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安装在屋面上的玻璃真空集热管直接换热式太阳能热水器，存在着难以解决的技术问题：一是不适合高层楼房安装；二是影响屋面防水层的施工与维修；三是管道走向距离长、热损大；四是一旦集热管破碎后，水冲玻璃碎片到处流淌，存在不安全隐患。为解决上述的技术不足，利用窗口周围空间资源，我们研究设计了能在窗口处安装的“π”字型直接换热式太阳能热水器，扩大了直接换热式太阳能热水器的应用范围。本文重点论述该产品的研究与应用。
1 产品构造
“[π]”字型直接换热式太阳能热水器，是在直接换热式太阳能热水器制造技术基础上，依据国家技术规范研究设计的。其中贮水箱制作技术、全玻璃集热管应用技术、管道系统安装技术、制动控制系统应用技术以及热水使用方法，均与直接换热式太阳热水器相同；所不同的是：贮水箱安装在窗口上方，中间段无集热管，是通过桶托，安装在两个钢管结构悬臂梁托架上，托架固定在墙体上；集热器安装在窗口两侧，其上端固定在贮水箱的连接件上，下端支撑在墙体上；集热器与墙面夹角11°；在集热管内装有“管内集热器”，水在“管内集热器”内，集热管与集热器之间无水；在集热管外附安全膜。
2 贮水箱研究与设计
贮水箱是依据NY/T514—2002《家用太阳热水器储水箱》进行研究与设计，截面采用圆形；设计贮水箱主要涉及安装处开间尺寸和窗口宽度两项基本数据。
⑴贮水箱长度设计。贮水箱长度，依据房屋开间尺寸进行设计，既能将窗口太阳能热水器安装在本开间内又不影响相邻开间安装窗口太阳能热水器，其贮水箱最长尺寸为：开间的轴线尺寸-20mm为宜。
⑵贮水箱容水量研究与设计。贮水箱容水量，根据集热器轮廓采光面积确定；本文以58mm×1800mm规格集热管为研究对象，其轮廓采光面积长度即集热管有效长度：Lo=1.68m；窗口一侧轮廓采光面积宽度：Bo=0.65m；轮廓采光面积为：1.68m×0.65m×2=2.18m2。
然后确定贮水箱内桶直径：为了使产品尽量在不同的开间通用，并减少生产水箱麻烦，使一种截面水箱能在常用的3.60、3.30、3.00、2.70开间尺寸的房屋上应用，选用以3m开间应用的贮水箱长度为基本尺寸进行研究设计。以辽宁地区为例，根据GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》4.4.2条的条文说明中表2，每100L热水量的系统集热器总面积，辽宁地区推荐选用值为1.6；所以本例选用的贮水箱理论容积为2.18m2/1.6m2×100=136L；实际选用为：内胆直径=260mm；内桶净长=2820mm，容积=150Lo贮水箱实际容积大于贮水箱理论容积，本产品通过下溢流管调整贮水箱的实际容量。
⑶产品安装角度设计。窗口太阳能热水器是悬挂在墙体表面，最大重物是贮水箱，为了使贮水箱与墙体能够可靠连接，必须首先考虑将贮水箱重心固定在悬臂构件上，然后考虑水平方向与墙体连接；因而集热管且包括集热管周边的连接件的边线，在贮水箱外表面都不能与贮水箱的重心线相交，经计算窗口太阳能热水器与墙面的夹角选11°较为适合。如果选择集热器安装角度与本地纬度相同，与墙面形成的安装角度过大，也影响建筑外立面的效果；如果选择集热器安装角度与墙体平行，贮水箱很难采取中心支撑方案，不利于安装的稳定性，同时在大部分地区影响集热效果。
3 管内集热器的研究与设计
