热管散热器安装方向气温超过35度时效果

拒绝高温!七大高效能热管散热器编辑推荐
[07-07 12:01:35]出处:pconline作者:无缘一见责任编辑:zhangqianliang
前言:很多CPU在超频后的发热量会大大增加,如果不采取有效的散热措施,那么系统的稳定性会受到严重影响。因此,CPU散热器的重要性越发突出。而现在夏天又在不知不觉中到来了,不少朋友又开始感受到了“爱机”传出来的阵阵热量了吧?虽然每年的夏天都会有相应的散热器导购推荐,但是由于硬件平台的更新,同时散热器产品也是日新月异,许多新产品令人眼花缭乱。所以今天我们对市面上种类繁多的产品进行了筛选,推荐了一些性价比较好的典型产品给大家。  市面上的散热器产品众多,我们推荐的产品也不可能完全满足大家的需求,但我们还是希望大家在选择产品前,能够对散热器产品有一定的看法或想法(推荐入门文章《》)。为什么我们推荐热管散热器?  在推荐之前我们总喜欢表明原因,就像卖要前,起码得让人知道这药是干嘛的。随着梅雨季节的离去,相信现在大家一早上班上学时感受到那八九点钟的太阳已有不同。气温的升高很明显的影响到了我们的生活,可是人觉得太热可以开空调,处理器太热了该怎么办呢?上水冷、干冰甚至是液氮?谁都知道这办法不错,立杆见影,可投入和易用性都不能令人满意,所以最终还得用上风冷。热导管散热原理  实际上风冷散热器种类还是比较多的,按照材质分有铝质散热器、铜质散热器、镶铜散热器和半导体散热器等。不过由于金属内部的导热并不十分理想,因此,为了加速热传导,人们开发了热管散热器,利用铜管内部物质的蒸发、冷凝来传递热量。由于物质的蒸发会迅速带走热量,并且蒸腾速度也明显高于在金属内部靠自由电子导热的速度;此外,他还能随着热源的升温提高蒸发效率,也就是说遇强则强。因此其散热效率会高于常规风冷产品。也就是说,我们推荐热管散热器的原因在于其能更好的转嫁热量。我该怎么选择热管散热器?  刚才我们说过,温度越高,热管内部的物质蒸发速度也会越快,不过这还必须加上两个前提,一个是热管内必须要有足够的物质来参加热传导(保持底部有液态物质),另一个就是底部的散热端要保持高效率,让气态物质液化冷凝回流。所以说选择热管散热器我们也必须把握这两个特殊的点――热管有几根;顶部的散热面积和风量是否足够支撑这些热管的需求。热管数量不足管内物质几乎完全蒸发的后果是温度飙升  当然,与水冷干冰类似,热管数量、口径、品质以及散热片散热风扇的面积口径的大小肯定会和产品售价挂钩。因此我们也必须先定下预算,我们不建议大家盲目的无限制的增加预算,应该本着够用就好的原则进行挑选。下面进入产品推荐环节。
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热管散热器气温超过35度时效果
所有的风冷,室温上升,温度会有所上升但幅度并不会很大,散热压力增大,此时风扇转速也会比较低。到了夏天、水冷散热系统都没有办法做到低于室温,风扇转速会自动升高,在气温高的时候相应的温度也会上升。比如室温10度的时候,用大霜塔(一种常见的6热管风冷散热器)压制i7-4790K满载大概在55度左右你说的不就是夏天的时候么
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90°的颠覆,热管散热器应该怎么装?
90°的颠覆,热管散热器应该怎么装?
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  由于TRad流显卡散热器的热管较长,垂直时热管的冷凝端要远远低于蒸发端,液体在回流时重力的影响变得特别突出。  RV02这类机箱不适合安装TRad流散热器,要获得更好的散热性能,必须保证散热器冷凝端的位置高于蒸发端,这是适用所有热管散热器的安装准则。
正常工作的必要条件  热管现在对于我们来说已是非常之熟悉,它在PC散热得到了广泛普及的应用,其原理也很好理解,是一种利用相变过程中要吸收/散发热量的性质来进行冷却的技术。热管工作流程示意图  典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成,将管内抽成一定负压后充以适量的工作物质(工质),使紧贴管内壁的吸液芯毛细孔中充满液体后加以密封。当热管一端受热时毛细芯中的工质蒸发汽化,蒸汽在微小压差下流向另一端放出热量后凝结成液体,液体再沿多孔材料借助毛细力和重力流回蒸发端,如此循环不断传递热量。热管的基本构造  一般来说,热管中的工质需要根据工作温度区间进行选择,对于PC散热,考虑到成本因素,厂商们一般选择的是纯水和部分添加剂。不过看到有同学说,我剪开热管为什么没有看到液体?  实际上热管里的工质是很少的,过多的话会引发液体阻塞现象,导致冷凝端无法正常工作,当然过少也不好,流体无法将毛细结构孔隙填充,造成热管蒸发端局部干燥。热管的直径、毛细结构、热管长度都会直接影响到液体的填入量。最常见的直径6mm长度15cm的热管其工质装填量大约为0.5毫升,而且都填充在毛细孔中,所以就算剪开热管也不会看到有液体流出。  著名科学家Cotter为热管学奠定了理论基础,一般称之为Cotter理论,其中提到了热管正常工作的必要条件:    △Pc ≥ △Pl + △Pv + △Pg  热管内的流体流动属于汽-液两相逆流流动,其中蒸汽从蒸发段流向冷凝段会产生压力降△Pv,冷凝液体从冷凝段流回蒸发段会产生压力降△Pl,而重力场对液体流动也会产生压力降△Pg(可以是正值,是负值或为零,视热管在重力场中的位置而定)。△Pl+△Pv+△Pg形成了工质回流的阻力,而热管中工质的循环动力是靠毛细吸液芯结构与工作液体产生的毛细压头,也就是△Pc。热管传热中存在各种极限  △Pv和△Pl一般随热负荷的增加而增在,主要受工质的黏度、密度、质量流量、热管长度、多孔物质渗透系数等影响,而△Pc则由吸液芯结构决定的,如毛细孔半径越小△Pc越大。毛细结构为循环提供的毛细压头是有限的,如果由毛细力作用抽回的液体不能满足蒸发所需的量,便会出现蒸发段的吸液芯干涸,蒸发段管壁温度剧烈上升,甚至出现烧坏管壁和热源的现象,这就是常见的毛细极限。  显然我们今天不是来学习如何去计算△Pc/△Pv/△Pl这些数据,只关心△Pg这一项,由重力场引起的对液体流动产生的压力降。当蒸发端位于冷凝端之上时,工作的液体回流时还必须克服重力的影响,当然冷凝端在上面时,重力会加速液体的回流。
显卡散热器中TRad流  现在很多中散热器在结构上作了些改进,比如说让穿过尽量多的鳍片,这样热管就变得很长,它们显著的特点是热管垂直于显卡后挡板,最早见于Thermalright的,还有后来推出的和版,之后陆续有其它厂家跟进类似设计的散热器,比如Prolimatech 、Zalman 系列、AC Accelero Xtreme Plus等,九州风神新推出的V6000亦是如此,为了方便描述,我们称这类散热器为TRad流。TRad流显卡散热器   TRad流散热器如果安装在传统的机箱内可以体现出它们强大的散热能力(热管与地面平行),从我们以前的测试就可以得到这样的结论。但是现在还有一种非传统机箱,像Silverstone RAVEN RV01//和/等机箱,它们颠覆了以前的安装方式,主板的IO位于机箱顶部,这样当显卡安装进去后,显卡散热器热管与地面垂直。新机箱带来了新问题  由于TRad流散热器的热管较长,垂直时热管的冷凝端要远远低于蒸发端,这和水平时只稍低一点的情况大为不同,液体在回流时重力的影响变得特别突出。  Silverstone在RV01机箱的中称“To achieve best performance in either heat pipe technology, they need to be placed horizontally or have the heat source side located below the other end of the heat pipe.”,大意是说,我们推荐使用热端比其它端位置低的散热器以获得更好的性能。对于TRad流散热器显然是不在Silverstone的推荐行列。
