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太阳能热水器以其节能环保的优势，在人们的生活中迅速普及。通过对我们的小区实地调查，我们发现有些小区物业为了保持美观，规定住户不能在屋顶安装太阳能热水器，尽管住顶楼的住户由于有阁楼的优势而偷偷安装，但其他住户仍享受不到清洁能源，另外有的小区即使可以在屋顶安装，但屋顶面积有限，有些住户不便安装。
虽然厂家已经研制生产出壁挂式太阳能热水器，但是我们发现，目前市场上的壁挂式太阳能热水器价格非常昂贵。
我们设想，可不可利用阳台装太阳能热水器呢？几位同学围绕着这个话题提出了一个设想：制作一个成本低廉环保实用的可壁挂于阳台外的小型太阳能热水器。
一、研究过程
我们对太阳能的了解仅限于生活中的使用，如何设计？如何制作？应该从何下手？我们带着疑问找到了指导老师汪文峰，希望他能提供一些意见。汪老师肯定了我们的想法，并鼓励我们，先要了解，才能有创新。
（1）收集资料
我们对太阳能热水器的工作原理、安装结构、小区住户使用情况，以及目前存在的缺点等方面，进行了调查。
调查兵分两路，一路是较熟悉互联网的王伊尔与陈依然同学，通过上网查阅文字资料，整理太阳能热水器结构、分类及原理等材料；汪孟丁和汪健明同学则去图书馆查阅相关专业知识的书籍，查找对研究制作能提供启发、帮助的有效信息。
另一路由其余四名同学组成，他们直奔各大住宅区实地调查，询问专业人员，向住户征集想法……可谓收获颇丰。
几周时间过去了，两路人马聚齐后互相交流，大家对太阳能热水器的工作原理、结构、种类等方面的知识都已经从无到有，形成初步认识。
（2）设计思路
我们对资料进行了研究和分析，很快太阳能热水器在小组成员的热烈讨论中初具雏形。
我们了解到，传统的太阳能热水器主要由水箱外壳、保温层、水箱内胆、排气溢流孔、密封胶圈、外水箱端盖、防尘圈、电加热器预留孔、真空集热管、进出水孔、漫发射板、护罩尾托、支架等部件组成。太阳能热水器主要有真空玻璃管热水器、平板太阳能热水器、分体式热水器等种类。
比较各个结构种类、热效率高低等方面，我们决定制作真空玻璃管热水器。
目前的真空玻璃管太阳能热水器是由全玻璃真空集热管、保温水箱、支架三大部件组成。其核心集热元件是全玻璃真空集热管，它由两根为同心圆的高硼硅特硬玻璃管组成，内层玻璃外壁采用磁控溅射真空镀膜工艺镀膜，该涂层对太阳光有选择性吸收，其吸收比≥0.92，发射比≤0.09(80℃)，具有高吸收率和低发射率。
真空集热管将吸收的太阳辐射转换成热能，利用冷水比热水密度大，冷水下沉、热水上升的特点，在真空管内形成冷水自上而下、热水自下而上的自然循环，使整个水箱中的水温逐步升高，达到一定温度。
而在我们提出制作真空玻璃管热水器的构想后，指导老师也给我们找来真空玻璃管，有了核心集热元件，制作也有了头绪。
我们在讨论中基本确定了新型太阳能热水器的设计方案，主要包括以下几个关键点：
1.壁挂式：可以挂在阳台，以及室外任何有阳光的安全地点。
2.集热元件：真空玻璃管。
3.电加热装置：阴天可启动，突破天气局限。
在理论知识基本完备后，正赶上汪老师买回来一个小型的真空玻璃管太阳能模型，为我们提供一个“热身”的机会！
（3）收集材料
大家分头行动，收集材料，除核心元件外，主要利用废旧物品，材料如下：
1.废旧的空饮水桶（18.9L，2个）——储水桶；
