关于全玻璃真空太阳集热管的质量现状分析及对其现行国家标准的研究

作者：张毅

  2005~2015十年间，无论原材料、工艺还是技术方面，真空管都有了突飞猛进的发展。随着太阳能热利用技术的日渐成熟，其多项核心性能，比如：罩玻璃管太阳透射比（以下简称太阳透射比）、太阳选择性吸收涂层的太阳吸收比（以下简称太阳吸收比）、太阳选择性吸收涂层的半球发射比（以下简称半球发射比）、空晒性能参数、闷晒太阳辐照量、平均热损系数、真空性能等都有了明显的提高，测试数据显示，如按照现行真空管国标要求指标，目前真空管的合格率已接近100%，说明现行国标部分指标偏低。

  另外，真空管的部分性能直接决定着太阳能热水系统的多项性能的好坏，例如：太阳透射比、太阳吸收比决定着热水系统的日有用得热量；半球发射比、真空夹层的真空度直接影响着真空管的热损失，进而影响热水系统的保温性能等。而家用太阳能热水系统国家标准CB/T 19141已于2011年进行了修订，例如GB/T 19141-2003《家用太阳热水系统技术条件》中的紧凑式家用太阳能热水系统日有用得热量已由≥7.5  MJ/m2提高到了GB/T19141-2011《家用太阳能热水系统技术条件》中的≥7.7 MJ/m2，热损失由≤22 W/( m3．K)提高到了≤16 W／( m3．K)，因此，真空管国家标准也应随之做出适当调整。

  本文根据近两年来对真空管主要指标的检测数据，分析得出目前真空管质量现状，并根据质量现状和GB/T 19141-2011《家用太阳能热水系统技术条件》的部分技术指标，分析给出GB/T 17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》部分指标的修订建议。

1  真空管质量现状

  自2013年以来，对近百批次真空管进行了测试，并选择了其中53批次数据进行分析，以下将对测试数据分项目进行分析。

1.1  太阳透射比、太阳吸收比、半球发射比

真空管的太阳透射比、太阳吸收比、半球发射比主要是由太阳选择性吸收涂层的膜层的好坏决定的，膜层是在基体材料表面所制备的一层或几层很薄的材料，对于真空管来说，基体材料就是硼硅玻璃3.3，一般薄膜的厚度可以从几个纳米到几十微米，其透射比和吸收比一般采用分光光度计进行测量（如图1）；半球发射比用半球发射比测试仪进行测量（如图2）。

所测得的太阳透射比、太阳吸收比曲线如图3、图4所示：

目前GB/T  17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》中对太阳透射比、太阳吸收比、半球发射比的要求为：太阳透射比≥0. 89（大气质量1.5），太阳吸收比≥0. 86（大气质量1.5），半球发射比≤0.080( 80±5℃)。挑选的53批次真空管测试数据如图5、图6所示。

  从图5、图6中可以看出，太阳透射比、太阳吸收比、半球发射比全部合格。其中太阳透射比0. 91以上的为50批次，占94%（其中，0.92以上的占46批次）；太阳吸收比0. 88以上为50批次，占94%（其中，0. 90以上的占37批次）；半球发射比>0. 070的为0批次，<0.065的批次数为50，占94%。从这些数据来看，所测试的真空管仅有极少数在合格线附近，绝大多数已远远超过了国家标准的指标要求。

1.2空晒性能参数、闷晒太阳辐照量、平均热损系数

目前GB/T  17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》中要求：空晒性能参数y≥190(m2．℃)/kW（太阳辐照度G≥800 W／rr12，环境温度t。在8—30℃之间）；闷晒辐照量：闷晒至水温从环境温度增加35aC，外径47 mm管所需的太阳辐照量≤3.7 MJ/m2，外径58 mm管所需太阳辐照量≤4.7 MJ／m2(G≥800 W／m2，环境温度t。为8—30℃)；平均热损系数Uc,r≤0. 85 W／( m2．℃)。真空管空晒性能参数测试数据如图7所示；闷晒太阳辐照量、平均热损系数测试数据如图8所示。

  测试中真空管的空晒性能参数共测试了25批次，闷晒太阳辐照量、平均热损系数共进行了53批次，所有检测项目均达到了合格标准。其中空晒性能参数在190~ 200( m2．℃)/kW之间的为0批次，在200~ 210( m2．℃)/kW之间的为2批次，其他23批次均达到220(rr12．℃)/kW以上，占到了总测试数的92%；闷晒太阳辐照量的测试数据多集中在4.3—4.6 MJ/m2之间，平均热损系数在0. 75~0.85W/( m2℃)之间的为0批次，在0. 65  W／(m2．℃)以下的43批次，占81010，均远超国标要求。

目前GB/T  17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》中要求：全玻璃真空管内管于350℃下，保持48h，吸气镜面轴向长度消失率不大于50%。挑选的53批次真空管真空品质参数测试数据如图9所示。真空品质所测试的53批次样品也均合格，且48批次检测的吸气镜面轴向长度消失率都在20%以下，占到了总测试数的91010，远超国家标准≤50%的要求。

1.3小结

  通过对53批次真空管核心项目测试数据分析，对比现行国标要求，得出53批次各技术指标按现行国标GB/T 17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》技术要求合格率达到了100%，根据测试的数据来看，绝大部分的样品不仅仅是达到了合格标准，而是远远超过了国标的要求，说明目前我国真空管的产品质量已有了很大的提高，同时也暴露了现行的真空管国家标准CB/T  17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》的指标偏低的问题，偏低的标准对于真空管产品来说已形同虚设。为了进一步规范产品制造和产业发展，国家标准的部分技术指标需要合理提升。

2  对GB/T 17049部分指标的设定建议

为了与家用太阳能热水系统的现行国家标准GB/T  19141-2011《家用太阳能热水系统技术条件》技术要求指标相协调，需要对GB/T 17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》标准中的部分指标进行重新修订，根据第1节中对测试数据的分析，建议可将部分指标进行提高，建议值如表1所示。

3  增加新型产品的检测要求

  随着经济的发展，居民生活需求的增多，真空管的产品种类也越来越多，例如直径达120 mm的闷晒管、管直径为70 mm的真空管等，而目前的国标中没有对此类新产品的检测标准要求，需要出台新产品的检验要求，以确保对真空管产品的全面监管，因此建议在对国家标准修订中考虑增加目前新增产品的检测要求。

4  总结

  通过对真空管测试数据分析，及对标准中的各参数研究得出：

  1)现行真空管国家标准指标偏低，有必要进行修订。

  2)根据测试数据及新版的GB/T 19141-2011《家用太阳能热水系统技术条件》中的指标要求，建议将太阳透射比、太阳吸收比、半球发射比、空晒性能参数、闷晒太阳辐照量、平均热损系数、真空性能等项目的技术指标进行提升，建议提升值如表1所示。

3)根据目前真空管产品的多样性，建议增加已有新产品的检测要求，比如增加直径70 mm的真空管以及直径达120 mm的闷晒管等。

5[摘要]本文通过对部分全玻璃真空太阳集热管（以下简称“真空管”）检测数据的分析，归纳了真空管的质量现状，根据分析结果总结了现行国家标准GB/T 17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》存在的几个问题，指出部分指标偏低，与现行国家标准G B/T19141- 2011《家用太阳能热水系统技术条件》部分指标要求不相协调，建议对GB/T 17049-2005《全玻璃真空太阳集热管》进行修订。