我们是如何测试的  那么,如果TRad流散热器安装在RV02这样的机箱里,散热性能会有多大下降,或者说,重力会有多大影响?我们做了一些简单的测试。  测试均在RV02机箱内完成,同样的硬件配置和风扇组合,唯一的不同是机箱的放置方式有所不同,一是正常的(Normal),显卡垂直安装于机箱内,另一种是将RV02旋转90度(Vertical),保持电源上置,此时显卡平行于地面,模拟传统立式机箱的状态。两种情况下的风道影响或许有所区别,但对显卡散热的影响应该不是很大。  测试的显卡散热器包括AC Accelero Xtreme Plus(标配)、MK-13、T-Rad2 GTX和Shaman,对比的有GeForce GTX 275原装散热器和微星N460GTX HAWK自带的散热器,模拟普通显卡散热器在两种机箱状态下的散热性能变化。微星N460GTX HAWK  利用Furmark进行稳定性测试,让显卡满负载运行,记录它们在稳定后的GPU温度。
传统显卡散热器登场  先亮相的传统显卡散热器,或者说是非TRad流散热器,用GeForce GTX 275原装散热器和微星N460GTX HAWK自带的散热器作为代表。  来看看它们在两种不同放置方式的RV02机箱内会有什么不一样的表现:  可以看到无论是RV02正常放置(显卡垂直于地面)还是旋转90度后放置(显卡平行于地面),对GPU温度的影响非常小,在1-2度之间,从一定程度上也可以说风道的影响不是很大。  理论上看,微星N460GTX HAWK在垂直于地面时其散热器有两条的冷凝端是明显低于蒸发端的,这时重力的影响会变大,当然另两条热管的冷凝端会高于蒸发端,重力会带了正面影响,实际结果GPU温度只高了1度,类似状况也出现在AC Accelero Xtreme Plus散热器上,但结果却相差甚远。
TRad流散热器:结果超乎想象   这次测试TRad流显卡散热器包括AC Accelero Xtreme Plus,MK-13、T-Rad2 GTX和Shaman,除了AC的那款是用GTX 480外,其它三款均安装在GTX 275上进行测试。不过下面的数据大家比较各散热器两个成绩就好了,不用纵向比,因为频率、风扇、环境温度并没有保证在同样条件下,没有可比性。  上面这个数据应该会让很多人大吃一惊吧。  这四款TRad流显卡散热器在垂直/平行于地面时的性能一致表现得天差地别,当以正常方式安装在RV02机箱内时,散热器的是垂直于地面的,此时性能非常之差,像T-Rad2 GTX和MK-13完全不能胜任基本工作,GPU温度一路狂飙到105度并自动进入保护期。  即便是表现最好的Shaman,也比它水平装置(RV02旋转90度)时要高出17度,这可能与它的热管长度较短也有一定关系,Accelero Xtreme Plus也要高出20度,恐怕这些不是风道影响可以解释的。Prolimatech MK-13水平于地面时的GPU温度(点击放大)Prolimatech MK-13垂直于地面时的GPU温度(点击放大)
小结:散热器要这样装  诚如Silverstone所说,RV02这类机箱是不适合安装TRad流显卡散热器的,要获得更好的散热性能,必须保证散热器冷凝端的位置高于蒸发端,这是适用所有热管散热器的安装准则。  之所以出现这样的情况,是热管中回流液体的重力影响明显超出了我们的想象,像MK-13这样的散热器在垂直安装时,其毛细压头完全不能推动液体回流从而引发毛细极限。换一个角度来说,热管的质量是不是应该再提升一些,由液体表面张力系数和毛细孔半径决定的毛细压头不可以再高些吗?  到底是重力影响太大还是热管吸液芯结构不理想?  在更加专业的应用领域,毛细泵回路(CPL)是用来解决小温差、长距离热量回收的有效方法,比普通单相回路热管有更好的温控和传热效果,期待有一天能引进到PC散热中。
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&基本原理 &我知道一点!但去不清楚现时中的实物什么样的!我造小型的几十厘米大可以吗????我用什么制最简单!毛细内芯可用什么代替???I!bhLH & 我看一个实验 !一有氟力昂的试管!中间有一支点!调平衡!液体蒸发试管倒下!头进入水杯中!气体凝结为液体 !流回低部!试管恢复平衡立起!!如此反复!止水用完!!可做玩具等!!!!$%l_ & 请问他算热管 吗????{;m|&6生活中有许多事情人们远远没做好!有时是财富错位所至!换一种目光重新审视这个世界时会发现不费吹灰之力就能创造许多的幸福和美!”
05:04pm IP: 已设置保密[本文共358字节] &
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简单地讲,就是利用密闭容器中的(一般是长管状)极低蒸气压的导热媒介,在气液两相之间相互转换来实现热量的转递。(当然,容器事前要抽真空)其高效导热的原理是:在接近真空状态下,气体分子是以接近直线运动形式将其自身的动能由热端转递到冷端。yjY
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过去有个玩具,小鸟不停地喝水就是利用氟利昂。S*HV我乃齐天大圣也! 如意金箍棒被如来佛主收了!! 不过我还有72变和金刚不死之身!!!! 外加跟斗云,用我的火眼金金看尽天下事!!!!!
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网络出了点问题,来迟了. 9ma6热管我做过.QPA一根普通的铜管,一头锤扁封上,在另一头抽真空,然后加入氟利昂,关键是掌握液态的量,不能太多或太少,可五分之一试试,方法是晃动了毛估估,无须太准确,最后封口即可. &当然散热端如有必要可接上平面的腔体,只要估算了表面积不是太大,能承受总压力就可以。 & 按装要领是需散热的放低处,对外换热的放高处,低处受热后液态气化向上,上面外表面有大面积翅片,放热后液体沿管壁借重力回流,只要管子不是太细,同一管道气液不会冲实,当然也可以做成双管气液分开循环的,符合重力就可以.c-差不多的方法,买不到原装热力膨涨阀时也能用上法修复.uq1k2i想到不一定做到, 做到必须先想到.
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热管,最简单可付诸实用的形式是:取一根一端带有能可靠密封口的管状物,将其中灌满水后(最好是开水,因为开水中己使空气挥发),将其封口端朝下,在其底部继续加热到大部份水己气化后,立即将封口焊死即制成一个最简单的热管。(最好要使热端内侧贴管壁衬上一些能吸附液体的纤维物质,并且一定要使热端朝下) 99WZ
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[这个贴子最后由raddar在
08:23am 第 1 次编辑]a8&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  -&Q&fmrt 朋友的方案简单合理易行,表述用语规范,上述若是自己的切身体验,该是个中高手.B\L&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  &rd[a喜欢动手的朋友只要有一只电烙铁就可体验其中的乐趣。fm
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CPU散热可考虑水重力循环,或热管技术。x3
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我开发了总能流管,一种超级热管,做中央冷房空调。qr护湖少侠的博客:
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最简单的热管就是一根密封管子,里面装有传热工质并抽成真空。一端受热,工质mGmb蒸发,在另一端冷凝放热后流回下部,如此反复循环,热量就源源不断从热端传往冷端。一旦上部环境温度高于下端,循环就自动终止。所以热管的最大特点就是传热具有单向性*v~世界因我而不同!不怕做不到!就怕想不到!
