農(nóng)村能源工程3

(4)灶架用以承托灶面，并能靈敏地調(diào)理處面使之與太陽運(yùn)動同步，一直堅(jiān)持灶面與太陽光線垂直。因此，要求灶架結(jié)實(shí)牢靠，調(diào)理方便靈敏。灶面跟蹤太陽應(yīng)使灶面能沿太陽高度與方位的變化兩方面運(yùn)動。方位運(yùn)動機(jī)構(gòu)的調(diào)理普通為手動調(diào)理。有鈾式和輪式。軸式即在底座內(nèi)套一圓管即可，較為簡單，如圖1—34所示。輪式灶架本身也起支座作用，構(gòu)造稍為復(fù)雜，但挪動位置較為方便，如圖l一35如圖1—36所示。是程度軸的位置可上可下，并以能經(jīng)過或接近灶殼重心為佳，這樣費(fèi)力小，操作靈敏。這種灶分量較輕，重心在轉(zhuǎn)軸之上，并采用加大力臂及配重的方法來調(diào)理平衡灶殼分量。圖1—37是一種單軌式太陽灶，灶殼可沿著圓弧軌道上下滑動，操作較費(fèi)力，適用于小型灶運(yùn)用。太陽灶高度方向的調(diào)理范圍應(yīng)大于60。，方位方向的調(diào)理范圍應(yīng)大于90。。(5)鍋架用以支持鍋具。它必需保證鍋具在運(yùn)用時穩(wěn)定，不傾翻，在灶完調(diào)理過程中，鍋水不外溢c鍋架主要由鍋圈、支桿和調(diào)理?xiàng)U等零件組成。鍋架可單獨(dú)固定不動放在地面上，如圖l一38所示。這種鍋架調(diào)整方便。另一種鍋架是和灶殼固定成一體，以保證鍋具總處于灶面的焦點(diǎn)位置c如圖1—33所示，這種支撐稱為平行四邊形自動程度鍋架。3．聚焦型太陽灶的熱性能其熱性能目的主要有：集熱效率、焦面溫度和功率。(1)集熱效率為便于比較各種聚光型太陽灶的熱效率，普通以煮水工況時的熱效率為根據(jù)。聚焦型太陽灶瞬時集熱效率?x是指在某一確定的短時間間隔內(nèi)，鍋具及其—定量的水所獲得的有效熱量Qu與此時間間隔內(nèi)，投射在聚光器光面上太陽直射輻射總能量(IbAc?)之比。4．聚焦型太陽灶的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)反射聚焦型太陽灶時，需求正確選擇反光資料、反射鏡曲面、面積、焦距、聚光比。它們都直接影響太陽灶的性能、本錢和分量。(1)反光資料在太陽灶構(gòu)造中灶面一節(jié)已有引見。由于太陽灶主要在鄉(xiāng)村運(yùn)用，為便于推行，首先要求本錢低，資料的價錢要低廉；其次，要求具有較高的反光性能及耐久性，力求分量輕，運(yùn)用方便。同時，還要留意因地制宜，就地取材。(2)反光鏡光孔面積即反光鏡拋物面的投影面積Ac，它是根據(jù)太陽灶所需的功率大小來確定。由式1—50可求得面積Ac，即(3)反射鏡曲面選擇前面已提到正焦拋物面灶，正焦拋物面由于有部分外表不能有效地對鍋底加熱，且尺寸大，不便于操作因此，較普遍地在正焦拋物面上截取能有效地加熱鍋底的部分曲面，構(gòu)成伯焦拋物面灶。(4)聚光比C(Ac／Ar)它是太陽灶的重要技術(shù)目的。由式(1—45)可知，聚光比愈大，焦面溫度愈高，但對反射鏡的要求也高。作為燒飯、燒水的太陽灶，聚光比以100—300為宜，此時鍋底焦面平均溫度為400—500℃；假設(shè)用于烹、炒等做菜作業(yè)，那么要求的溫度在600—800℃之間，就要求更大的聚光比。聚光比與接納器(鍋、壺等)底部溫度的關(guān)系如圖1—4l所示。圖中標(biāo)著“下限〞的曲線表示接納器處于熱平衡時的焦面平均輻射強(qiáng)度或聚光比與平衡溫度的關(guān)系，此曲線上方表示較大的榮光比。陰影區(qū)表示良好的任務(wù)范圍，接納效率為40％一60％?？v坐標(biāo)的輻射強(qiáng)度表示接納器焦面上的平均能量密落。