全玻璃真空集熱管及其太陽熱水器在中國發展回顧

清華大學電子工程系 ■ 李德堅

在“中國太陽能光熱產業發展20年表彰人物”名錄中，殷志強教授榮獲產業發展科技突出貢獻獎，唯一人獲此殊榮。殷教授自20世紀70年代末以來，歷80年代選擇性吸收涂層的研究開發，90年代的清華大學華業公司、清華大學太陽能電子廠、清華陽光公司的產業發展，直到21世紀第一個10年的全玻璃熱管真空太陽集熱管、平板涂層、中溫管、高溫管的研究開發應用，獲此殊榮確是實至名歸。

1978年美國的貝聿昆先生將全玻璃真空集熱管傳入中國。

1979～1980年清華大學殷志強領導的小組研制成功在玻璃上化學沉積銅，再電鍍雙層黑鎳的選擇性吸收表面，α=0.90，ε=0.13(80℃)。并與北京玻璃儀器廠及北京電子管廠三分廠合作，半年后試制出化學沉銅—電鍍黑鎳的全玻璃真空太陽集熱管，隨后制成真空管太陽集熱器，春節期間仍繼續做試驗。為此，1980年初受到“校級先進工作者”的表彰。

同年，在北京電子管廠張仲文支持下，在三分廠投產，建成年產數萬支的小規模生產車間。

在此期間上海硅酸鹽所和沈陽玻璃二廠也分別開展全玻璃真空管的研制，可惜沒有堅持下來。

此后，北京電子管廠在北京一些地方安裝了些全玻璃真空集熱管的熱水系統，聯集管采用的是美國歐文斯-伊利諾依公司設計制造的3T01，3T01聯集管結構及加工工藝都十分復雜。

1980～1982年周邦偉、殷志強等又研制成功在玻璃上真空蒸發鋁底層，反應蒸發雙層黑鉻的選擇性吸收表面，α=0.90，ε=0.06(80℃)。

1981年在北京市科委胡有道支持下，在清華大學無線電系，11區東邊建太陽能實驗室。1982年在太陽能實驗室房屋頂上安裝了采光面積31m2的3T01型全玻璃真空集熱管熱水系統，用北京電子管廠生產的電鍍黑鎳全玻璃真空集熱管，1987年換成由北京真空薄膜器械廠生產的濺射鋁-氮/鋁全玻璃真空集熱管，該太陽能熱水系統一直運行到1998年。

1982年2月，殷志強應邀到悉尼大學應用物理系從事研究。他致力于采用磁控濺射基礎研究和開發多種選擇性吸收涂層的可行性，其中多層(漸變)鋁-氮/鋁選擇性吸收涂層研究最深入，α=0.93，ε=0.05(80℃)。它是世界上第一次只采用一種金屬材料，既制備金屬底層，又制備復合材料的選擇性吸收涂層與減反層，與悉尼大學專利多層不銹鋼-碳/銅涂層相比，二者光-熱性能相近，但后者的設備結構復雜，陰極材料的利用率僅是前者的一半。

期間，殷志強還和悉尼大學的G.L.Harding，B.Window共同研制成功簡單的銅管式聯集管，它與真空集熱管的開口端內管內壁通過O型圈相連。

回國后，殷志強等和北京新興薄膜公司張銘久等合作研制生產選擇性吸收涂層的圓柱形磁控濺射鍍膜機，第一代臥式鍍膜機。

1985年北京紡織品倉庫的于學德等人購買電子管三分廠的全部生產線，在殷志強、鄭世民等的幫助下，建立北京真空薄膜器械廠，用磁控濺射技術生產多層漸變鋁-氮/鋁選擇性吸收涂層的全玻璃真空集熱管，年產約2～3萬支。但在80年代，全玻璃真空集熱管有如“楊家有女初長成，養在深閨人未識”。北京真空薄膜器械廠苦苦掙扎了幾年，總算熬了下來，成為80年代中國全玻璃真空集熱管的一顆寶貴的火種。

1986～1990年，清華大學完成國家“七五”科技攻關專題“玻璃真空管熱水器技術開發和應用”，殷志強等研制成長方形箱式不銹鋼聯集管，通過O型圈與真空集熱管開口端外管外壁相連，簡化了聯集管，3T01聯集管成了歷史。由北京四建和煙臺福山換熱器廠轉讓成果，生產這種聯集管及相應的家庭用分體式真空管太陽熱水器。