⑴管内集热器的作用和构造。管内集热器是防止集热管炸管后漏水，且系统不能正常应用的安全和使用问题，是专为窗口太阳热水器研发的产品；管内集热器是由不锈钢管、连接口、减震硅胶垫和外涂吸热膜层构成，其一端开口，另一端封闭。其安装方法是：开口端插入贮水箱的内胆，用硅胶圈密封连接，与普通集热管插入内桶的原理相同，集热管套在管内集热器上，上端插入贮水箱外桶。
⑵工作原理。水在管内集热器内，玻璃集热管内无水；管内集热器的水吸收两部分热能进行热交换，一是玻璃集热管吸收的热能，通过气体间接地与“水”进行热交换；二是管内集热器的吸热膜层吸热，直接与“水”进行热交换，即将太阳能进一步回收。
⑶管内集热器金属管直径的研究。管内集热器金属管直径的选择，直接涉及经济、技术两项指标，为既经济合理又能保证集热效果不变，我们分别选择15mm、20mm、25mm直径的金属管制作的管内集热器。
4 安全集热管的研究与设计
（1）研究的必要性。GB50364—2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》5.3.3强制条文规定：“在安装太阳能集热器的建筑部位，应设置防止太阳能集热器损坏后部件坠落伤人的安全防护措施。”。为了使窗口太阳能热水器符合本条强制条文的规定，必须采取可靠技术措施，防止普通集热管损坏玻璃碎片伤人的安全隐患。
（2）测试结论：带膜层集热管很难击碎，即使击碎玻璃碎片是粘在膜层上不会伤人；带膜层集热管的集热效果与普通集热管的集热效果相同。
窗口太阳能热水器，不增加管内集热器即属于“直接换热式热水器”，增加管内集热器既有间接换热作用又有直接换热作用，集热效果和贮水箱容水量，都大大的好于分体壁挂式太阳能热水器；其中管内集热器和在玻璃集热管外附安全膜层的新产品和新技术，适用于所有全玻璃真空集热管太阳能热水器和集热工程，特别是符合GB50364—2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》5.3.3强制条文：“在安装太阳能集热器的建筑部位，应设置防止太阳能集热器损坏后部件坠落伤人的安全防护措施”规定；安装和维修窗口太阳能热水器有完整的吊装和操作方法，操作者有了人身安全保障。更适合太阳能与建筑一体化技术的应用。
1 产品构造
“[π]”字型直接换热式太阳能热水器，是在直接换热式太阳能热水器制造技术基础上，依据国家技术规范研究设计的。其中贮水箱制作技术、全玻璃集热管应用技术、管道系统安装技术、制动控制系统应用技术以及热水使用方法，均与直接换热式太阳热水器相同；所不同的是：贮水箱安装在窗口上方，中间段无集热管，是通过桶托，安装在两个钢管结构悬臂梁托架上，托架固定在墙体上；集热器安装在窗口两侧，其上端固定在贮水箱的连接件上，下端支撑在墙体上；集热器与墙面夹角11°；在集热管内装有“管内集热器”，水在“管内集热器”内，集热管与集热器之间无水；在集热管外附安全膜。
2 贮水箱研究与设计
贮水箱是依据NY/T514—2002《家用太阳热水器储水箱》进行研究与设计，截面采用圆形；设计贮水箱主要涉及安装处开间尺寸和窗口宽度两项基本数据。
⑴贮水箱长度设计。贮水箱长度，依据房屋开间尺寸进行设计，既能将窗口太阳能热水器安装在本开间内又不影响相邻开间安装窗口太阳能热水器，其贮水箱最长尺寸为：开间的轴线尺寸-20mm为宜。
⑵贮水箱容水量研究与设计。贮水箱容水量，根据集热器轮廓采光面积确定；本文以58mm×1800mm规格集热管为研究对象，其轮廓采光面积长度即集热管有效长度：Lo=1.68m；窗口一侧轮廓采光面积宽度：Bo=0.65m；轮廓采光面积为：1.68m×0.65m×2=2.18m2。