2.各规格水管、弯头、 三通、塑料管等——连接水路；
3.木板——制作安装真空玻璃管的架子；
4.核心元件——购来的真空玻璃管；
5.角铁钢材——做储水桶架；
6.钉子、螺丝和螺母等——连接铁架、木架子；
7.零食包装袋——真空集热管架外包装兼反光材料；
8.废旧硬纸板、塑料泡沫、旧衣物——保温材料；
9.加热器件——解决阴雨天无阳光的问题；
10.水温水位显示仪——网上购得，用于指示水箱水温和水位。
用到的物品有台钻、手电钻、曲线锯、打孔机、热熔胶、钢锯、木锯、榔头、起子、锉刀、剪刀、透明胶带等。
二、制作过程
（1）制作部件
1.木框结构——支撑元件
太阳能的核心元件是真空玻璃集热管，这就需要一个能够把集热管固定在一起的架子。我们在拆小太阳能热水器模型的时候对架子已经有所了解，现在只需要按照正确尺寸将木板拼装起来即可。
真空玻璃管十分脆弱，因此制作木架并不容易。汪阳海和汪健明主动请缨，尝试做一回“木匠”。先画好记号，再用台钻钻出一圈小孔，再锉开圆孔，便于玻璃管套入，木板连接，固定成框（如图1）。
2.铁架——支撑元件
太阳能热水器的另一个支撑元件铁架，是用来安放保温水箱的，放置在阳台内侧。采用角铁材料做铁架，需要耐心与细心。孔间的距离需要非常精准，失之毫厘，螺钉就不能穿过，不能将两者完全连接。为了精确钻孔，我们想到先在角铁上涂粉笔，便于用铅笔作醒目的记号，钻孔也顺利多了。接着，我们用螺栓螺母将铁架组装成型（如图2）。
3.保温水箱——附加电加热装置
接下来就是太阳能的另一“三大件”——保温水箱。我们采用废旧物品，即饮水机上的水桶，它的容量约18.9L ,两桶合计可装入自来水近38L，能满足一人洗浴。
怎么连接呢？我们在老师的指点和帮助下，在保温水箱的水桶顶部，用锉刀锉薄一点，使之能与50厘米直径的弯管连接（如图3）。
底部需要打两个正圆的小孔，分别为加热器安装孔与排气孔。排气孔与溢流孔均位于底部正中心，加热器安装口在偏离中间的一侧。
当自来水进入水箱时，水位逐渐升高，水箱上方的气体从排气口排出，水位升高到最高处时，如未能及时关闭进水阀，多余的水可以从溢流口排出，是水温水位仪之外的另一道安全防线。 先划线再用电钻打开一个小口，然后用锉刀把孔修整成正圆，不断测试口径大小是否合适，经过一番与锉刀和塑料桶的“较量”，水箱的孔总算完成了（如图4）。
针对太阳能的利用受天气限制的问题，汪老师买来了加热装置——220V的“热得快”。接下来，要将“热得快”加热器固定在水桶底，用热熔胶固定在其中一个水箱上。
用什么来涂热熔胶呢？陈依然同学环顾四周，突然一个激灵，目光锁定在了桌上的一支画笔（如图5）！之后，我们进行了是否漏水的测验，很幸运，水箱顺利通过了测试（如图6）。
4.管道
各个部件的制作整体完成了，接下来的工作就是用PVC材料的管道来连接，最关键的是真空玻璃管如何连接起来。
我们对很多规格的水管、接头和弯头、三通进行了尝试，还自制或网购了密封圈，测试它们连接的效果。先用直径40毫米的PVC三通相连并套上密封圈，再与7根玻璃管相连，结果加水后漏水。
通过改进，我们又想出直径20毫米的三通与玻璃管连接，由于密封圈做得好，加水后，已不再漏水（如图7）。
（2）组装
1.真空玻璃管与木框结构的组装
由于前面对玻璃管与管道的连接做了很多工作，使得后续比较顺利，将玻璃管小心翼翼地依次伸入木框圆孔即可。
