■ 朱宁 王天琛 王大水 王娟

一 引言

当前中国城市化进程加快，高层住宅越来越多。由于建筑本身的限制，屋顶式太阳能热水器已无法满足高层住宅用户的需要，壁挂式太阳能热水器便应运而生。相对于传统太阳能热水器安装在建筑楼顶，壁挂式太阳能热水器则安装在建筑的南墙或者阳台外侧。这样的设计既可以让高层住户也使用太阳能，同时由于输送热水的管路变短，管路热损失也大大减小。

目前的壁挂式太阳能热水器大多为分体式，即集热器安装在室外、水箱安装在阳台内。本文将介绍一款新型的壁挂太阳能热水器——整体式壁挂太阳能热水器，即水箱和集热器结合在一起都挂在室外。

二 整体式太阳能热水器简介及原理

整体式太阳能与分体式不同，如图1所示，它的水箱和太阳能集热器是一个整体，集热器上的真空管吸收太阳能的辐射转换成热量并将热量通过聚热环技术(专利号：ZL200920106312.5)传递给速热管，速热管再将热量传递给水箱，从而使水箱中的水温不断升高。生活热水流经水箱内置的高效盘管换热器即被加热，满足需要。 整体式壁挂热水器由4部分组成：支架、真空管、内插于真空管中的速热管以及内置盘管换热器的非承压储热水箱。三维效果如图1所示。

该产品经过5年的发展已趋于成熟，并已在多个示范小区进行安装。整体式壁挂太阳能热水器已经完全融入建筑当中。

三 整体式壁挂太阳能热水器的主要热性能

整体式壁挂太阳能热水器的主要热性能包括3个过程：升温过程、降温过程和用水过程。速热管主要通过两个途径得到热量，一方面通过聚热环直接将真空管上的热量传递到速热管，也就是翅片传热；另一方面是速热管上的聚热环与真空管内壁形成很多封闭的小空间，真空管吸收太阳光，温度升高，封闭的小空间阻止热量向外损失，热量就通过封闭空间的空气传导给速热管，速热管再加热储热水箱中的热水。水箱内的水不是生活用水，而完全是作为蓄热和换热介质存在。

降温过程是指在夜间没有太阳能加热的情况下，太阳能水箱以及真空管对外散热。真空管的辐射散热占热水器热损很大的比重，本产品中的真空管内壁不直接接触水，因此可以很大程度的降低热损失。

用水过程则是一个瞬间换热的过程。生活冷水进入水箱中的换热芯与水箱中的介质热水进行热交换后成为生活热水，同时水箱中水的温度逐渐下降。由于采用瞬间换热技术，几乎无存水，可以保证不会产生二次污染，从而实现100%的可食用新鲜活水的标准。在升温过程中，速热管受热加热管中的水，由于距离管口越远流速就越慢，速热管的轴向会形成一个温度梯度，其中管末端部温度较高，管出口处温度较低。介质水在速热管中加热后流进水箱，由于冷热水的密度原因，热水会上浮至水箱上部而冷水会移至水箱下部，这样就在水箱中形成了一个温度的梯度。实验测试显示水箱最上部与最下部的温差可以达到20℃。如图2所示。

在用水过程中，新鲜的生活冷水与蓄热介质水换热存在一个换热方向的选择。根据实验和模拟的结果，顺向水要强于上方进水下放出水。因此在水箱这里采用的是顺向换热。而根据图2所示，在降温过程中，水箱的温度也会呈梯度缓慢下降，因此顺向换热依然是较好的选择。

四 结论

本文对整体式壁挂太阳能热水器进行了全面的介绍，实验结果显示，整体式壁挂太阳能热水器具有较出色的热性能。其整体的设计保证了热效率高、空间利用率强、安全性好、保温性能出色的特点。聚热环的加入，使得真空管集热器的传热效果大大改善。由此可见，这种新型的整体式壁挂太阳能热水器是一款成熟的、性能优良的太阳能热水器。