怎样判断全玻璃真空太阳集热管的性能

怎样判断全玻璃真空太阳集热管的性能?

阅读提示：全玻璃真空太阳集热管(以下简称真空集热管)是当前我国太阳能光热领域产量最大，使用最广，节能效果最突出的太阳热水系统的核心基础元件。它的性能好坏，直接关系到热水器的热性能。目前，国内生产真空集热管的厂家与品牌众多，技术水平参差不齐，价格高低悬殊，宣传口径也很不一致。那么，怎样判断真空集热管的性能好坏呢？

1•太阳透射比

新国标中规定的玻璃管材料的太阳透射比T> 0.89 (AM1.5 )。这是针对名为硼硅玻璃3.3 ”勺一种高硼硅玻璃材料的

理化性能指标。

硼硅玻璃3.3 ”勺平均线热膨胀系数a (20 C〜300 C)

=(3.3 ±.1) X10-6K-1。我们习惯把它称为硼硅玻璃3.3 ”用硼硅玻璃3.3 '制作的玻璃管，其太阳透射比T> 0.89AM1.5 )。“AM1.5'即大气质量为1.5。

所有制作真空集热管的厂家，都会说自己使用的原材料

是硼硅玻璃3.3 ”但是，如果制作真空集热管的玻璃不是硼硅玻璃

3.3 ”或是其含有过多的其他元素(如铁)，玻璃颜色就会带有其他颜色（如绿色）。这样的玻璃材料制作出的真空集热管，太阳透射比会大大低于0.89（AM1.5 ），因而严重影响集热管的热性能。

2•太阳吸收比与半球发射比

太阳吸收比与半球发射比是对太阳选择性吸收涂

层的技术要求。

新国标规定：吸收涂层的太阳吸收比a> 0.86AM1.5 ）, 与旧国标相同。半球发射比£ h<0.080（80 i5C），比旧国标（0.09）

降低了0.01 ;对于真空集热管来说，既要有较高的太阳吸收比，还要有很低的发射比，集热管的热效率才会得以提高。因此，这是两个极为重要的参数。

目前，我国制作真空集热管普遍采用的仍然是多层铝- 氮/铝太阳选择性吸收涂层制造技术。这一技术是清华大学殷志强教授和他的同事们于1984年发明，1985年申报国家专利，1987年获得批准的（专利号：ZI851001424 ）。

这一技术的基本原理是在镀膜机内，设置单圆柱铝靶的磁控溅射系统。镀膜机内一次装载数十只作为集热管内管的玻璃管，在行星”机构传动下，玻璃管做公转与自转。立式圆柱铝靶在中心位置，在氩气中非反应溅射沉积铝底层，再注入流量可控的氮气，制备多层铝一氮复合薄膜材料作为吸收层。

这一被称为渐变铝-氮/铝太阳选择性吸收涂层的制造技

术，其太阳吸收比可达0.93，发射比约0.05(80 C)。这是世界上第一次只采用一种金属材料，既制备金属底层又制备复合薄膜材料的选择性吸收涂层。清华阳光公司利用此项技术生产的晒乐牌紫金系列真空集热管，经国家轻工业玻璃产品质量监督检测中心检测，其太阳

吸收比 a =0.95( AM1.5 );半球发射比£ h=0.050( 80 Ci5C)。

殷志强教授发明的渐变铝-氮/铝太阳选择性吸收涂层的制造技术所需的真空设备比较简单，工艺控制更为方便，容易在大面积上获得均匀一致的选择性吸收涂层。因此，这一研究成果迅速推动

了我国太阳能光热利用的发展，同时受到国内外的广泛关注，获得了较高的评价。2005年，殷志强教授在世界太阳能大会上荣获维克斯实业成就奖”和中国发明协会颁发的发明创业奖”特等奖，并被授予当代发明家”荣誉称号。

目前，国内还出现了使用铝、不锈钢、铜三靶镀膜的技术。这种镀膜技术生产的真空管被称为干涉型吸收涂层，它虽然有可能生产出比渐变型选择性吸收涂层更高的太阳吸收比和更低的发射比，但由于设备结构复杂，阴极材料利用率低，性能与渐变膜又无太大提咼，在实际应用中并未普及。仅有一些厂家利用此项技术，制作了少量的集热管，价格也很昂贵。因此，其宣传效果远远大于实际的使用效果。市场上，一些经销商提出的所谓干涉型膜淘汰渐变型膜工艺，纯属无稽之谈。

实际上，渐变铝-氮/铝太阳选择性吸收涂层的层与

层之间，同样存在着干涉，原理上是相同的，只是强调点不一致而已。

3•集热管材料性能文字表述部分（参见附表二）

附表二中列出了新旧国标有关玻璃管材料性能的抗机

械冲击和结石、节瘤的规定与对比。值得指出的是旧国标中关于抗机械冲击用应在径向尺寸不大于25mm的冰雹袭击下无损坏”的描述，被更加科学，更加准确的应承受直径30mm的钢球，于高度450mm 处自由落下，垂直撞击集热管中部而无损坏”所取代。这实际上是对玻璃管的强度提出了更高的要求。

一些集热管厂家为了降低成本和售价，以较薄的玻璃原材料制作集热管，虽然每吨集热管能多出几十只集热管，但却是以牺牲集热管强度为代价的。生产厂家应当明确，如果不能承受直径

30mm的钢球，于高度450mm处自由落下，垂直撞击集热管中部而无损坏”

这样的集热管，实际上是不合格的。

另一方面，个别厂家把集热管的外表做得很漂亮，镀膜

颜色瓦蓝、釉亮（实际上，这种集热管的镀膜层数少、膜层薄，镀膜时间短，真空度很低），实测结果，其太阳吸收比远未达到国标的要求。这样的真空集热管市场售价很低，但绝不能采用，因为他们的热效率很低。相反，一些著名厂家更加注重的是真空集热管的内在性能。他们在真空镀膜工艺规范上毫不含糊，生产出的真空集热管，作对比实验时，管内热水的温度往往高出对比管3〜4C。

谈到镀膜的颜色，一般来说，渐变铝-氮/铝太阳选择性吸收涂层的颜色是蓝色偏黑。但也有时镀膜的颜色不甚一致。人们可能就此怀疑真空集热管的质量是否出现问题。其实，这是一种误觉。集热管的颜色与热性能没有一一对应的关系。太阳能光谱范围在

0.35〜2.5 am这是一个相当宽的波长范围。在这么宽的波长范围内，人们肉眼能看到的可见光谱的波长只有0.4＜入＜0.7卩巩这是太阳光谱中很窄的一端。在生产中，往往使用分光光度计来调试镀膜机。由于每台镀膜机的性能参数不同，膜色是有可能出现些许偏差的，这并不影响真空集热管的集热效率。

新国标中有关热性能的参数

（见附表三）

1.空晒性能参数

定义：空晒温度与环境温度之差与太阳辐照度的比值。

本参数表示在特定的日照强度（太阳辐照度

G> 800W/m2，并在15分钟内，太阳辐照度变化不大于±30W/m2 ）和特定的环境温度（8°C