11:50am IP: 已设置保密[本文共256字节] &
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自然冷能及其应用简介3L & & & & & &自然冷能实用技术简介df)eF; & & & & &
_ia & & & & & & & & (中国科学院资源环境科学信息中心), & & & &,&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  !-f编者按 & & & & & & & &5J&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  h & & 一种新的潜在实用能源正在悄悄兴起,并日益引起多方注意,它就是“自然冷能”。它是利用自然常温环境下存在着的温差获取低温差低温热能,进行定向的集热或散热,为与一般热能相区别,研究者把这种能源称为“自然冷能”,简称“冷能(Cool & Energy)”。由于自然界维持环境温度的能力为无限大,因此,冷能数量也为无限大。我国大部地处大陆性气候区,地-气温差和气温的日较差、年较差都较大,开发利用冷能的前景非常光明。\K#! & &国外及国内的研究与应用表明,自然冷能应用领域非常广阔,遍及人们日常生活、工农业生产及军事或航天等各个领域,具有规模生产和推广应用的巨大价值。特别是,自然冷能随处存在,利用过程之中不产生环境污染,是一种洁净能源;同时,自然冷能容易获取、投入少、产出多、经济效益显著,对促进社会、经济的可持续发展具有重要作用。随着其研究的深入以及相关技术的成熟,自然冷能必将像太阳能、风能等一样成为21世纪重要的新能源。2AKB\J & &目前,自然冷能在我国尚未引起有关领导及企业家的足够重视,因而限制了自然冷能的示范应用研究和开发推广。为此,我们特约张津生、傅蓉两位研究人员撰写了如下报告,以供参阅,以期引起重视,积极扶持自然冷能的研究和开发推广。Hev)v&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  }'l&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  ?;%Z&&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  o0=t3 & & & & & & & & & 自然冷能及其应用简介_7y&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  [;&3 & & & & & & & & & & & & & & & &张津生 傅蓉tP'tnZ &E]n-+D & & & & & & & & & & &(中国科学院兰州冰川冻土研究所)3cH^.&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  *uS18一、概述4G6&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  ='hz]; & &常规采用提高热源温度(例如燃烧煤炭或石油)的方法获得热能,并且将自然环境作为冷凝器(冷源或热汇),使热机运行,热源温度永远高于自然环境温度,二者间温差越大,能量品位越高,因此提高热源温度与降低冷凝器温度,同样都能获得有效能量。进一步,如果从夏季开始,保持一个能量载体的温度状态直至冬季作热源,并以低气温环境作热汇,同样可以使热机运行。该过程所获得的能量,除了热源升温外,还取决于热汇的冷却降温,二者缺一不可,并且冷、热温差越大,能量品位越高。由于大自然维持环境温度能力为无限大,所以该能量数量也为无限大,是一种潜在的能源。T & &为了区别于一般热能,我们把自然常温环境下存在着的这种低温差低温热能叫做“自然冷能”,简称“冷能”。我国大部地处大陆性气候区,气温的日较差与年较差都较大,比起低平原海洋性气候区,冷能潜力要大得多,利用成本相对较低,与风能及太阳能一样,同样具有经济价值。它随处存在,几乎不受天气影响,利用过程也不会产生环境污染。如果成本合理,在能源紧缺但又交通不便地区,尤其是广大农村、山区,人烟稀少或边远地区,利用自然冷能往往更为经济实惠。rW*Z & &经常借助热管,通过定向集热或散热过程,实现冷能利用。y & &我国商周时代即有冬季取冰保存,夏季取用的作法(诗经,“豳风”)。60年代,美国阿拉斯加输油管路,利用寒冷的气候条件加强散热,防止基土融化下沉,保证了安全运行。受此启发,研究人员开始对自然冷能进行实用化研究。1986年,经过约十年的试验研究,日本建成了世界上第一座热管换热式、自然冷能制冷的冷藏库。观测结果表明,库四周季节冻上层终年保持冻结状态,达到了预计效果。我国于1990年建成利用自然冷能致冷的“无能耗”实验冷藏库,用于农副产品贮存。i~)`&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  B]{X:2二、热管技术概要4&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  VC| & &热管是一种高效传热元件,最初专利出现于1942年。1962年,由于卫星的向阳面温度高达74℃,而背阴面低这-44℃,温差过大容易造成设备故障,有人提出采用热管均温的方案。1967年,利用热管使卫星表面温差缩小到了14℃左右,太阳光电池的阳面温度也由49°C降到了7.5°C。从此它才被人们所重视,迅速在各领域得到应用。(oHC7S & &最简单的热管就是一根密封管子,里面装有传热工质并抽成真空。一端受热,工质&H蒸发,在另一端冷凝放热后流回下部,如此反复循环,热量就源源不断从热端传往冷端。一旦上部环境温度高于下端,循环就自动终止。所以热管的最大特点就是传热具有单向性。T/ & &改变管内工质类型,热管可以适用于不同工作温度;改变形状与结构,可以满足各种传热要求,成为热二极管、变温管、恒温管、热开关管等。根据具体要求,利用各种热管的不同特性,可以组合制作出各种高效、体积紧凑的热管换热器。大到钢厂余热利用,人造卫星的均温,小到医疗冷冻手术刀,电子元器件散热,热管都发挥着不可替代的作用。/)&E=^ & &热管制作关键是封口工艺。我们淘汰了传统的压溃法,无需昂贵的进口设备,封口质量可靠,操作简便,适合乡镇企业实施。本真空封口技术已获得国家专利。,lR & &我们曾利用直径5.3厘米,长3.5米的普通工业热管,对260~330°C烟气进行余热回|收。热管运行工况测定结果表明,处于该工作温度下,单支传热能力为1.3千瓦,在设计温度(350~430℃)下约为2千瓦。在甘肃省河西走廊中部,直径7.3厘米热管的致冷段长4.5米,冬季四周结冰直径约1.2米,每米制冰能力约为1.1方,整个冬季单管制冰能力约5方(随环境气温变化而异),价格最高700元。按每吨冰价值300~350元计,当年收回成本。D,r&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  f-C三、应用实例J&0U# &发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  ZCSG1. &“无能耗”冷藏Q(aZ6w & &本项技术指利用自然冷能作为能源降温的冷藏库。自然环境中,存在有数百平方米围小范围,寒冬腊月春暖花开,六月份炎暑却天寒地冻的“反季节”现象,当地群众用作天然冷库。同样,如果采取措施,冬季强制土中热量向大气散发,使土层充分降温作为冷库,同时减少逆向传回地下的热量。夏季高温时,库内仍保持在0C附近。实现这种不用常规制冷机械,仅以自然冷能降温的目标,具有多种不同方案。}y# & &(1)自然冷能致冷的方式`^ & &目前国内、外利用冬季的低气温制冰,代替机械致冷,贮存果品、蔬菜,主要有以下四种方式。z & &一是积雪大棚法:以积雪作冷库,天暖时在雪层表面复盖保温层(例如,在积雪表面喷覆泡沫隔热层),限制积雪融化,一般到夏季为止。c`vVj & &二是压雪制冰法:冬季将雪压缩成泡沫冰,存于库内,作为致冷源。如果库内始终有充足的冰,库内气温就能常年保持在0℃附近。r & &三是强制通风制冰法(以下简称“通风法”):将冷库分为两大部分,一部分作为实用的贮存间,另一部分作为冰(水)室。