为了特别保护玻璃管底部的抽气凸起点，我们在木框孔与玻璃管之间增设了管托，让玻璃管底部悬空。为了增加阳光利用率，我们将同学们的零食包装袋收集起来，剪开洗净并晾干，作为反光材料包装在木框上（如图8）。
2.水箱的组装和保温
水箱是利用饮水机上的两个废旧水桶改造而成的，通过男生们的共同努力，开好了小孔，锉好了圆孔，我们就可以通过PVC管材的Φ50弯头、Φ50三通和Φ20弯头、Φ20三通来连接两水桶，通过并联得到一个容量是18.9L×2的水箱，基本能满足一个人洗浴。
两个水桶连接好后，并不能立即投入使用，还需进行保温包装。我们用废旧硬纸板、塑料泡沫和旧衣作为保温材料，一层层包裹。大家齐心协力，很快水箱就裹成了一个“大家伙”（如图9）。
3.管道连接
我们在实验室有自来水接口并朝阳的一角，架起了自制的铁架，放上保温水箱，并把集热器安放在窗台上。混水阀将自来水和两大件连接起来（如图10）后，一个自制壁挂太阳能热水器就大功告成了（如图11）。
三、工作原理
冷水比热水密度大，我们利用冷水下沉、热水上升的特点，在真空管内形成冷水自上而下，热水自下而上的自然循环，使整个水箱中的水温逐步升高，达到一定温度（如图12）。
我们设计的实用型壁挂式太阳能热水器就是利用这个原理，通过水箱与集热的分离，将集热的真空玻璃管挂于室外，收集太阳能，而保温水箱安放于室内，两者通过水管灵活连接，并做好保温措施，让热量不流失。工作示意图如图13所示。
中午时分，我们来到实验室，满心期待地打开水温水位仪，“滴滴”开机声仿佛告诉我们一切正常，10℃、20℃、30℃……水温呈上升走势，我们的心情也不断升温，看到水温停留在43度，怎么不热啊？仔细想想，此时并没有烈日当头，而是时阴时晴的，气温不过十几度啊，而且是中午时分，壁挂的集热器对直射的阳光还不能反射……怎样提高水温，这将是我们今后继续努力的方向。
（指导老师：汪文峰 陆 勤 王小雷）
虽然厂家已经研制生产出壁挂式太阳能热水器，但是我们发现，目前市场上的壁挂式太阳能热水器价格非常昂贵。
我们设想，可不可利用阳台装太阳能热水器呢？几位同学围绕着这个话题提出了一个设想：制作一个成本低廉环保实用的可壁挂于阳台外的小型太阳能热水器。
一、研究过程
我们对太阳能的了解仅限于生活中的使用，如何设计？如何制作？应该从何下手？我们带着疑问找到了指导老师汪文峰，希望他能提供一些意见。汪老师肯定了我们的想法，并鼓励我们，先要了解，才能有创新。
（1）收集资料
我们对太阳能热水器的工作原理、安装结构、小区住户使用情况，以及目前存在的缺点等方面，进行了调查。
调查兵分两路，一路是较熟悉互联网的王伊尔与陈依然同学，通过上网查阅文字资料，整理太阳能热水器结构、分类及原理等材料；汪孟丁和汪健明同学则去图书馆查阅相关专业知识的书籍，查找对研究制作能提供启发、帮助的有效信息。
另一路由其余四名同学组成，他们直奔各大住宅区实地调查，询问专业人员，向住户征集想法……可谓收获颇丰。
几周时间过去了，两路人马聚齐后互相交流，大家对太阳能热水器的工作原理、结构、种类等方面的知识都已经从无到有，形成初步认识。
（2）设计思路
我们对资料进行了研究和分析，很快太阳能热水器在小组成员的热烈讨论中初具雏形。