[三)其他型式的太陽灶1．箱式太陽灶這種太陽灶是利用溫室效應(yīng)原理，經(jīng)過特定安裝將太陽能搜集與積累起來。到達(dá)一定溫度的。普通只能到達(dá)l10—150℃用于蒸煮炊事作業(yè)。如圖1—43所示，主要由箱體、透明蓋板、吸熱板和保溫資料制成。箱體內(nèi)底部及周圍鋪以棉花或其他保溫資料進(jìn)展保溫：層上放吸熱板。吸熱板由牛皮紙、木材或薄鐵皮制造，其外表涂黑以便吸收更多的；太陽能。普通采用2mm厚的玻璃作蓋板，冰冷地域可為兩層或三層，以減少散熱，到達(dá)較高的溫度。這種太陽灶構(gòu)造簡單，制造容易，本錢低，用戶可本人動手制造，蒸煮食物方便，無須專人看管。但集熱溫度與熱效率偏低。箱式太陽灶還可用于烘干，如烘干煙葉，辣椒等農(nóng)產(chǎn)品及消毒殺菌。2.臺式太陽灶(見圖1—44)是箱式太陽灶的一種變型，集熱原理一樣，構(gòu)造類似c不同的是：它用磚或土坯壘成池子替代灶箱。池子還Lf在地上挖一個坑替代，就成為窖式太陽灶。由于它們地點(diǎn)及灶的方向固定，因此，應(yīng)選擇好建灶地點(diǎn)及灶的方向與蓋板的傾角。灶應(yīng)建于枯燥向陽的地方，其北面應(yīng)有擋風(fēng)墻，還可利用朝南的斜坡挖坑，也能擋風(fēng)，減少散熱損失。灶的方向一股為朝南，孟板傾角可等于當(dāng)?shù)氐木暥?，可全年運(yùn)用。假設(shè)只在春分到秋分的6個月運(yùn)用，傾角可用(4—10。)；如只在從秋分到春分的6個月中運(yùn)用，傾角可用(少十10。)c保溫層最簡單是采用黑色被褥，襯于灶坑內(nèi)，它既是保溫層，又是吸熱體。掛條可附在灶蓋下面，可掛曬與烘烤各種東西。為提高箱式太陽灶的入射輻射能，可在箱蓋上加反射鏡，如圖1—45所示。2．回轉(zhuǎn)太陽灶如固l一46所示，其原理與箱式根本一樣，但構(gòu)造上有較大差別。首先它的鋁具固定，而外箱可以回轉(zhuǎn)，以便跟蹤太陽；其次，它比箱式更深，且還有部分曲面可反射入射的部分陽光，因此能搜集到更多的太陽能；此外，它的玻璃蓋板固定；在頂部或側(cè)面開設(shè)門蓋，便于操作。它的構(gòu)造雖復(fù)雜一點(diǎn)，但調(diào)理方便，集熱溫度度c在晴朗天氣下，把鍋具加熱到150—220℃僅需1．5小時。3．太陽能蒸汽灶它是利用集熱器將水加熱變成蒸汽，蒸汽進(jìn)入蒸箱可蒸煮食物，如圖l一47所示。小型灶可用平板型集熱器；大型灶可采用聚光并自動跟蹤太陽的集熱器。由于要獲得蒸汽，因此，要求良好的保溫，尤其在頂部，透明蓋板最好用兩層或三層，集熱器的安裝支架應(yīng)有高度和方位兩個轉(zhuǎn)動方向，在不同季節(jié)和不同時辰都可用于調(diào)理集熱器的傾角與方位．以便能接納更多的太陽能。4．其他型式的聚光集熱器(1)折疊式太陽灶(2)球面鏡固定不動的跟蹤聚光集熱器(3)復(fù)合拋物面聚光集熱器第八節(jié)太陽能的熱儲存一、概述(一1貯能的必要性任何能源系一致直存在著供能與用能的平衡問題。系統(tǒng)能源供需不平衡不是呵斥能源浪費(fèi)，就是不能滿足用戶的需求，影響消費(fèi)或生活。太陽能利用系統(tǒng)中，由于太陽能隨季節(jié)、氣候和晝夜等自然條件而變化，呵斥供能的繼續(xù)性，加之太陽的能量密度低，更加劇了其供需的不平衡。經(jīng)過在系統(tǒng)中設(shè)置貯能安裝，可減緩能源供需的不平衡與更充分地利用太陽能，因此，貯能安裝是太陽能利用系統(tǒng)中不可短少的設(shè)備。[二)太陽能貯能的方式貯能的方式很多，可以按熱能、電能、化學(xué)能、機(jī)械能等方式儲存，太陽能熱利用最為廣泛，因此，技術(shù)最為成熟，商業(yè)化程度最高。