在冰室中放置水槽,冬季低气温时利用风机强制通风,使槽中水冻结成冰。天暖时则利用风机使热空气通过冰室冷却至0℃附近,再进入贮存间,达到使存储物降温目的。|`y#Q & &四是人工冻土法(以下简称“冻土法”):该法将冷库建于地下,四周土中插入热管。冬季气温低时,土中热量通过热管散入大气,由于热管传热具有单向性,所以一旦气温高于地温,传热过程就立即自动停止,热量不会逆向传回地下。若气温低于冰点,土中水分放出潜热冻结,天暖时冻土又将吸热融化,保持库温始终在0℃附近。如果冻土融化完毕时,刚好下个冬季到来,土又会重新冻结,库内温度就得以终年保持恒定,实现冷库周年运转。! & &前两种方法适用于降雪丰富地区(例如日本经常采用),我国一般难以实施。由于我国北方冬季寒冷干燥,所以后两种方案适用。通风法建立的冷库已在河北地区推广。我国已有冻土法建库方案先例,由于工程技术要求较高,目前尚未得到应有的重视与推广。下面分项对各种方案作简单对比。ss/?j & &(2) 节能效果j3y-fI & &实践结果表明,前述第三方案,即通风法,在河北省气温条件下,每吨位贮存容量平均需要制作2.3吨冰,每吨冰大约耗电3度。若以普通冷冻机制冰,吨冰耗电量约30度。可见,利用自然冷能制冰,可以节电90%。如果采用热管降温的第四种方法,即冻土法,则不需耗用电力,节电效果100%。[z&Oxg & &(3)投资分析Pq]FCL & &常规机械冷库与强制通风制冰冷库,每吨贮存容量的投资分别约为4,000以及2,080元。可见,利用自然冷能降温,不但节电,基建投资几乎也少一半。值得注意的是,通风法要求很大一部分的库容存冰,冰室与存储间的容积比,一般大约为2.3:5(≈1:2.2)。河西走廊中部张掖地区气候条件与河北相近,为便于比较,下面我们以在张掖建立千吨贮存能力的库为例。常规机械致冷,该库投资约需400万元。.K\K & &通风致冷式冷库约为208万元,其中1/3以上是水冰室。这部分冰室是无效库容,按总库容1/3计,相应占用投资为69万元。若该部分投入用于热管,采用冻土法致冷,按热管最高售价(每支700元)计算,该69万无可以购买980支热管,相应制冰能力应为4,900吨。按照最不良状态,即在热管四周结冰厚度只有1.0米考虑,则每支热管最低制冰能力为3.53吨,仍可获得总量3,460吨的冰。用于果蔬贮存,相应储存能力为1,500吨。可见,按照最保守的计算方法,冻土方案至少也能比通风法再减少23万元投资。正常情况下,应能节约34万元。VNin & &通过此例不难得知,冻土方案比通风方案可以再节约投资11%~16%以上。RY? & &(4) 效益分析` & &热管可以在很小的温差下进行大热量传递,所以比通风法能更为有效地蓄积冷能。/B#:实际上热管工作并不限于冬季,只要库内温度高于外界环境,温差再小,热管也能立即恢复工作,将热量传出,降低库内温度,有效延长库内果、菜保存期。适用于-20~+30°C的专用热管,可以使库内温度始终保持0°C上下。这个运行过程不耗用动力,也几乎无须管理,全部自动进行。因此,该方案的投资、能耗与运行费均为最小,节能效果与经济效益最高。8cfQhB & &以苹果为例,贮存环境温度每提高10℃,损失速度增加2倍。如果结合气调等贮存技术,某些品种在冻土冷库中贮存,可以终年满足出口要求。根据以往经验,可以使苹{果增值三成以上。t此外,热管对环境条件要求不高,可以加装于农家土窖。改造现有果、菜窖,平均每吨位库容投资约600元,一般农户土窖约10~20平方米,加装10~20根热管即可满足果3品窖藏最低需要,一般两年收回成本。uj\OH & &利用自然冷能不会产生污染或其它不良影响,因此没有环境成本,有助于经济的可-8持续发展。冷库一般处于阴坡等非耕地点,不占用耕地。这种无能耗冷库建造简单,所以便于推广。借助我们的专利技术,热管可以依据现有乡镇企业的简单机械设备生产,甚至可以发展形成一种新型产业,带动不景气的机械加工行业发展。所以,除了可观的经济效益以外,还具有良好的环境效益、社会效益与生态效益。\Fi & &2.塑料大棚调温^zl & &北方大部地区,特别是西北地区,太阳光能丰富。例如河西走廊的太阳能光合生产Z%^5能力在3700公斤/亩左右。一般17~35℃是作物最佳气温,日均气温11~17 ℃是普通作物生长的基本条件,而且夜间不可低于7℃,4℃以下作物不再生长。在这些温度条件限制下,太阳光能资源再丰富,作物也无法利用,这就是所谓“光温资源不足”。因此,在河西地区,太阳光能的利用率还不到三分之一,光合潜力只发挥了7%~13%。由于温室可以有效提高内部温度,所以利用塑料大棚可以增产。昼夜与冬夏间的温差,蕴涵着大量的自然冷能,一直未被利用。r`H/ & &实践表明,晴天中午,即使是在冬季,塑料大棚内部的气温也可以上升至接近40℃,必须进行散热,形成光温资源的浪费。如果利用吸能体将部分热量吸收,并储存起来,不但可以限制温升,气温降低时,释放出这部分能量,又可以减少棚内温度下降。能量的一吸一放,构成一个冷能利用周期。以昼夜为调温周期叫做日调节;如果利用冬夏温差调节棚内温度,就成为年调节。c & &除了气温以外,地温也是不断周期变化的。由于土的热容远大于大气,所以地温变化幅度一般小于气温,而且落后一定相位。3米深处地温年变化约在15±4℃范围内,七月份最低。气-地间的温差也蕴涵着大量冷能。一般状态下,每立方米土温变化1℃,吸收或释放约650大卡(约2700千焦耳)热量,大约相当于兰州或天水地区冬季0.3平方米地面日辐射能量,相当于20平米室内空气温度降低或升高10℃所需能量的4倍。所以,大地是理想的蓄能体。%*lT=$ & &夏季利用多余的太阳光热升高地温,冬季寒冷时再释放出蓄积的能量,即利用相对较高的地温使空气增温,就可以提高光能利用率。同样,如果白天高温时,将太阳光热Y蓄存于棚内的蓄能体内,夜间就可以利用这部分能量增温。如果阳光条件适当,单纯依据日调节,就可以使塑料大棚进一步增产,甚至实现大棚的周年连续生产。由于调温过程自动进行,几乎无需管理费用。| & &对塑料大棚温度进行日调节,必须在内墙增设蓄能板,具体数量根据要求而异。每亩需增加一次性投资8千至2万元。:vX & &如果实行年调节,则需增加太阳光热板,夏季吸收太阳能。据果蔬栽培方面资料,若每亩增加2~6万元蓄能调温设施,控制果品成熟期,就可以在兰州地区种植高值作物。以大樱桃为例,增加5万元调温设备投入,1年后开始产出,按亩产300公斤以上计,至少价值6、7万元,可以全部出口,2~3年可以收回调温系统投入。兰州地区冬季气温低,光能充足,所以果树休眠结束早,果品能够比沿海地区提早上市,经济价值可比露地生产提高4~6倍(节日期间甚至达到10倍)。沿海地区通过温室调温,果品提早1、2个月上市,每亩产值已达到2~5万元,净增收入1~4万元。在调温式塑料大棚中种植葡萄,提前或推迟葡萄成熟,通过延长供应期可以大幅增值。河北省滦县日光温室葡萄,亩产公斤,每公斤售价30~60元,每亩收入3~6万元;沈阳曾有日光温室葡萄每亩最高收入十几万元的报导。G$S & &同样,在兰州地区的塑料大棚内进行调温种植,可有效消除寒冷影响,生产猕猴桃等作物,减轻果品运输负担,降低售价;通过降温调节,推迟产期,仍然可以使产品增值。通过调温措施提高产量,以及产品大幅增值,一般能在3年以内收回调温设施投入。.xp & &3 “无能耗”空调'OzKgx & &依据塑料大棚调温同样原理,可以实现房屋“无能耗空调”。采取集中空调时,每平方米建筑面积约需20~40元投资,与普通空调设施投资相当,但空调能源主要是冷能,只消耗一些通风用电,所以能够大幅度节电。%gR & &以北京为例,平均每台空调按3千瓦功率计算,假定280万户中有50万户安装了空调,每年只在七月份及八月份前半个月使用,而且每天只开动3小时,则每台日耗电9度,共450万度,在这45天中共耗电2.03亿度。每度电折合煤耗按400克计,相当于8.2万吨标准煤。实际上空调用电大户是宾馆、饭店、商店以及办公楼等,加上电风扇用电,大约是居民空调电量的三倍,消耗的电力相当于一座20万千瓦中型电站的发电量。武汉、南京、上海、广州的夏季空调用电都接近60万千瓦,湖北省的工厂经常因此而停工让电。&*^ & &如果利用自然冷能调温,耗电量将下降到1/30以下。具体原理很简单,夏季利用较低的地温为室内降温,同时地温将随之升高。冬季倒过来,利用较高的地温为室内升温,即使能量不足,仍可以减少部分能耗。如果设计得当,吸热与放热间基本平衡,至少能够在北京地区实现冷能空调。