我们了解到，传统的太阳能热水器主要由水箱外壳、保温层、水箱内胆、排气溢流孔、密封胶圈、外水箱端盖、防尘圈、电加热器预留孔、真空集热管、进出水孔、漫发射板、护罩尾托、支架等部件组成。太阳能热水器主要有真空玻璃管热水器、平板太阳能热水器、分体式热水器等种类。
比较各个结构种类、热效率高低等方面，我们决定制作真空玻璃管热水器。
目前的真空玻璃管太阳能热水器是由全玻璃真空集热管、保温水箱、支架三大部件组成。其核心集热元件是全玻璃真空集热管，它由两根为同心圆的高硼硅特硬玻璃管组成，内层玻璃外壁采用磁控溅射真空镀膜工艺镀膜，该涂层对太阳光有选择性吸收，其吸收比≥0.92，发射比≤0.09(80℃)，具有高吸收率和低发射率。
真空集热管将吸收的太阳辐射转换成热能，利用冷水比热水密度大，冷水下沉、热水上升的特点，在真空管内形成冷水自上而下、热水自下而上的自然循环，使整个水箱中的水温逐步升高，达到一定温度。
而在我们提出制作真空玻璃管热水器的构想后，指导老师也给我们找来真空玻璃管，有了核心集热元件，制作也有了头绪。
我们在讨论中基本确定了新型太阳能热水器的设计方案，主要包括以下几个关键点：
1.壁挂式：可以挂在阳台，以及室外任何有阳光的安全地点。
2.集热元件：真空玻璃管。
3.电加热装置：阴天可启动，突破天气局限。
在理论知识基本完备后，正赶上汪老师买回来一个小型的真空玻璃管太阳能模型，为我们提供一个“热身”的机会！
（3）收集材料
大家分头行动，收集材料，除核心元件外，主要利用废旧物品，材料如下：
1.废旧的空饮水桶（18.9L，2个）——储水桶；
2.各规格水管、弯头、 三通、塑料管等——连接水路；
3.木板——制作安装真空玻璃管的架子；
4.核心元件——购来的真空玻璃管；
5.角铁钢材——做储水桶架；
6.钉子、螺丝和螺母等——连接铁架、木架子；
7.零食包装袋——真空集热管架外包装兼反光材料；
8.废旧硬纸板、塑料泡沫、旧衣物——保温材料；
9.加热器件——解决阴雨天无阳光的问题；
10.水温水位显示仪——网上购得，用于指示水箱水温和水位。
用到的物品有台钻、手电钻、曲线锯、打孔机、热熔胶、钢锯、木锯、榔头、起子、锉刀、剪刀、透明胶带等。
二、制作过程
（1）制作部件
1.木框结构——支撑元件
太阳能的核心元件是真空玻璃集热管，这就需要一个能够把集热管固定在一起的架子。我们在拆小太阳能热水器模型的时候对架子已经有所了解，现在只需要按照正确尺寸将木板拼装起来即可。
真空玻璃管十分脆弱，因此制作木架并不容易。汪阳海和汪健明主动请缨，尝试做一回“木匠”。先画好记号，再用台钻钻出一圈小孔，再锉开圆孔，便于玻璃管套入，木板连接，固定成框（如图1）。
2.铁架——支撑元件
太阳能热水器的另一个支撑元件铁架，是用来安放保温水箱的，放置在阳台内侧。采用角铁材料做铁架，需要耐心与细心。孔间的距离需要非常精准，失之毫厘，螺钉就不能穿过，不能将两者完全连接。为了精确钻孔，我们想到先在角铁上涂粉笔，便于用铅笔作醒目的记号，钻孔也顺利多了。接着，我们用螺栓螺母将铁架组装成型（如图2）。
3.保温水箱——附加电加热装置
接下来就是太阳能的另一“三大件”——保温水箱。我们采用废旧物品，即饮水机上的水桶，它的容量约18.9L ,两桶合计可装入自来水近38L，能满足一人洗浴。
怎么连接呢？我们在老师的指点和帮助下，在保温水箱的水桶顶部，用锉刀锉薄一点，使之能与50厘米直径的弯管连接（如图3）。
底部需要打两个正圆的小孔，分别为加热器安装孔与排气孔。排气孔与溢流孔均位于底部正中心，加热器安装口在偏离中间的一侧。
