本站原创摘 要：由于热管具有良好的导热性能和优良的等温差等优势,其在工业中的应用已经十分广泛,但是,作为建筑功能的设备进行应用还处于研究的初步阶段,并不成熟.本文首先对热管工作原理及基本特征进行了简要分析,接下来通过独立式热管供暖装置的模型实验对将热管用于建筑供暖的可行性进行了探究,最后对热管在建筑供暖中的应用进行了分析,希望能够促进其在建筑中进行应用的研究进程.
关 键 词：热管建筑供暖应用
热管是一种高效的传热元件,因其自身优越的传热性能和特性,在工业中得到了普遍的应用.随着研究的深入,对其进行应用的技艺已经日趋成熟,在石油石化、轻纺和冶金领域以及航天、卫星等高科技领域都获得了广泛的应用.并且,热管在低温热源的使用方面具备独特的优势,是其他换热元件所无法比拟的.因此,尽管目前其在建筑中的应用研究才刚刚开始,但是,不得不说,其应用的前景是十分广阔的.
一、热管工作原理及基本特征
1.热管工作的原理
热管的工作原理十分简单,概括起来就是工作介质在热量输入端进行汽化,吸热之后热蒸汽流通过热管的内腔到达放热端,冷凝放热之后冷凝液通过吸液芯重新回到热量的输入端,重新吸热汽化,在此循环往复的过程中进行供暖.热管根据其管内温度的不同可以分为低温热管、常温热管、中温热管和高温热管,其温度范围分别为零下二百七十三摄氏度到零摄氏度、零摄氏度到二百五十摄氏度、二百五十摄氏度到四百五十摄氏度、四百五十摄氏度到一千摄氏度.
2.热管的基本特征
第一,导热性高.热管内部是依靠液―气―液的互相转换进行传热的,热阻小,因此,热管的导热能力是很高的.例如,一直直径为两毫米的铜―水热管,导热的能力是同直径的紫铜棒导热能力的1500倍.但是,必须注意热管的高导热性也是相对的,总有温差的存在,也是不能违反热力学第二定律的.
第二,优良的等温性能.在热管稳定运行的过程中,热管内的运行温度和压力都是确定的.又因为一定的饱和蒸汽温度对应于相应的饱和蒸汽压力,因此,温度的变化幅度很低,热管的等温性能很好.
除此之外,热管还可以进行弯曲,结构多样,其截面可以根据需要灵活制成多种形状.热管的热流密度具有可变性,热流方向具有可逆性以及极强的环境适应性等.在工业上,热管常常采用金属材料,例如碳素钢、合金钢和铜等.但是,目前我国每年新增的建筑面积很大,在建筑中热管的使用量也是很大的,如果选用金属材料,其成本将大大增加.同时,在民用建筑中,对真空度的要求并没有向工业中那么高,塑料材料的强度已经足够应对需求,并且塑料材料具备与多数介质不发生化学反应的优势,只需在其内部表面提前做一些特殊的处理,防止介质渗透以及不凝气体渗出即可.因此,在建筑供暖中选用塑料材料的热管既可以降低成本也可以达到供热系统的要求,是未来节能供暖的主要方向.
二、独立式热管供暖装置模型实验
1.实验原理
利用控制变量的原理,对以热管作为传热装置的供暖系统以及传统的供暖系统进行对照实验.即控制两个系统的设定最终温度、散热面积以及发热功率相同的前提之下,对两个供暖系统的工作性能进行比较,采用的主要方式就是测试温度的升降对两个系统的发热性能进行比较.
2.实验步骤
第一,安装实验原理搭建实验平台.
第二,在两个供暖系统的相同位置设置三个温度检测点,在检测点上焊接热电偶,并确认其接触良好,防止因为外界因素扩大实验误差.
第三,连接热电偶和数据采集模块,并将数据采集仪和计算机进行连接.在此过程中,要确保连接的稳定,避免出现松动甚至脱离的情况.
第四,设置好预设温度和时间,同时打开两个供暖设备进行供暖,观察显示器上温度检测点温度的变化情况,将所有数据进行详细的记录,并保存计算机实时生成的图片.
3.实验结论
通过上述实验,可知,起初阶段,热管系统的升温速率比不上水暖设备,但是,大约八分钟过后,热管的升温速率急剧上升,且更快的达到了预设的温度值,进入保温的状态.同时,实验表明,热管系统的保温时间比传统的水暖设备要长,加热时间也比传统的水暖设备要长,也就是说热管系统的工作周期更长.
三、热管在建筑供暖中的应用
1.热管倾角以及供热介质的选择
目前,我国通行的住宅设计规范中规定普通住宅层高宜为2.8米,这个标准已经使用了很多年,我国普遍的住宅层高都是根据这个标准而设定的.因此,许多热管的参数也是按照这个标准进行生产的.根据不同的进深,将热管倾角控制在0.5°～2°之间即可.
在建筑供暖中,热管的工作温度在二十摄氏度到四十摄氏度之间,属于中温热管的范围,综合考虑热管承压等的限制,一般选用的供热介质包括甲醇、乙醇、丙醇等.
2.热管在建筑供暖中应用的优点
相较于传统的供热系统,以热管作为传热装置的供暖系统具有相当大的优势.具体优势可以分为以下二个方面,第一,广泛的适应性,供热比较均匀,操作更加简便,安全可靠.第二,由于以热管作为传热装置的供暖系统取消了循环水泵、水处理设备以及其他的水暖附件等,整个系统没有易损件和辅助设备,大大减少了设备运行和维护的费用,降低了经济成本.
四、结语
将热管应用于建筑供暖,不仅可以达到供暖的基本需求,而且还可以增加居住的舒适性.同时,因热管本身所具备的优势,还可以降低整个供暖设备能耗,达到节能的目的,为节能供暖提供了新的研究思路和方向.尽管,目前在建筑一体化的应用过程中存在一些问题,但是,相信随着对其逐步的进行完善,热管一定能够成为未来节能供暖的一种选择.