E? & &北方冬季取暖,南方夏季空调,都是不可避免的耗能大项。如果北方充分利用太阳能并结合冷能进行空调,可以有效减少能耗,广大农村将因此节省薪炭消耗,减少环境污染,同时利于保护土壤肥力。对于能源紧缺地区,例如西藏,结合太阳房开展冷能空调,冬季可以有效改善室内环境条件。_&re6 & &需要指明的是,南方地区,3~6米深地温大约平均15t。即使在广州,冬季也有约3周时间因湿冷难忍而仍需要取暖,因此人们经常利用电褥子。如果开展冷能空调,冬季除了需要降低地温以外,通过利用地温供暖,可以提高室内的舒适度,同时也为夏季降温增添冷量。&&&, & 4 其它自然冷能利用Lqi&rK很多场合,利用自然冷能可以使一些困扰我们的难题得以简化。例如,交通不便,供水困难地区,往往有丰富的苦、咸水。类似上述无能耗冷藏库,地中安放冷凝器,夜xt间大地蓄积冷量,白天气温升高时,利用太阳的幅射伞及环境高温蒸发苦水,将水蒸汽收集并引人冷凝器中,就能得到淡水,周围的土也因此而随之升温。但随着夜间气温下降,热管又自动开始工作,将土中热量传出并散往大气,系统重新储备冷凝能量。如此循环连续不断,可以实现“无能耗”淡化苦水。a&X?l$ & &对于沙漠地带,可以利用沙丘作蓄能体;对于海岛,可以利用三米以下深处海水作冷源。蒸馏设备是个专用装置,所以这里不再作具体说明。wp?&7 & &本系统运转既不需人工管理,所用热管也可以随意拔出转移,反复使用。加之设备简单,造价较低,所得淡水代价将极为低廉,特别适用于沙漠、海岛等能源供应紧缺地区。c`pa|l & &由于工业余热大部放入大气,所以也可以作为冷能而加以利用,如工业炉窑的余(废)热回收。又如,在发动机排气管上,加装小型专用换热器,充分利用尾气余热加热空气并送往车内,冬季可以改善拖拉机或汽车驾驶员的工作环境以及车内的乘坐条件。,这种附加装置结构简单,拆装也很方便。5k & &此外,利用热管散热,大者可以防止煤堆自燃,防止棉花包、粮仓升温,小者可以为电子元件散热等,具体应用范围甚广,不再一一列举。gQ=Wb & &以上是关于自然冷能的简单介绍。尽管现在它还不被多数人所认识,实际上它已在工业、交通、医疗卫生、能源、矿业、航天等生产与科研方面得到广泛应用。还有人研究利用自然冷能发电,尽管目前处于初期,实验样机功率还不到3千瓦,但是随着矿物能源的匾乏,自然冷能将和风能、太阳能一样,成为重要能源,具有光明前景。Nf_&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  \&gy&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  ^cPf~&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  ]8[ & & & & & & 自然冷能实用技术简介 6&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  g3iR] & & & & & & & & & & & & & & 张津生 傅蓉 & yyF&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  7nPyJ & & & & & & & & & (中国科学院兰州冰川冻土研究所) & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & G2D&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  wS{ &发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  7 一、概述 & & & &eu&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  _&U*F & &常规采用提高热源温度(例如燃烧煤炭或石油)的方法获得热能,并且将自然环境作为冷凝器(冷源或热汇),使热机运行,热源温度永远高于自然环境温度,二者间温差越大,能量品位越高,因此提高热源温度与降低冷凝器温度,都能获得有效能量。空气与大地的温度总是不断周期变化的,二者间经常存在一定温差。如果从夏季开始,保持大地的较高温度状态直至冬季作热源,并以气温环境作热汇,同样可以使热机运行,因此,按照需要进行定向集热或散热,同样可以获得能量。在此过程中,除了热源升温以外,能量的多少还取决于热汇的冷却降温,二者缺一不可,冷、热温差越大,能量品位越高。由于大自然维持环境温度能力为无限大,所以该能量数量也为无限大,是一种潜在的能源。q1YDIs & &为了区别于一般热能,我们把自然常温环境下存在着的这种低温差低温热能叫做“自然冷能”,简称“冷能”。我国大部地处大陆性气候区,气温的日较差与年较差较大,比起低平原海洋性气候区,冷能潜力要大得多,利用成本相对较低,与风能及太阳能一样,具有应用价值。它随处存在,几乎不受天气影响,利用过程也不产生环境污染,能源紧缺但又交通不便地区,利用冷能往往更为经济实惠,有助于保护环境以及实现经济的可持续发展,有望成为21世纪的新能源。w & &我国商、周时代即有冬季取冰保存,夏季取用的作法(诗经,“豳风”)。60年代,美国阿拉斯加输油管路,利用寒冷的气候条件加强散热,防止基土融化下沉,保证了安全运行。受此启发,研究人员开始对自然冷能进行实用化研究。1986年,经过约十年试验研究,日本建成了世界上第一座热管换热式、自然冷能制冷的冷藏库。观测结果表明,库四周季节冻土层终年保持冻结状态,达到了预计效果。我国于1990年建成利用自然冷能致冷的“无能耗”实验冷藏库,用于农副产品贮存。若能推广该项技术,可以明显获得经济效益。例如,在35℃以下,苹果的储藏温度每上升5~10℃,果肉的失速度提高1~3倍。若处于最佳储藏温度-1~0℃,可保存几个月,甚至周年贮存,而仍能满足出口要求。L' & &又如,利用冷能进行存储,则甘肃地区的籽瓜保存至年末可以升值80%。D*&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  m38K=?二、热管技术概要'Q&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  E^EGZu & &热管是一种高效传热元件,最初专利出现于1942年。直至1962年,由于卫星的向阳面温度高达74℃,而背阴面低达-44℃,温差过大容易造成设备故障,有人提出采用热管均温的方案。1967年,利用热管使卫星表面温差缩小到了14℃左右,太阳光电池的阳面温度也由49℃降到了7.5℃。从此它才被人们所重视,迅速在各领域得到应用。E & &最简单的热管就是一根密封管子,里面装有传热工质并抽成真空。一端受热,工质蒸发,在另一端冷凝放热后流回下部,如此反复循环,热量就源源不断从热端传往冷端。一旦上部环境温度高于下端,循环就自动终止。所以热管的最大特点就是传热具有单向性。_dI=( & &改变管内工质类型,热管可以适用于不同工作温度;改变形状与结构,可以满足各种传热要求,成为热二极管、变温管、恒温管、热开关管等。根据具体要求,利用各种热管的不同特性,可以组合制作出各种高效、体积紧凑的热管换热器。大到钢厂余热利用,人造卫星的均温,小到医疗冷冻手术刀,电子元器件散热,热管都发挥着不可替代的作用。#3\Y+7 & &热管制作关键是封口工艺。我们淘汰了传统的压溃法,无需昂贵的进口设备,封口质量可靠,操作简便,适合乡镇企业实施。本真空封口技术已获得国家专利。{:_^ & &我们曾利用117支直径5.3厘米,长3.5米的普通工业热管,对260~330℃烟气进行余热回收。运行工况测定结果,单支热管传热能力为0.6~1.3千瓦(在设计温度350~430℃下约为2千瓦),换热器日回收热量折合标准煤炭200~420公斤。l& & &在甘肃省河西走廊中部,直径7.3厘米热管的致冷段长4.5米,冬季四周结冰直径约为1.2米,每米致冷段的制冰能力约为1.1方,整个冬季单管制冰能力约5方(随环境气温变化而异),价格最高700元。按每吨冰价值300~350元计,当年收回成本。CF & &本项技术曾于1992年的全国首届丝路节技术展销会获银奖。-8w & &热管制品所需设备及材料,全部可由国产品提供。主要工艺为热管制作生产、换热配套,施工三大方面。