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 17049-1997)。因此，我們判斷真空集熱管的性能優(yōu)劣，只能以新發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。新舊標(biāo)準(zhǔn)相比，主要技術(shù)內(nèi)容變化有：

　　——提高了真空集熱管及其材料的光熱性能指標(biāo)

　　——增加了罩玻璃管直徑為58mm的真空集熱管的技術(shù)規(guī)定

　　——增加了真空集熱管的真空品質(zhì)檢測(cè)

　　——增加采用鋼球進(jìn)行機(jī)械沖擊試驗(yàn)

　　1.太陽透射比

　　新國(guó)標(biāo)中規(guī)定的玻璃管材料的太陽透射比τ≥0.89(AM1.5)。這是針對(duì)名為“硼硅玻璃3.3”的一種高硼硅玻璃材料的理化性能指標(biāo)。

　　“硼硅玻璃3.3”的平均線熱膨脹系數(shù)α(20℃～300℃)=(3.3±0.1)×10-6K-1。我們習(xí)慣把它稱為“硼硅玻璃3.3”。用“硼硅玻璃3.3”制作的玻璃管，其太陽透射比τ≥0.89(AM1.5)?！癆M1.5”即大氣質(zhì)量為1.5。

　　所有制作真空集熱管的廠家，都會(huì)說自己使用的原材料是“硼硅玻璃3.3”。但是，如果制作真空集熱管的玻璃不是“硼硅玻璃3.3”，或是其含有過多的其他元素(如鐵)，玻璃顏色就會(huì)帶有其他顏色(如綠色)。這樣的玻璃材料制作出的真空集熱管，太陽透射比會(huì)大大低于0.89(AM1.5)，因而嚴(yán)重影響集熱管的熱性能。

　　2.太陽吸收比與半球發(fā)射比

　　太陽吸收比與半球發(fā)射比是對(duì)太陽選擇性吸收涂層的技術(shù)要求。

　　新國(guó)標(biāo)規(guī)定：吸收涂層的太陽吸收比α≥0.86(AM1.5)，與舊國(guó)標(biāo)相同。半球發(fā)射比εh≤0.080(80℃±5℃)，比舊國(guó)標(biāo)(0.09)降低了0.01；對(duì)于真空集熱管來說，既要有較高的太陽吸收比，還要有很低的發(fā)射比，集熱管的熱效率才會(huì)得以提高。因此，這是兩個(gè)極為重要的參數(shù)。

　　目前，我國(guó)制作真空集熱管普遍采用的仍然是多層鋁-氮/鋁太陽選擇性吸收涂層制造技術(shù)。這一技術(shù)是清華大學(xué)殷志強(qiáng)教授和他的同事們于1984年發(fā)明，1985年申報(bào)國(guó)家專利，1987年獲得批準(zhǔn)的(專利號(hào)：ZL851001424)。

　　這一技術(shù)的基本原理是在鍍膜機(jī)內(nèi)，設(shè)置單圓柱鋁靶的磁控濺射系統(tǒng)。鍍膜機(jī)內(nèi)一次裝載數(shù)十只作為集熱管內(nèi)管的玻璃管，在“行星”機(jī)構(gòu)傳動(dòng)下，玻璃管做公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)。立式圓柱鋁靶在中心位置，在氬氣中非反應(yīng)濺射沉積鋁底層，再注入流量可控的氮?dú)猓苽涠鄬愉X─氮復(fù)合薄膜材料作為吸收層。

　　這一被稱為漸變鋁-氮、鋁太陽選擇性吸收涂層的制造技術(shù)，其太陽吸收比可達(dá)0.93，發(fā)射比約0.05(80℃)。這是世界上靠前次只采用一種金屬材料，既制備金屬底層又制備復(fù)合薄膜材料的選擇性吸收涂層。清華陽光公司利用此項(xiàng)技術(shù)生產(chǎn)的曬樂牌紫金系列真空集熱管，經(jīng)國(guó)家輕工業(yè)玻璃產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心檢測(cè)，其太陽吸收比α=0.95(AM1.5)；半球發(fā)射比εh= 0.050(80℃±5℃)。

　　殷志強(qiáng)教授發(fā)明的漸變鋁-氮、鋁太陽選擇性吸收涂層的制造技術(shù)所需的真空設(shè)備比較簡(jiǎn)單，工藝控制更為方便，容易在大面積上獲得均勻一致的選擇性吸收涂層。因此，這一研究成果迅速推動(dòng)了我國(guó)太陽能光熱利用的發(fā)展，同時(shí)受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，獲得了較高的評(píng)價(jià)。2005年，殷志強(qiáng)教授在世界太陽能大會(huì)上榮獲“維克斯實(shí)業(yè)成就獎(jiǎng)”和中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)頒發(fā)的“發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)”特等獎(jiǎng)，并被授予“當(dāng)代發(fā)明家”榮譽(yù)稱號(hào)。