隐形大厦 高中生让太阳能热水器穿上“隐身衣” 走进高楼大厦

如今，太阳能热水器在农村每家每户都可以看到，干净、高效、便宜，这使得它们在低层建筑中获得了大量的忠实用户。而传统的太阳能热水器，因为其厚重的黑色造型，在入城时被高层建筑“拒绝”。另外，屋顶面积有限确实让太阳能热水器在安装上有些缩手缩脚，无法满足每一层用户的需求。

太阳光通过柱透镜照射在黑铬翅片上

来自北京京山学校的高中生陈宇成开始对太阳能热水器的设计进行改革，打造了一款“建筑一体化隐形高效太阳能热水器”，不仅美观高效，还可以安装在自己的阳台上。凭借这个项目，他获得了第30届全国青年科技创新大赛创意项目一等奖，成为北京唯一获得“中国十大科技创意之星”的学生。

特殊设计让热水器穿上“隐身衣”

其实这个“建筑一体化隐形高效太阳能热水器”并不是真的披上了隐身衣，像哈利波特的隐身衣一样让人“睁一只眼闭一只眼”。陈宇成说，他的发明是使太阳能接收器的颜色和质地与安装的建筑一致，使太阳能热水器与建筑立面完美融合，从而实现视觉隐形。可能有人会问，传统的黑色热水器不好看，但是对吸热有好处。如果要实现视觉上的不可见性，是不是热水器的接收端的颜色要根据建筑物的颜色来改变，这样才能保证热水器的效率？

事实并非如此。

陈宇成说，太阳能接收端的材料是黑铬，黑铬对光的吸收率可以达到95%，是连接太阳能热水器接收端和热管的好材料。黑铬颜色单一，这也是传统热水器显得黑而重的原因。在设计新的热水器时，陈宇成认为，既然太阳能接收端的材料是不可替代的，为什么不从地面观测端做一些“手脚”？

有了想法，就有了实现的方法。陈宇成将太阳能接收端的黑铬翅片加工成曲面，一边吸收阳光，另一边涂上与墙面相同的颜色，从而达到隐形的效果。余程通过观察发现，曲面的设计与平面相比，不仅更“看不见”，而且更符合太阳焦斑的运动和变化，使得吸热效率达到最大。

擀面杖擀出曲面翅片

说起来容易做起来难。俞成说，做实验装置的时候，费了很大的劲才拿到很多材料。以最基础的黑铬鳍为例，大部分网上供应商都不提供零售额，真的让宇成苦恼了一阵子。“得反复向人解释，我这是学生做的实验，多沟通几次，对方就会卖给我。这个项目完成后，与人打交道的能力提高了很多。”为了创造出他想要的曲面，宇成把家里所有的擀面杖都拿出来使用。"曲面面都是我用擀面杖擀出来的."

材料准备好了，材料整合在一起就遇到了困难。宇成在用热风枪焊接黑铬翅片和热管时，由于热管导热性能优异，热量一加热就被带走，材料熔点难以达到，不容易焊接；但是，为了实现太阳能热水器接收端和黑铬翅片的视觉隐形，必须采用焊接。“最后我做了一个限制器，固定好位置之后再焊接好一点。”

隐形的外表下吸热更高效

外貌不够。对于热水器来说，最重要的是最大限度的吸收太阳的能量，在短时间内迅速升温。所以陈宇成的“建筑一体化隐形高效太阳能热水器”除了要解决传统太阳能热水器外观黑沉的问题外，还想解决传统太阳能热水器因光照不足导致的传热效率低、水温低的问题。

在新设计中，陈宇成为吸热性能好的黑铬翅片增加了“双保险”——凸柱镜片。经过反复实验，宇成有了新的发现。“如果能把面积较大的凸透镜接收到的太阳光线投射到形状固定、面积较小的黑色铬翅上，就能提高整个系统的负载平衡温度。”虞城所说的“空负荷平衡温度”是指整个设备吸热散热达到平衡时设备达到的温度。

通过增加平凸柱面透镜来增加黑铬单位面积的光强，不仅可以提高黑铬翅片空载荷的平衡温度，还可以提高传热效率。“在实验观察中，我发现在强日照期间，平行太阳光下凸透镜下产生的焦斑位置相对较小，从而可以减小黑铬鳍的面积。”虽然黑铬翅片的面积减小了，但它仍然覆盖了焦斑的变化范围，所以照射在黑铬翅片上的辐射量没有减少，但多余的黑铬翅片的散热量和向外辐射量减少了，从而提高了传热效率。