换热器制作技术简单,只需要普通车床、钻床、焊接及钳工设备就可以投产,设备投入不到70万元。若由普通机械加工厂外协制作,只要有数十至一百平方米总成厂房,就可以开工。B,a!l&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!   kj三、实用技术项目简介9U&&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  ?fkWX & &1.“无能耗”冷藏Qd8 & &本项技术指利用自然冷能作为能源降温的冷藏库。自然环境中,存在有数百平方米小范围,寒冬腊月春暖花开,六月份炎暑却天寒地冻的“反季节”现象,当地群众用来作天然冷库。同样,如果采取措施,冬季强制土中热量向大气中散发,使土层充分降温作为冷库,同时减少逆向传回地下的热量。夏季高温时,库内仍保持在0℃附近。实现这种不用常规致冷机械,仅以自然冷能降温的目标,具有多种不同方案。目前国内、外利用冬季的低气温代替机械致冷,贮存果品、蔬菜,主要有四种方式。一是积雪法:以积雪作冷库,或冬季将雪压缩成泡沫冰,存于库内,作为致冷源。二是冻冰法:冬季分层洒水冻冰,形成冷库。三是强制通风制冰法(以下筒称“通风法”):将冷库分为两大部分,一部分作为实用的贮存间,另一部分作为冰(水)室。在冰室中放置水槽,冬季低气温时利用风机强制通风,使槽中水冻结成冰。天暖时则利用风机使热空气通过冰室冷却至0℃附近,再进入贮存间,达到使存储物降温目的。四是冻土法:冷库建于地下,四周土中插入热管。冬季气温低时,土中热量通过热管散人大气,由于热管传热具有单向性,所以一旦气温高于地温,传热过程立即自动停止,热量不会逆向传回地下。若气温低于冰点,土中水分放出潜热冻结,天暖时冻土又将吸热融化,保持库温始终在0℃附近。如果冻土融化完毕时,刚好下个冬季到来,土又重新冻结,库内温度得以终年保持恒定,实现冷库周年运转。=_TVE & &积雪法适用于降雪丰富地区(例如日本),我国一般难以实施。由于我国北方冬季寒冷,所以后两种方案适用。通风法制冰冷库已在河北地区推广。冻土法建库方案也已有先例,只是由于工程技术要求较高,目前尚未得到应有的重视与推广。& & &实践结果表明,在河北省气温条件下,平均每吨位贮存容量(吨容)需要2.3吨冰,采用通风法,每吨冰大约耗电3度。若以普通冷冻机制冰,吨冰耗电量约30度。可见利用自然冷能制冰,可以节电90%。如果采用热管降温的冻土方案,则不需耗用电力,节电效果为100%。,[0wK2 & &常规冷库与通风法制冰冷库,吨容投资分别约为4,000及2,080元。通风法要求很大一部分库容存冰,冰室与存储间的容积比在2.3:4~7(≈1:1.7~3)间,一般为1:2,无效库容占用投资较大。若以该无效投资购置热管,制冰能力至少增加一半,即使按最保守的计算方法,冻土法也比通风法节约投资11%~16%。4e|
& &热管可以在很小的温差下进行大热量传递,所以蓄积冷能效率最高。实际上热管工作并不限于冬季,只要库内温度高于外界环境,温差再小,热管也能立即恢复工作,将热量传出,降低库内温度。适用于-20~+30℃的专用热管,可以使库内温度始终保持0℃上下。该过程不耗用动力,也几乎无须管理,全部自动进行。因此投资、能耗与运行费均为最小,节能效果与经济效益最高。y=3& & &此外,热管对环境条件要求不高,可以加装于农家土窖。改造现有果、菜窖,平均每吨位库容投资约600元,一般农户土窖约10~20平方米,加装10~20根热管即可满足果品窖藏最低需要,一般两年收回成本。利用自然冷能不会产生污染或其它不良影响,冷库一般处于阴坡等非耕地点,不会占用耕地,建造简单,便于推广。借助我们的专利技术,热管可以依据现有乡镇企业的简单机械设备生产。因此,除了可观的经济效益以外,还具有良好的环境效益与社会效益。K&3T^ & &2.塑料大棚调温8}m&@p & &北方大部地区,特别是西北地区,太阳光能丰富。例如河西走廊的太阳能光合生产能力在3700公斤/亩左右。一般17~35℃是作物最佳气温,日均气温11~17℃是普通作物生长的基本条件,而且夜间不可低于7℃,4℃以下作物不再生长。在这些温度条件限制下,太阳光能资源再丰富,作物也无法利用,这就是所谓的“光温资源不足”。因此在甘肃省河西走廊地区,太阳光能丰富,但利用率还不到三分之一,光合潜力只发挥了7%~13%。由于温室可以有效提高内部温度,所以利用塑料大棚可以增产。昼夜与冬夏间的温差,蕴涵着大量的自然冷能,一直未被利用。83/i & &实践表明,晴天中午,即使是在冬季,塑料大棚内部的气温也可以上升至接近40℃,必须进行散热,形成光温资源的浪费。如果利用吸能体将部分热量吸收,并储存起来,不但可以限制温升,气温降低时,释放出这部分能量,又可以减少棚内温度下降。能量的一吸一放,构成一个冷能利用周期。以昼夜为调温周期叫做日调节;如果利用冬夏温差调节棚内温度,就成为年调节。^5 & &除了气温以外,地温也是不断周期变化的。由于土的热容远大于大气,所以地温变化幅度一般小于气温,而且落后一定相位。3米深处地温年变化约在15±4℃范围内,七月份最低。气-地间的温差也蕴涵着大量冷能。一般状态下,每立方米土温变化1℃,吸收或释放约650大卡(约2700千焦耳)热量,大约相当于北京地区冬季0。3平方米地面日辐射能量,相当于20平米室内空气温度降低或升高10℃所需能量的4倍。所以,大地是理想的蓄能体。&54!1 & &夏季利用多余的太阳光热升高地温,冬季寒冷时再释放出蓄积的能量,即利用相对较高的地温使空气增温,就可以提高光能利用率。同样,如果白天高温时,将太阳光热蓄存于棚内的蓄能体内,夜间就可以利用这部分能量增温。如果阳光条件适当,单纯依据日调节就可以大幅增产,甚至实现大棚的周年连续生产。调温过程自动进行,几乎无需管理费用。实现日调节必须在内墙增设蓄能板,投资大小随具体要求而异,每亩需增加一次性投资0.8~7万元不等。TS?D4F & &如果实行年调节,则需增加地下集热与蓄能系统投入。根据果蔬栽培方面资料,若每亩增加2~6万元蓄能调温设施,控制果品成熟期,可以在兰州地区种植高值作物并全部出口,2~3年收回调温系统投入,一般能在3年以内收回。沈阳曾有日光温室葡萄每亩最高收入十几万元的报道。hI4 & &3.“无能耗”空调v & &依据塑料大棚调温同样原理,可以实现房屋的“无能耗空调”。集中空调时,每平方米建筑面积约需20~40元投资,与普通空调设施投资相当,但空调能源主要是冷能,只需要消耗一些通风用电,所以耗电功率可以下降到1:30以下,能够大幅度节电。;U5(Z8 & &以北京为例,平均每台空调按3千瓦功率计算,假定有50万户安装了空调,并且只在七月份及八月份前半个月使用,每天开动3小时,则单台日耗电9度,共450万度。45天中总共耗电2.03亿度,每度电折合煤耗按400克计,相当于8.2万吨标准煤,价值至少1300万元。实际上空调用电大户是宾馆、饭店、商店以及办公楼等,加上电风扇用电,大约是居民空调用电量的三倍,所耗电力相当于一座20万千瓦中型电站的发电功率。武汉、南京、上海、广州的夏季空调用电都接近60万千瓦,湖北省工厂经常因此停工让电。+w~ & &如果利用自然冷能调温,夏季利用低地温为室内降温,同时地温将随之升高。冬季再利用较高的地温为室内升温。如果设计得当,吸热与放热基本平衡,实现周年冷能空调,夏季空调耗电功率将下降到1/30以下,至少可以减少部分能耗。qw[:/ & &北方冬季取暖,南方夏季空调,都是不可避免的能耗大项。如果北方充分利用太阳能并结合冷能进行空调,广大农村将因此节省薪炭消耗,减少环境污染,同时利于保护土壤肥力,具有环境效益与生态效益。_&&1b: & &对于能源紧缺地区,例如西藏,结合太阳房开展冷能空调,冬季可以有效改善室内环境条件。9A9} & &需要指明的是,南方地区,3~6米深地温大约平均15℃。即使在广州,冬季也因湿冷难忍而仍需要取暖,因此经常利用电褥子。如果利用地温供暖,可以提高室内的舒适度,同时也为夏季降温增添冷量储备。/ & &4.工业余热回收K & &工业余(废)热一般排放于大气环境中。所以,工业余热利用中的很大一部分仍然属于自然冷能利用范畴。热管可以用于散热,也同样可以用于集热。.#ry & &工业方面用得最多的是作热管换热器。由于热管运行可靠,几乎不用维护,所以这种换热器换热效率高,结构简单,运行也十分稳定,进行气-气或气-液换热时,其技术经济性能往往优于其它换热器,用于锅炉及炉窑余热回收,可以明显节能降耗,所以近年来迅速得到广泛应用。