在此期間，北京朝陽區太陽能熱水器廠和中科院電工研究所也都在研制和生產全玻璃真空集熱管太陽熱水器。

1988年由清華大學王鳳春設計，在清華大學附屬中學兩座新落成的師資培訓樓頂上，使用鋁-氮/鋁選擇性吸收涂層的全玻璃真空管和長方形箱式不銹鋼聯集管，建成一采光面積140m2的太陽熱水系統。該系統工作運行到2009年。培訓樓緊鄰圓明園遺址公園，為防污染，附中校長萬邦儒和書記馮慶延堅持不用鍋爐系統，而積極支持太陽能系統，這在當年是極不容易的，但又是極具眼光的。

1988年殷志強出任清華大學華業公司總經理，他以拼搏的精神，決心發展中國的全玻璃真空管產業。

1989年凱利公司岳楓總裁毅然投資292萬元，籌建年產15萬支的華業公司凱華全玻璃真空集熱管廠。在電真空技術專結已有生產線的基礎上，對真空排氣臺、磁控濺射鍍膜機等設備相繼進行改造。在華業公司副總經理薛祖慶的帶領下，華業員工充分利用自身的知識優勢，在學習和總設計、自行制造、自行調試，從工廠選址到生產出全玻璃真空集熱管不到一年的時間。

期間，北京真空薄膜器械廠對凱華廠的籌建給予了大力的無私支持，培訓了凱華廠生產線上各工序的技術骨干，這一點華業的老同志至今都銘記在心。北京電子管廠的牛傳瑾等師傅也被請到凱華廠，作為技術中堅。

1989年清華大學吳家慶設計制造了結構緊湊、直插整體式家用太陽熱水器，水箱為八邊形。清華大學華業公司和北京醫療器械研究所聯合生產華業牌的整體式家用熱水器，同年還推出陽臺式真空管熱水器，為分體自然循環式。

1990年，凱華廠生產全玻璃真空集熱管3萬支，吸取真空集熱管“養在深閨人未識”的教訓，殷志強和薛祖慶下決心，要將全玻璃真空集熱管之花開遍全國。帶領華業員工編教材、辦培訓班，通過現場教學，現場安裝指導，使太陽能集熱器廠家認識了全玻璃真空管熱水器的優點，迅速打破了80年代全玻璃真空管熱水器沉悶的局面，3萬支管子銷售一空。培訓班連續舉辦到1993年，共四期。培訓班的作用正如參加學習的人士們所言，“猶如真空管太陽熱水器的黃埔軍校”。

1990～1992年殷志強帶領清華大學華業公司工程部大力推廣集體大面積全玻璃真空集熱管熱水系統的安裝，并在安裝中采用流量分配，雙限溫控出熱水，在冬天雙限溫控管道防凍，系統全自動運行等新技術，為真空集熱管太陽熱水器的全面推廣積累了豐富的經驗。

1991年凱華廠采用李云松、殷志強等人研制的第二代鍍膜機，年產的8萬支真空集熱管銷售一空。

1992年凱華廠生產15萬支，又銷售一空，擴大全玻璃真空集熱管的生產勢在必行。同年清華大學和北京玻璃儀器廠合作，承擔國家重點產、學、研工程，籌建年產50萬支的清華大學太陽能電子廠(后稱一期工程)。沈長治任董事長，薛祖慶任總經理，殷志強任研發部主任，專門從事科研開發工作，張劍教授任副總經理，這就是光熱產業史上的“XYZ時期”。(分別代指薛祖慶、殷志強和張劍)

1993年薛祖慶和嚴習元等總結凱華廠生產線的經驗，充分利用真空技術的優勢和北玻廠加工玻璃的技術優勢，對生產線上的真空排氣臺設備、玻璃管拉圓頭工藝、退火工藝進行改造，使全玻璃真空管生產線日趨完善。這條生產線可以說成為此后大多數全玻璃真空集熱管廠家的生產線樣板。

建廠的同時李德堅等對長方形箱式不銹鋼聯集管和直插整體式真空管熱水器水箱的密封結構以及水箱形狀做了改造，推出了一種新型的密封結構，密封膠圈和密封膠圈的材料的聯集管，水箱形狀由八邊形變成圓形。經一段時期實踐證明，它不僅密封性能好，而且具有易于安裝等許多優點。并和清華大學機電廠合作研制出第一臺利用這種新型密封結構的圓形水箱的直插整體式真空管熱水器。同年與中科院地震儀器廠聯合，生產 “曬樂”牌真空管太陽熱水器。