当自来水进入水箱时，水位逐渐升高，水箱上方的气体从排气口排出，水位升高到最高处时，如未能及时关闭进水阀，多余的水可以从溢流口排出，是水温水位仪之外的另一道安全防线。 先划线再用电钻打开一个小口，然后用锉刀把孔修整成正圆，不断测试口径大小是否合适，经过一番与锉刀和塑料桶的“较量”，水箱的孔总算完成了（如图4）。
针对太阳能的利用受天气限制的问题，汪老师买来了加热装置——220V的“热得快”。接下来，要将“热得快”加热器固定在水桶底，用热熔胶固定在其中一个水箱上。
用什么来涂热熔胶呢？陈依然同学环顾四周，突然一个激灵，目光锁定在了桌上的一支画笔（如图5）！之后，我们进行了是否漏水的测验，很幸运，水箱顺利通过了测试（如图6）。
4.管道
各个部件的制作整体完成了，接下来的工作就是用PVC材料的管道来连接，最关键的是真空玻璃管如何连接起来。
我们对很多规格的水管、接头和弯头、三通进行了尝试，还自制或网购了密封圈，测试它们连接的效果。先用直径40毫米的PVC三通相连并套上密封圈，再与7根玻璃管相连，结果加水后漏水。
通过改进，我们又想出直径20毫米的三通与玻璃管连接，由于密封圈做得好，加水后，已不再漏水（如图7）。
（2）组装
1.真空玻璃管与木框结构的组装
由于前面对玻璃管与管道的连接做了很多工作，使得后续比较顺利，将玻璃管小心翼翼地依次伸入木框圆孔即可。
为了特别保护玻璃管底部的抽气凸起点，我们在木框孔与玻璃管之间增设了管托，让玻璃管底部悬空。为了增加阳光利用率，我们将同学们的零食包装袋收集起来，剪开洗净并晾干，作为反光材料包装在木框上（如图8）。
2.水箱的组装和保温
水箱是利用饮水机上的两个废旧水桶改造而成的，通过男生们的共同努力，开好了小孔，锉好了圆孔，我们就可以通过PVC管材的Φ50弯头、Φ50三通和Φ20弯头、Φ20三通来连接两水桶，通过并联得到一个容量是18.9L×2的水箱，基本能满足一个人洗浴。
两个水桶连接好后，并不能立即投入使用，还需进行保温包装。我们用废旧硬纸板、塑料泡沫和旧衣作为保温材料，一层层包裹。大家齐心协力，很快水箱就裹成了一个“大家伙”（如图9）。
3.管道连接
我们在实验室有自来水接口并朝阳的一角，架起了自制的铁架，放上保温水箱，并把集热器安放在窗台上。混水阀将自来水和两大件连接起来（如图10）后，一个自制壁挂太阳能热水器就大功告成了（如图11）。
三、工作原理
冷水比热水密度大，我们利用冷水下沉、热水上升的特点，在真空管内形成冷水自上而下，热水自下而上的自然循环，使整个水箱中的水温逐步升高，达到一定温度（如图12）。
我们设计的实用型壁挂式太阳能热水器就是利用这个原理，通过水箱与集热的分离，将集热的真空玻璃管挂于室外，收集太阳能，而保温水箱安放于室内，两者通过水管灵活连接，并做好保温措施，让热量不流失。工作示意图如图13所示。
中午时分，我们来到实验室，满心期待地打开水温水位仪，“滴滴”开机声仿佛告诉我们一切正常，10℃、20℃、30℃……水温呈上升走势，我们的心情也不断升温，看到水温停留在43度，怎么不热啊？仔细想想，此时并没有烈日当头，而是时阴时晴的，气温不过十几度啊，而且是中午时分，壁挂的集热器对直射的阳光还不能反射……怎样提高水温，这将是我们今后继续努力的方向。
（指导老师：汪文峰 陆 勤 王小雷）