一種新型的整體式壁掛太陽能熱水器

■ 朱寧 王天琛 王大水 王娟

一 引言

當前中國城市化進程加快，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運而生。相對于傳統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。這樣的設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。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換成熱量并將熱量通過聚熱環技術(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。生活熱水流經水箱內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、內插于真空管中的速熱管以及內置盤管換熱器的非承壓儲熱水箱。三維效果如圖1所示。

該產品經過5年的發展已趨于成熟，并已在多個示范小區進行安裝。整體式壁掛太陽能熱水器已經完全融入建筑當中。

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與真空管內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給速熱管，速熱管再加熱儲熱水箱中的熱水。水箱內的水不是生活用水，而完全是作為蓄熱和換熱介質存在。

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，本產品中的真空管內壁不直接接觸水，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。生活冷水進入水箱中的換熱芯與水箱中的介質熱水進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，幾乎無存水，可以保證不會產生二次污染，從而實現100%的可食用新鮮活水的標準。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。介質水在速熱管中加熱后流進水箱，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水換熱存在一個換熱方向的選擇。根據實驗和模擬的結果，順向水要強于上方進水下放出水。因此在水箱這里采用的是順向換熱。而根據圖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 結論

本文對整體式壁掛太陽能熱水器進行了全面的介紹，實驗結果顯示，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、性能優良的太陽能熱水器。