清華大學太陽能電子廠一方面申請專利保護，另一方面從保證熱水器產品質量、保護消費者權益的角度出發，立即在第四期培訓班上向真空管熱水器廠家予以大力推廣，無償提供圖紙等技術資料。至目前為止，全國直插整體式真空管熱水器幾乎都使用這種新型密封結構或類似這種密封結構的圓水箱。

同年清華大學李元哲推出真空管-金屬熱管太陽熱水器，銅金屬熱管由雙木公司生產。

1993年凱華廠生產27萬支真空集熱管，仍然銷售一空。

1.2 藥液配制 將紫地榆根粉碎，稱取20 006.98 g，用95%工業乙醇浸泡48 h，旋蒸得到浸膏，分別用石油醚、乙酸乙酯、正丁醇萃取，得到乙酸乙酯和正丁醇部分（以下分別稱為乙酸乙酯提取物和正丁醇提取物），冷凍干燥成粉末，均用蒸餾水將其配置成2 mg∕mL溶液。

同年，清華大學專利許可授權的山東泰安鐵將軍公司范維海和江蘇華揚公司黃永偉也相繼投產全玻璃真空集熱管。此時的全玻璃真空集熱管已到了“春色滿園關不住”的境地，星星之火，現出燎原之勢。

1994年一期工程建成投產，凱華廠隨之并入清華大學太陽能電子廠，年產售50萬支真空集熱管，并于同年試制成功1.5m長的全玻璃真空集熱管(以前都是1.2m)。

1995年清華大學太陽能電子廠年產售60萬支集熱管。

1995年7月清華大學太陽能電子廠年產300萬支的第二期工程開工。同年，在云南辦熱水器分廠，接著和山東皇明合資興辦了清華大學太陽能電子廠山東分廠，生產皇明牌太陽熱水器。

1996年8月二期工程建成投產，至此，一、二期年產能力總和為400萬支，居世界第一位。

1996年12月1日，清華大學太陽能電子廠山東分廠廠報，全國太陽能企業首家內刊“清華皇明太陽能科普報”第1期正式出版，首版首條報道了“清華大學太陽集熱管第二期工程正式開工”，并刊出薛祖慶的題詞“向太陽索取，為人民造福”。

1996年清華大學太陽能電子廠年產售95萬支集熱管。期間，曾經是清華大學太陽能電子廠客戶的熱水器廠家，在市場強大的驅動力之下，都紛紛上馬建廠投產真空集熱管。全玻璃真空集熱管已到了“等閑識得東風面，萬紫千紅總是春”的形勢，由星火燎原之勢發展到了燃及全國許多省份的熊熊烈火。

1996～1998年清華大學太陽能電子廠研制生產鋁翼改進型的U型管的聯集管集熱器及相變熱導式真空管太陽熱水器，并和清華大學工程力學系結合，共同開發能承受3～6 個大氣壓的全玻璃真空管太陽集熱器。

1998年清華大學太陽能電子廠第三期 工程完工，在北京昌平建成一條年產15萬臺清華陽光牌全玻璃真空集熱管太陽熱水器生產線。

清華大學太陽能電子廠第四期工程完工，在北京玻璃儀器廠內，建成年產能力400萬支真空集熱管的生產線，并采用殷志強等研制的第三代鍍膜機。全國年銷售量達750萬支。

同年，清華大學太陽能電子廠改名為清華陽光公司。

1999年全國年銷售量約達1000萬支以上。

2000年全國全玻璃真空管太陽熱水器粗略估算在120萬m2(臺)，約是1995年的20倍，1990年的200倍，增長速度之快，舉世無雙。毫無疑義，中國是當今世界全玻璃真空集熱管及太陽熱水器的生產大國。

21世紀的第一個10年，殷志強又從事玻璃熱管真空集熱管、平板集熱器吸收膜、中溫吸收膜、高溫吸收膜的研究工作，并都將研究結果應用到生產中去，取得實際應用的成果。

中國從1978年開始研究選擇性吸收表面的全玻璃真空管，直到今天成了生產真空集熱管及其太陽熱水器的大國，其中含有眾多同代中國人的艱辛和奮斗，但終于實現了在太陽能光-熱轉換方面以殷志強為代表的中國一代知識分子的宏愿。全玻璃真空集熱管及其太陽熱水器不但在中國生根、開花、結果，而且還走向全世界，表明了一個發展中國家，在一個不大的領域里，運用自己的力量，是可以走一條跨越道路的。