■ 朱寧 王天琛 王大水 王娟

一 引言

當(dāng)前中國城市化進(jìn)程加快，高層住宅越來越多。由于建筑本身的限制，屋頂式太陽能熱水器已無法滿足高層住宅用戶的需要，壁掛式太陽能熱水器便應(yīng)運而生。相對于傳統(tǒng)太陽能熱水器安裝在建筑樓頂，壁掛式太陽能熱水器則安裝在建筑的南墻或者陽臺外側(cè)。這樣的設(shè)計既可以讓高層住戶也使用太陽能，同時由于輸送熱水的管路變短，管路熱損失也大大減小。

目前的壁掛式太陽能熱水器大多為分體式，即集熱器安裝在室外、水箱安裝在陽臺內(nèi)。本文將介紹一款新型的壁掛太陽能熱水器——整體式壁掛太陽能熱水器，即水箱和集熱器結(jié)合在一起都掛在室外。

二 整體式太陽能熱水器簡介及原理

整體式太陽能與分體式不同，如圖1所示，它的水箱和太陽能集熱器是一個整體，集熱器上的真空管吸收太陽能的輻射轉(zhuǎn)換成熱量并將熱量通過聚熱環(huán)技術(shù)(專利號：ZL200920106312.5)傳遞給速熱管，速熱管再將熱量傳遞給水箱，從而使水箱中的水溫不斷升高。生活熱水流經(jīng)水箱內(nèi)置的高效盤管換熱器即被加熱，滿足需要。 整體式壁掛熱水器由4部分組成：支架、真空管、內(nèi)插于真空管中的速熱管以及內(nèi)置盤管換熱器的非承壓儲熱水箱。三維效果如圖1所示。

該產(chǎn)品經(jīng)過5年的發(fā)展已趨于成熟，并已在多個示范小區(qū)進(jìn)行安裝。整體式壁掛太陽能熱水器已經(jīng)完全融入建筑當(dāng)中。

三 整體式壁掛太陽能熱水器的主要熱性能

整體式壁掛太陽能熱水器的主要熱性能包括3個過程：升溫過程、降溫過程和用水過程。速熱管主要通過兩個途徑得到熱量，一方面通過聚熱環(huán)直接將真空管上的熱量傳遞到速熱管，也就是翅片傳熱；另一方面是速熱管上的聚熱環(huán)與真空管內(nèi)壁形成很多封閉的小空間，真空管吸收太陽光，溫度升高，封閉的小空間阻止熱量向外損失，熱量就通過封閉空間的空氣傳導(dǎo)給速熱管，速熱管再加熱儲熱水箱中的熱水。水箱內(nèi)的水不是生活用水，而完全是作為蓄熱和換熱介質(zhì)存在。

降溫過程是指在夜間沒有太陽能加熱的情況下，太陽能水箱以及真空管對外散熱。真空管的輻射散熱占熱水器熱損很大的比重，本產(chǎn)品中的真空管內(nèi)壁不直接接觸水，因此可以很大程度的降低熱損失。

用水過程則是一個瞬間換熱的過程。生活冷水進(jìn)入水箱中的換熱芯與水箱中的介質(zhì)熱水進(jìn)行熱交換后成為生活熱水，同時水箱中水的溫度逐漸下降。由于采用瞬間換熱技術(shù)，幾乎無存水，可以保證不會產(chǎn)生二次污染，從而實現(xiàn)100%的可食用新鮮活水的標(biāo)準(zhǔn)。在升溫過程中，速熱管受熱加熱管中的水，由于距離管口越遠(yuǎn)流速就越慢，速熱管的軸向會形成一個溫度梯度，其中管末端部溫度較高，管出口處溫度較低。介質(zhì)水在速熱管中加熱后流進(jìn)水箱，由于冷熱水的密度原因，熱水會上浮至水箱上部而冷水會移至水箱下部，這樣就在水箱中形成了一個溫度的梯度。實驗測試顯示水箱最上部與最下部的溫差可以達(dá)到20℃。如圖2所示。

在用水過程中，新鮮的生活冷水與蓄熱介質(zhì)水換熱存在一個換熱方向的選擇。根據(jù)實驗和模擬的結(jié)果，順向水要強于上方進(jìn)水下放出水。因此在水箱這里采用的是順向換熱。而根據(jù)圖2所示，在降溫過程中，水箱的溫度也會呈梯度緩慢下降，因此順向換熱依然是較好的選擇。

四 結(jié)論

本文對整體式壁掛太陽能熱水器進(jìn)行了全面的介紹，實驗結(jié)果顯示，整體式壁掛太陽能熱水器具有較出色的熱性能。其整體的設(shè)計保證了熱效率高、空間利用率強、安全性好、保溫性能出色的特點。聚熱環(huán)的加入，使得真空管集熱器的傳熱效果大大改善。由此可見，這種新型的整體式壁掛太陽能熱水器是一款成熟的、性能優(yōu)良的太陽能熱水器。