然后确定贮水箱内桶直径：为了使产品尽量在不同的开间通用，并减少生产水箱麻烦，使一种截面水箱能在常用的3.60、3.30、3.00、2.70开间尺寸的房屋上应用，选用以3m开间应用的贮水箱长度为基本尺寸进行研究设计。以辽宁地区为例，根据GB50364-2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》4.4.2条的条文说明中表2，每100L热水量的系统集热器总面积，辽宁地区推荐选用值为1.6；所以本例选用的贮水箱理论容积为2.18m2/1.6m2×100=136L；实际选用为：内胆直径=260mm；内桶净长=2820mm，容积=150Lo贮水箱实际容积大于贮水箱理论容积，本产品通过下溢流管调整贮水箱的实际容量。
⑶产品安装角度设计。窗口太阳能热水器是悬挂在墙体表面，最大重物是贮水箱，为了使贮水箱与墙体能够可靠连接，必须首先考虑将贮水箱重心固定在悬臂构件上，然后考虑水平方向与墙体连接；因而集热管且包括集热管周边的连接件的边线，在贮水箱外表面都不能与贮水箱的重心线相交，经计算窗口太阳能热水器与墙面的夹角选11°较为适合。如果选择集热器安装角度与本地纬度相同，与墙面形成的安装角度过大，也影响建筑外立面的效果；如果选择集热器安装角度与墙体平行，贮水箱很难采取中心支撑方案，不利于安装的稳定性，同时在大部分地区影响集热效果。
3 管内集热器的研究与设计
⑴管内集热器的作用和构造。管内集热器是防止集热管炸管后漏水，且系统不能正常应用的安全和使用问题，是专为窗口太阳热水器研发的产品；管内集热器是由不锈钢管、连接口、减震硅胶垫和外涂吸热膜层构成，其一端开口，另一端封闭。其安装方法是：开口端插入贮水箱的内胆，用硅胶圈密封连接，与普通集热管插入内桶的原理相同，集热管套在管内集热器上，上端插入贮水箱外桶。
⑵工作原理。水在管内集热器内，玻璃集热管内无水；管内集热器的水吸收两部分热能进行热交换，一是玻璃集热管吸收的热能，通过气体间接地与“水”进行热交换；二是管内集热器的吸热膜层吸热，直接与“水”进行热交换，即将太阳能进一步回收。
⑶管内集热器金属管直径的研究。管内集热器金属管直径的选择，直接涉及经济、技术两项指标，为既经济合理又能保证集热效果不变，我们分别选择15mm、20mm、25mm直径的金属管制作的管内集热器。
4 安全集热管的研究与设计
（1）研究的必要性。GB50364—2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》5.3.3强制条文规定：“在安装太阳能集热器的建筑部位，应设置防止太阳能集热器损坏后部件坠落伤人的安全防护措施。”。为了使窗口太阳能热水器符合本条强制条文的规定，必须采取可靠技术措施，防止普通集热管损坏玻璃碎片伤人的安全隐患。
（2）测试结论：带膜层集热管很难击碎，即使击碎玻璃碎片是粘在膜层上不会伤人；带膜层集热管的集热效果与普通集热管的集热效果相同。
窗口太阳能热水器，不增加管内集热器即属于“直接换热式热水器”，增加管内集热器既有间接换热作用又有直接换热作用，集热效果和贮水箱容水量，都大大的好于分体壁挂式太阳能热水器；其中管内集热器和在玻璃集热管外附安全膜层的新产品和新技术，适用于所有全玻璃真空集热管太阳能热水器和集热工程，特别是符合GB50364—2005《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》5.3.3强制条文：“在安装太阳能集热器的建筑部位，应设置防止太阳能集热器损坏后部件坠落伤人的安全防护措施”规定；安装和维修窗口太阳能热水器有完整的吊装和操作方法，操作者有了人身安全保障。更适合太阳能与建筑一体化技术的应用。