热管技术的节能应用

曹磊 徐峰 卞玉俊

摘要：讲述了热管技术的原理、发展历史、应用情况。结合实际案例，详细阐释了热管技术节能应用的方法、特点以及成效。并据此，对热管技术的节能应用提出了展望。

关键词：热管;余热回收;节能

引言

随着中国经济发展步入多元复合转型的重要战略机遇期，经济社会面临诸多矛盾叠加、风险隐患加剧，党的十八大将生态文明建设纳入了“五位一体”中国特色社会主义总体布局，要求“把生态文明建设放在突出地位，融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程”。扬子江药业集团江苏龙凤堂中药有限公司积极响应中央号召，积极推进节能减排、深化落实供给侧结构性改革，力争建成绿色节能的环境友好型企业。于是，热管技术在医药行业余热回收项目中的应用案例便应运而生。

1热管技术简介

1.1热管技术的起源与发展

热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）国家实验室的乔治格罗佛（George Grover）发明的一种称为“热管”的传热元件，充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管技术以前被广泛应用在宇航、军工等行业，自从被引入散热器制造行业，使得人们改变了传统散热器的设计、应用思路。

1.2热管技术的原理

典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成。加工时将管内抽成负压，再充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体，而后加以密封形成一个完整的热管。管的一端为蒸发段（加热段），另一端为冷凝段（冷却段），根据应用需要在两段中间可设置绝热段。当热管的一端受热时毛纫芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量凝结成液体，液体再靠毛细力的作用沿多孔材料流回蒸发段（见图1）。如此循环不已，热量由热管的一端传至另一端。

2.应用案例介绍

2.1项目背景

扬子江药业集团江苏龙凤堂中药有限公司位于江苏省泰州市高港区，地处长江之滨，交通便利，四季分明，气候宜人。为满足制药研发、生产、检验过程对环境的要求，工厂内常设若干不同洁净级别的医药洁净室（温湿度控制标准如下，温度18-26℃，相对湿度45%-65%），作为药品的研发、生产、检验的场所。与一般区的空调系统相比，洁净室净化空调系统中排风系统占据着十分重要的地位。对于净化空调系统而言，为维持洁净室环境参数受控，同时提高空气处理效率、降低空气处理的用能成本，故需及时将室内的含热/含湿/被污染的空气排出洁净室。

结合净化空调系统及其排风系统的运行模式可以看出，净化空调系统排风过程，必然伴随着相当可观的热能的浪费。以冬季运行模式为例，洁净室内环境温度一般维持在22℃左右，而泰州地区冬季平均气温约2-5℃，为维持洁净区内环境温湿度持续受控，室外空气在送入洁净室内前，必须经过过滤、加热处理，与此同时，洁净室内排出的空气却也在22℃左右，排风的过程带走了大量的热能。针对上述情况，项目组研究决定，探索高效、适用的节能技术装备，对洁净室排风中的余热进行回收利用。

2.2项目实施

2.2.1方案选定

项目组成员群策群力，通过头脑风暴法初步选定了四种市场上常见的热能回收方式：分体式热管热回收、一体式热管热回收、热轮式热回收、板式换热器。通过调阅案例资料分析、现场勘查研究，对上述四种热能回收技术的结构形式、换热效率、空气压力损失、气体交叉污染情况等特点进行了综合评价，评价结果如表1所示。

由表1可以得出，分体式热管热回收、一体式热管热回收技术节能效果更好，综合表现更加占优。结合现场勘查情况，排风设备与空调机箱相隔近60米，且空调机房内安装空间有限，但是一体式热管热回收设备对于现场安装空间要求较高。综上所述，项目组成员一致研究决定采用分体式热管热回收技术进行此次的节能改造。

2.2.2具体实施方案

该热管热回收系统（如图2所示）共包含新风段和排风段两部分：（1）新风端：新风送风静压箱（内含热管换热器），将新风送风静压箱安装在新风口;（2）排风端：排风送风静压箱（内含热管换热器）。将排风送风静压箱安装在排风口。新风送风静压箱和排风送风静压箱中的热管换热器以及动力装置由两根铜管连接，并配置系统控制柜。机组配备控制单元，可以控制热管换热系统的启停;并配置动力和流量控制单元，可以调节换热量，准确控制送风温度，温度控制精度可以达到 1℃。

改造完成后，该热能回收系统有夏季与冬季两种不同的运行模式，以冬季運行模式为例，处理过程如图3所示。冬季模式下，该热能回收系统通过动力装置和流量控制单元将液态热管工质驱动到排风侧换热器内（季节不同，方向不一样，通过换向阀自动控制），液态热管吸收热量，气态工质在压差的驱动下进入另一侧换热器，释放热量由气态变成液态，沿着液管流回动力装置，从而完成一个换热循环。

2.3项目成效

该项目现场施工完成后，通过近一年的现场挂表实测统计，该系统年节约金额约53851元/年，具体计算结果如表2所示。

3热管技术节能应用的展望

十九大以来，随着国家的战略调整，供给侧结构性改革不断深化。一系列的政策导向，进一步加剧了市场竞争的残酷性。逢此百年未遇之大变局，节能技术必将迎来又一次的腾飞。在此次的项目案例中，热管技术节能应用的远大前景可见一斑。龙凤堂中药有限公司也必将秉承“高质惠民创新至善”的核心价值观，做民族企业的典范，为健康中国战略的建设增装添瓦。