1; & &热管换热器具有体积小、换热效率高、运行可靠、寿命长及管理简单等优点,除了能在小温差下传递很大热量外,还能实现远距离传热,所以在很多场合下,常规换热器无法代替。e|9 & &此类产品已在兰州地区试销试用,用户反映良好,开始打开市场,而且生产过程无环境污染。正常情况下,换热器投资半年至三年可以收回。$W & &该项技术关键在于热管制作,利用中国科学院兰州冰川冻土研究所的真空封口专利技术,容易实施,可以有效降低设备投资。对于推动节约能源与环境保护工作极为有利。B & &5.热管散热#P & &除了集热,热管也是散热的有效元件。e 5z & &北方地区每年九、十月份甜菜收获,糖厂即开始收购、堆放。由于甜菜含糖率高、呼吸热大,甜菜堆内极易发生霉腐,所以保存期很短。因此糖厂的开工期一般只能维持四五个月,形成“年底年初开工加班加点,而后多半年无事可干”的局面。若能控制甜菜堆放温度,延长储存期,对于提高糖厂生产率以及扩大甜菜种植面积,增加经济收入至关重要。因此可以利用热管散热,依靠自然低气温延长甜菜的保存期。.3c4 & &煤炭储运部门及煤矿均存在堆放场所煤炭自然升温、自燃问题,不但带来经济损失,而且容易酿成火灾。利用冷能加强散热,可以有效避免。H,gv'2 & &夏季高温,仓内大麦容易霉烂,迫使啤酒厂考虑散热问题。利用热管技术实施自然降温,不但有效,而且成本也较为低廉。~Z`MCQ & &此外,粮食与棉花的储运部门也均存在仓库内部或堆放场所自然升温、自燃问题,都可以利用热管缓解矛盾。D.HbM( & &对于多年冻土地区工程而百,利用热管散热,可以保持地基的冻结状态。青藏线上,经常由于采暖造成基土融化下沉,以致房倒墙塌,无法使用。若在基础部位加装热管,保护地基冻结状态,只增加少量投资即可解决问题。同样原理,利用热管缓解桥涵工程建筑物的冻害,可以减少很多经济损失。D3F_? & &6.节能降温蚊帐*5j, & &一般住宅空调,弊端甚多。例如,一般不可能在每一个居室均安装空调器,起居室安装空调器,除非一家人都集中,否则在寝室人睡并不能获得什么效果;大功率空调不但导致能源浪费,电网的供电负担也是个?问题;分室安装空调,经济上不合理;安装空调要求密封环境,室内外空气流通不畅;不论实际需要大小,空调都是在整个房间内调温等,大部情况下能耗不合理。例如,一个人开动空调器在床上人睡,整个房间都得降温。实际只需将他所在约2~3立方米空间降温,就可以满足需要。以广州地区为例,消耗大约200~300瓦电量,即可使蚊帐内适宜睡眠。GU
& &若一般空调器的功率为3千瓦,售价为3,000元,则本装置的节能效果是明显的:付出约1/3空调器售价的代价,只消耗1/10的电力就满足了基本需要。jH & &进一步减小帐内的空间,就成为个人局部降温冷罩。%d & &实施本项生产,需投资约30万元。按正常情况产销,应于9个月内收回全部投资。该产品比较易于制作,市场前景非常广泛;所用材料全部为国产品。2 & &7.局部降温系统nL & &在炎热的环境中工作或活动,首要问题是如何改善环境条件。除了在安有空调的室内以外,一般只要能对局部环境降温,也就可以基本令人满足了。h & &在一般工作局部进空调,弊端甚多,而且也往往不可能。例如,在卡车驾驶室内安装空调,既不现实,也并不方便。采用局部降温,例如只将座椅的椅面与靠背降温,就可以大大改善司机的工作条件了。又如,只要能使床垫降温,处于25℃左右,大致也就能使人在难以忍受的环境气温下人睡。T#jF(B & &本系统只对人的体表,或只对他所直接接触的器具降温。冷源可以采用降温工质,也可以采用电致冷方式直接进行降温。方式可以灵活改变。H & &对于单人实施这种局部降温,一般消耗大约100瓦左右电量。]+B & &本项产品易于制作,生产投资随具体要求而异。如果产销情况正常,一般应在几个月内收回全部投资。' ^HH & &8.降温背心18YAq & &在炎热的环境中工作或活动,除了在室内活动以外,一般难以改善环境条件。直接对人体降温会限制正常活动,所以除了病员以外,一般无法实施。在衣服内部加装小型调温系统,既不现实,也不实用。只在服装内部加装降温垫,外部采取保温隔热措施,只要能使人体表面处于25℃左右,就可以给人一个较为舒适的体表温度环境。实际上降温垫是个小型蓄冷袋,所以产品生产投资不大,大约需10~20万元。正常产销情况下,一般可以在几个月内收回投资。gG & &9.调温式集装箱x+}& & &集装箱是实现仓库-仓库(又称门-门)运输的有效方法,也是我国铁道运输的现代化程度标志。鲜活货物运输,必须妥善保持与调节箱内环境温度。 & & BwPQ & &美国的办法是在集装箱外部加装柴油发电机组,从而对箱内实行电控温。我国铁路系统经常利用冰进行冷藏运输,所以枢纽站均设有加冰站。铁路科研单位研制了一种冷板式集装箱,是在箱顶设冰板,利用冻结储冷液保持箱内低温。冰点是个定值,因此无法满足不同温度要求。铁路系统的专用冷藏运输列车可以实行调温,但要求每列冷藏车车厢数不得少于五节,所以适于承运大宗、单一品种货物。目前鲜活品运输趋于小批量和多品种,故难以满足需要。也有人将集装箱内一分为二,半问作冷冻机室,内放氟利昂机及热交换系统,控制温度。还有人在箱内放压缩氮气瓶,利用氮气放出时的膨胀吸热能力控制箱内温度。DY%:L & &不难看出,利用冰保温的方法价廉,但难以调温。我国目前铁路运输现状,箱外附装发电机组的方法,还难以实施。致冷机占用空间较大,运输成本上不合算。氮气方案无污染、效果好,但成本昂贵。此外,供应氮气要求专用设备,所以具体实施有一定困难。& & &针对上述问题,我们将热管技术作了进一步开发,研究出双工热管,用于集装箱的调温。该方法使用方便、调温范围宽(-16~+20℃)、运行可靠、维修简单。方案论证的结果,已得到铁路系统有关人员认可。本系统批量制作成本约7万元,投入运营可将运输收入增值2.6倍,生产制作与使用运营利润均可观。不但可以较为满意地解决小批量、多品种运输要求,而且利于公路、铁路、航运与空运等联运,便于实现门-门运输。此外,接通市电,这种集装箱也可以作临时冷藏库。?#&J4 & &本项技术已获得国家专利。op_y & &除了集装箱以外,同样可以利用本调温系统改装汽车。相对而言,应用于汽车行业,运营成本将比铁路系统更低一些。可以预计,该技术具有良好社会效益。zV& & &这里以购买箱体加以内部改装为生产原则。集装箱规格不同,售价不一。这里只以国产通用10吨集装箱为基本依据,按每个箱标准售价1.2万元估算。本项技术最低设备投入126万元,年产300个箱,用不了一年即可收回投资。本匡算结果折合成国际标准集装箱,则每个国际标准20英尺集装箱,大致相当于2个国产10吨标准箱;每个国际标准40英尺箱大致相当于4个国产10吨标准集装箱。d & &集装箱正常使用年限至少10年。五年内国内不存在市场问题。3 & &该项技术工艺要求比较严格,但生产条件要求并不高,所用设备均不超过常用国产机械加工设备范围。所用元器件及材料,均有国产品。oZ & &10.“无能耗”苦、咸水淡化器)XQyC\ & &交通不便,供水困难地区,往往有丰富的苦、咸水。例如,沙漠地带往往有丰富的浅层地下水,矿化度一般较高,难以利用。只要太阳能丰富,白昼气温高,晚间气温低,就可以利用冷能进行苦水淡化。v%uW' & &具体实施十分简单,就是在地中修建一个类似上述无能耗冷藏库的大型冷凝器,以土为蓄能工质,利用夜间的低温蓄存冷量。白天利用太阳的幅射热及环境高温使苦、咸水蒸发,将水蒸汽引人冷凝器中,就能得到纯净的蒸馏水。水蒸汽在冷凝器中凝结,释放出的热量将使冷凝器周围的土升温,蒸馏水产量相应逐渐减少,直至停止生成蒸馏水。但夜间气温降低,热管开始工作,重新又将冷凝器周围土中热量传出,不断散往大气,直至天亮后气温升至冷凝器周围温度为止。此时重又具备冷凝水蒸汽的能力,上述过程重新开始。如此周而复始,连续不断,可以“无能耗”提纯苦水。E(fn2U & &由于热管传热具有单向性,所以,只要大气环境温度低于冷凝器,它就自动使冷凝器降温,为制造蒸馏水提供有力条件。本系统的运转既不需人工能源,也无须管理,所用热管可随意拔出转移,反复使用。加之设备简单,造价较低,所得淡水代价低廉。:K}` & &苦咸水蒸发器体积不大,,材料为普通薄金属板材,内附吸附层。加工简单,运行也不需管理。与一般苦水淡化器相比,造价将非常低,所以适用范围广泛。