熱儲存的優(yōu)點(diǎn)是效率高，本錢低，平安可靠，技術(shù)成熟，最易辦到。太陽電池系統(tǒng)是用蓄電池儲存電能；植物儲存著由太陽能轉(zhuǎn)化來的生物質(zhì)能；太陽能制氫屬于化學(xué)朗儲存；利用太陽能水泵向高處提水，儲存了可做功的勢能。器的構(gòu)造尺寸大，占地大，投資與本錢添加，只需選擇密度大的物質(zhì)才有利。這樣看來，增大貯熱量的有效途徑是選擇比熱和密度大的物質(zhì)作貯熱介質(zhì)。顯然，在選擇貯熱物質(zhì)時還要綜合思索其粘度、腐蝕性、可燃性、毒性、熱穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。表1—7給出一些可作為貯熱的物質(zhì)及其幾個性能參數(shù)值。液體中水的貯熱性能最正確，而且水的粘度低，腐蝕性小，價廉，四處都有。因此，許多集熱介質(zhì)都用水，沒水箱可直接貯熱與用熱，無須設(shè)換熱器，提高了效率，降低了費(fèi)用。但水的規(guī)范沸點(diǎn)約為100℃，要在更高的溫度范圍貯熱就必需加壓，這會帶來一系列構(gòu)造、本錢及運(yùn)轉(zhuǎn)管理等問題，不可取，應(yīng)選擇其他物質(zhì)。固體貯熱物質(zhì)用得最多的是礫石。它的性能一船，得到廣泛運(yùn)用的緣由是價廉，易得。下面引見常用的兩種顯熱貯熱方式。(一)用水貯熱在圖l一52的太陽能系統(tǒng)戶，水在集熱器中被太陽能加熱后泵入水箱，熱能以一定溫度的水貯：廠水箱中。當(dāng)需求運(yùn)用熱量時，水泵2將箱內(nèi)熱水泵入負(fù)荷用熱，放出熱量后前往水箔。假設(shè)箱內(nèi)水溫均勻一致，且水箱為開口系，那么水的治增量等于集熱器傳給水箱的熱量減去水箱傳給熱負(fù)荷的熱量與熱損失，可寫為：對于小水箱，可以為水溫是均勻的，對大水箱，在垂直方向的水溫是不均勻的，上層水溫高于下層水溫，在此情況下，可分段寫出類似式l一54的能量平衡方程。以兩層為例，如圖l一53所示，上層水參數(shù)以下標(biāo)l表示，下層dZ參數(shù)以下標(biāo)2表示。水箱上層的熱平衡方式中左邊是水箱下層水熔的變化率；右邊第一項(xiàng)為上層水傳給下層水的熱量；第二項(xiàng)為集熱器傳給下層水的熱量；第三項(xiàng)是負(fù)荷前往到下層水的熱量；第四項(xiàng)是下層水前往到集熱器的熱量；第五項(xiàng)為下層水的熱損失。用水作為貯熱物質(zhì)，設(shè)置貯熱器的投資主要是容器與保溫資料。同量熱水，用——的貯熱器優(yōu)于多個小的貯熱器，因前者外表積小，散熱損失小，保溫資料用量也少。到減少投資，在一樣容積條件下，應(yīng)采用外表員小的容積外形。[二)堆積床貯熱當(dāng)攜熱工質(zhì)為空氣時，如要把熱儲存起來，最好是利用各種固體資料構(gòu)成堆積床貯熱安裝。即將礫石、鑄鐵塊或其他固體資料堆積放置在容器內(nèi)，如圖l一54所示。當(dāng)熱空氣流經(jīng)堆積床時，便對固體資料加熱；在負(fù)荷需熱時，又使冷空氣通入取走熱量。如今運(yùn)用得最多的固體資料是礫石(將巖石破碎成塊)或卵石，它價廉，可就地取材，其比熱容量以>約為2000U／m3·k，約為水的一半，同時，這種接觸式換熱器具有較高的換熱效率。為增大換熱效率，礫石的直徑應(yīng)小些，以增大換熱外表積，且溫度梯度也要小。礫石直太小，會增大流動阻力。通常直徑以2—5恤為宜。且尺寸均勻，使石塊間的間隙均勻，可減少流動阻力。普通空隙率為30％?？傊堑[石內(nèi)部的導(dǎo)熱熱阻與礫石外表的對流換熱以空氣為傳熱介質(zhì)的礫石床貯熱器的太陽能系統(tǒng)如圖1—55所示。該安裝沒有輔助能源及4個三通閥，可用于建筑供暖。有四種任務(wù)形狀：①建筑無需供暖，集熱器搜集到的太陽能儲存于礫石床中；②建筑物需求供暖，集熱器搜集的熱量直接通入采暖空間；②集熱器得不到太陽能(如陰雨天或夜間)，建筑需求供暖可運(yùn)用礫石床的儲存熱，并可滿足取暖要求；④如貯熱器貯熱不夠或已用盡，可啟動輔助能源來滿足供暖要求。各任務(wù)形狀都由適當(dāng)支配各三通閥來實(shí)現(xiàn)。堆積床熱量傳送可寫成熱平衡方程：前者的集熱安裝在建筑物旁的斜坡上，礫石床貯熱器那么設(shè)置在建筑物房間地板下面。該系統(tǒng)靠自然對流循環(huán)，無需風(fēng)機(jī)，不耗費(fèi)電力。后者是以礫石床和水箱共同貯熱。集熱器中的熱水進(jìn)入水箱，水箱經(jīng)過散熱將熱量傳給礫石床。在需熱時，空氣由風(fēng)機(jī)驅(qū)動流過礫石床將熱量取出，用來給建筑供暖c5利用地下土壤、巖石和水儲存太陽熱能是一種與礫石床相類似的貯熱器。在夏季將太陽能集熱器搜集到的熱量儲存于地下(以空氣或水為介質(zhì)，經(jīng)過埋于地下的管道傳熱)；冬季再將熱能回收利用。計(jì)算和實(shí)驗(yàn)闡明，能回收儲存熱的90％。三、潛熱熱儲存它是利用貯熱物質(zhì)的相變過程來貯、放熱。相變可以是熔解、汽化等物理過程，也可以是水化——脫水的化學(xué)反響過程。物質(zhì)的潛熱要比顯熱大得多，這可使貯熱器的容積大為減少．這意味著設(shè)備占地與投資的減少；物質(zhì)的相變是在一定溫度下進(jìn)展的，變化范圍極小，這個特性使得貯熱器能堅(jiān)持根本恒定的熱力效率與供熱才干；有些相變物質(zhì)價錢不高，可以與顯熱儲存競爭。由于這些優(yōu)點(diǎn)，潛熱貯能越來越遭到注重。各國都在進(jìn)展廣泛的研討實(shí)驗(yàn)。有些相變貯熱安裝已投入運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)用最多的相變資料是含結(jié)晶水的無機(jī)鹽類，此外，石臘和某些有機(jī)物，以及一些堿，鹽和金屬也能夠作為相變貯熱資料。對相變貯熱資料的要求是：相變溫度適宜；相變潛熱高；相變是可逆的，反復(fù)循環(huán)變化不蛻變；液相和固相的導(dǎo)熱系數(shù)和導(dǎo)沮系數(shù)高；密度大；比熱大；相變體積變化??；蒸汽壓低，最好能在常壓下操作；無毒，無腐蝕性；無過冷景象。要完全滿足上述要求的資料很難找到。在運(yùn)用中最重要的是相變溫度適宜，相變浴熱高和價錢廉價。對于過冷和腐蝕也應(yīng)給以足夠注重。(一)貯熱物質(zhì)的性質(zhì)對貯熱的影響1．過冷當(dāng)貯熱物質(zhì)在液相被冷卻時，難于構(gòu)成固相，甚至冷到正常的凝固溫度以下仍不固化，一旦晶體構(gòu)成，溫度又恢復(fù)到凝固溫度(液／固平衡溫度)，這是一種一相過冷景象，如圖1—58所示。另一種過冷景象是固相雖能在液相中構(gòu)成，但構(gòu)成的速率很低，放出的浴熱比系統(tǒng)傳出的熱量少，致使系統(tǒng)平衡溫度一直低于正常的相變溫度7—，這種景象叫雨相過冷，如圖l一59所示?？梢钥吹较到y(tǒng)平衡溫度比正常凝固溫度低A。過冷景象直接影響貯熱器的放熱速率與放熱量。過冷程度大小和資料的性質(zhì)、冷卻速率及所含雜質(zhì)的種類、多少有關(guān)。通常雜質(zhì)含量越多，過冷程度越大。防止過冷的方法是：選用過冷傾向小的資料；參與結(jié)晶催化劑(即種類)；運(yùn)用?即種類)；使3．腐蝕相變資料大多數(shù)有腐蝕性，常會對構(gòu)造容器和管道等呵斥腐蝕。