[G-7h6 & &本系统制作主要在于热管部分,所以投资不大,对设备与技术的要求也不高。g+HoB & & 11.车用尾汽余热利用Wct2i} & &我国北方地区冬季气温较低,而一般车内没有专用取暖设备,所以冬季乘车常常令人感到寒冷难忍。有人利用发动机水箱热水为车内供热,由于水温较低,所以效果不大。Qn)I& & &一般情况下,汽车发动机排出尾汽温度较高(300~700℃以上),夏季的一次实验表明,将一台小型柴油车尾汽热量的几分之一取出用于烧开水,车起步后约20分钟即可将4升水箱的水烧开供饮用,热功率1.1千瓦以上,而且不影响汽车尾汽排放。若强制热水循环为车内升温,需安装散热管道系统,造价较大。z@r & &在发动机排气尾管上加装专用热管换热器,加热空气后直接送往车内,可以充分满足车内冬季取暖要求。这种换热器的制作较为复杂,设计上也与普通换热器有所区别,但制作设备仍然不超过常规机加工设备范围,所以成本并不高。可以在专业汽车制造厂生产,也能在汽车改装厂或普通小型工厂进行配套生产。U & &全部设备投入额最低54万元。正常情况下,每月应能生产200~300套,用不了一年即可收回投资。如果采取外协加工形式生产,只需要10万元启动投资。y` & & 12.便携式导热系数测定仪C&K & &工业民用建筑设计与施工方面,随着节能法的实施,对建材及构筑物进行热学测定的要求也越来越高。不但要求精确、快速的测得结果,而且工程上经常要求现场测定。我国现流行的导热系数测定仪大多是在试验室内使用。对测试样品要求严格,而且必须取样测定,多数场合很不方便。z7 & &为此,我们设计出一种附加装置,加装于便携式计算机接口上。体积小、重量轻,便于现场施测;测试用电量小(一般不超过5瓦),以交流市电或仪器内部蓄电池为电源均可。测试时只须在建筑材料或构筑物表面钻φ2~3mm直径的小孔,将探针插入,10分钟就可以得出结果。B(#=C; & &除了常规建材以外,本装置也适用于塑料、保温材、岩石、土、雪冰等导热率较低材料的室内、外及现场测定。每台成本约0.3万元,售价约0.6~0.8万元。cYg & &要求生产人员比较熟悉集成电路元器件,并具有一定电子线路设计、制作工艺水平。本仪器属专用设备,市场需求一般不会很大,国内工程及设计科研年需求量大约一百台,但国际市场较大。适合小型电子企业批量生产,也可作为专业国防工厂作为“军转民”的生产项目。4WF32} & 13.文物研究展出柜bb & &文物的研究与保存,是互相矛盾的两个方面。研究过程不可避免地要移动、接触文物;而为了保护文物,又要求将文物密封,使人无法接触。很多易损文物,例如出土竹简、古籍、服装等,在空气中极易风化,导致无法挽回的损失,所以只好密封于玻璃柜。但为了研究,往往又必须经常翻动。这里提出一种特殊的文物研究拒,既便于研究者接触文物,又不破坏保存文物的密封环境。A1Z3:[ & &基本原理是将文物密封保护的同时,人手可以通过特殊的手套伸人拒内,触摸、移动在存物品,并通过玻璃拒面进行观察。通过一个特殊的装置,使柜内气体与柜外空气保持平衡,就可以避免发生气体交换,密封性就不会被破坏。wa & &本装置是将文物放人柜后,在一个专用的密封仓中以惰性气体代换空气,而且在隔离空气的同时,始终保持与外界大气压力相同。86 & &除了用作文物保管外,本装置也可以用来保管其它需密封保存的特殊物品,为科研及医疗等方面服务。&4}8 & &古墓开挖之后,墓内进入空气,文物必然迅速风化。敦煌机场建设过程中,所发掘的汉代名将卫青墓,就是一个典型。初打开时,金碧辉煌,文物甚多,三天后就大部暗淡无光了,价值大减。七天后,木制艺术品等几乎全部风化损坏完毕,留下了永久的遗憾。如在密封状态下进行发掘,并及时加以保护,就可以避免这些不必要的损失。{JMm & &密封考古发掘属于高科技,目前美、日、意等先进国家均以此作为要高价的筹码。例如,陕西省博物馆原拟开挖乾陵,预计陵内武则天时代的文物尚完好,如果能保证文物始终处于密封状态,就可以考虑发掘。向美国、意大利等相关部门询问结果,均要价过高,无法接受。日本则更加离奇,提出可以不收分文免费发掘,但出土文物必须双方平分。至今此事难以实施,只好搁置。0 @ & &如果放大本装置规模,将文物研究“柜”变为“室”,就可以推广用于考古发掘。本方案是在常压状态下实施,所以成本低,可靠性强。发掘后可以直接将文物密封保管,安全地转移,并能立即开展研究。除了利于保存与展示以外,也为研究工作提供了便利。5J@k&~ & &14.永久性有害毒物保存库d& & &存放高放射性,以及半衰期很长,须永久贮存的核废料,需要极厚的屏蔽层。如果利用钢筋砼层吸收放射线,要求厚度很大,因此造价很高,而且对于长期保存而言,也并不安全。如果利用土层的天然吸收射线能力屏蔽放射线,代价将大大降低。对于大量的低放射性盐溶液而言,最为廉价的方法是与土混合并冻结,形成固态物,可以有效避免污染扩散。只要保持冻结状态,就可以长期贮存,直至放射性强度衰变至许可水准为止。_g3Qa & &冻土是指处于冰点以下,土中水份冻结,形成复杂的土、冰、水、气(汽)混凝土。气候寒冷地区,冻土层可以在地下多年连续存在,称为“多年冻土”。土冻结后所含水份被固定,迁移能力降至最低,隔水、密封性明显增强,导热能力和强度也将大幅度增加,土温越低,冻土强度越大。冻土抗冲击荷载能力极强,荷载时间越短暂,相应强度越高。利用冻土建成构筑物,投资很低。由于冻土具有流变性,所以受到外力作用后,能自动调整应力,维持原来的结构状态。而钢筋混凝土结构,甚至钢结构建筑物,强度是个定值,遇到强地震等超载时,就会产生变形、开裂,直至彻底破坏。所以,需要数千年,甚至上亿年保存放射性废弃物时,利用冻土贮存库比普通库要安全得多。n1o~i? & &冻土的强度是随土温增高而迅速降低。一般在-3℃以上时,冻土性质对温度变化非常敏感,极易被破坏。衰变过程中,放射性物质总是要放出大量的热,为保证冻土贮存库的安全,必须及时将土中热量散发。采取常规致冷降温方法,需耗用动力,不但容易发生放射性泄露,管理上也有诸多不便,比较理想的方法是利用自然低气温自动降温。由于热管具有密闭性,可以做到只和大气发生热交换,而管内工质不与管外环境发生直接接触,所以有利于防止放射性泄露。v_g} & &我国东北地区人口较密集,降水量大,尽管具有多年冻土,仍不宜于进行这种贮存。而西部很多自然环境恶劣的“无人区”,高寒、缺水,远离人口集中区。没有矿产资源,连地面植被也很难存在,无法开发,也无人进入,长期处于低温状态。地下水位很低,或没有地下水时,除了在地温变化的上限附近外,土中含水率一般很低,密闭贮存核废料,不会发生扩散污染,具有极高的可靠性与安全性。&!XA & &这种特殊的冻原荒漠环境,正是由于具有“难以开发利用”的特点,因而可以实现“无能耗”低温冷藏,建立起放射性废料永久贮存库。这种贮存库工作安全可靠,除定期检查或补充库周水分外,几乎无须管理,一次性投入也低,易于施工,是比较理想的方案。f*a'KV & 15.温室保温隔热帘:J & &塑料大棚或玻璃温室,一般在表面苫盖草帘保温。草帘耐用性差,寿命只有两年,加之透风性强,保温性能不足。下雨或雨夹雪天气时,草帘吸水,隔热性能大减,并且大幅增重,难以卷起,收、放困难,给使用上带来极大不便。为此,各方曾采取了多种方法进行改进,寻找各种代用品。从充填编织袋、毛毡,直到军被,至今仍无成熟方案,严重影响了生产。TuN & &我们根据以往经验及多方试验,设计出一种农用复合保温隔热帘(简称“复合帘”),可以在满足基本保温要求前提下,避免上述各种缺陷。'/p*X & &该帘以普通化工制品,加上塑料泡沫隔热材料及外覆护层,形成多层复合帘。帘耐用性强,可连续使用4年,单价是普通草帘的3倍。体积轻,不吸水、易卷放,造价低廉,所以在建筑隔热、运输保温、管道外覆、贮存保鲜、帐蓬制作等各种需要隔热之处,具有良好普适性及厂泛应用前景。W & &该帘制作简单,普通塑料制品厂及包装材料厂,注入10万元启动资金就可生产。`(&发明论坛 -- 发明爱好者的乐园!  CWK & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & 一九九八年二月 2mgh6
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以上就是最简单的热管工作方式图!?
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