防止腐蝕的方法是：選擇相容性好的相變資料；在相變資料中參與防蝕劑。防蝕劑有兩種類型：一種是在金屬壁上構(gòu)成氧化膜；另一種是在金屬外表構(gòu)成維護(hù)層。后者如長鏈脂肪酸、碳酸氫鈉和磷酸鈉水溶液等。(二)貯熱相變資料朗作相變資料的有以下幾類：水化鹽、熔鹽、石臘族、非石臘有機(jī)物及其他雜類。四、太陽池簡介太陽池是含鹽水池，深度為l一3m。這種水池是集熱器與貯熱器的結(jié)合，可跨季儲存熱量。普通淡水池在接受太陽加熱后會發(fā)生豎向自然對流，溫度高的水層密度較小，自動浮到頂層，將熱量散到大氣中。太陽池內(nèi)運(yùn)用鹽水，池水的含鹽旦隨深度而變化。底部池水含鹽15％(按分量計(jì))，中上部為7．5％。由于存在鹽分的濃度梯度，抑制了豎向的自然對流。靜止的水是熱的不良導(dǎo)體，經(jīng)過導(dǎo)熱的熱損失很小。同時，將他的底部涂成黑色，以添加對太陽能的吸收。太陽輻射一部分放太陽池外表反射，一部分披上水層吸收，剩’下部分穿透上水層逐漸被下層水及池底部吸收。實(shí)驗(yàn)闡明，一個1m深的太陽池接近頂部的水層為30℃，而底部水層可達(dá)80℃。為防止散熱損失，沿池邊和池底最好用泡沫塑料隔熱。第五節(jié)太陽能熱利用系統(tǒng)熱利用是目前太陽能利用的主要領(lǐng)域，熱利用的方式及系統(tǒng)多種多樣，本節(jié)主要論述在目前我國運(yùn)用較多的幾種方式及系統(tǒng)，即太陽能熱水系統(tǒng)、太陽能枯燥系統(tǒng)、太陽能采暖及太陽能溫室。其他的利用，如太陽能制冷與空調(diào)、太陽能水泵，只作簡單引見一、太陽能熱水系統(tǒng)(一)類型太陽能熱水系統(tǒng)，按熱水流動的方式，可分為直流型與循環(huán)型；循環(huán)型又分為自然循環(huán)型與強(qiáng)迫循環(huán)型。1．自然循環(huán)熱水系統(tǒng)它是依托水溫不同引起密度不同而產(chǎn)生的壓力差使水循環(huán)流動，并在集熱器中加熱的，如圖l一6l所示。該系統(tǒng)靠自來水補(bǔ)充冷水，由球閥控制補(bǔ)充水量(b)；也有添加一補(bǔ)水箱的(a)。這種系統(tǒng)構(gòu)造簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，不耗費(fèi)其他能源。缺陷是大的循環(huán)水箱需高架于集熱器之上，呵斥建筑物或構(gòu)架的重負(fù)；集熱效率隨水溫升高而下降。適用于小型熱水系統(tǒng)。2．自然循環(huán)定溫放水熱水系統(tǒng)如圖1—62所示。這種系統(tǒng)將循環(huán)水箱與蓄水箱分開，宏大的蓄水箱可放置在集熱器以下的低處，這就處理了蓄水箱高架負(fù)重問題；采用定溫放水及小的循環(huán)水箱加快了熱水的循環(huán)，提高了熱效率，并可多產(chǎn)熱水。圖中是一種由電接點(diǎn)壓力溫度計(jì)控溫的系統(tǒng)。溫度計(jì)的傳感頭固定在循環(huán)水箱上出口附近一樣的高度上，當(dāng)循環(huán)水箱出口處的水溫到達(dá)預(yù)定溫度上限時，溫度計(jì)的溫度指示觸頭便與其上限觸點(diǎn)相接觸，經(jīng)過中間繼電器J2向電磁閥通電，使放水閥門開啟，將熱水放入蓄水箱儲存供運(yùn)用。接著電補(bǔ)給水箱向循環(huán)水箱補(bǔ)入冷水，水溫下降。當(dāng)降到預(yù)定溫度時，溫度計(jì)的指示觸頭與下限觸點(diǎn)接觸，接通另一中延續(xù)電器，切斷電磁閥的電源，停頓放水。3．自然循環(huán)變流量定溫補(bǔ)水熱水系統(tǒng)為理處理自然循環(huán)定溫放水系統(tǒng)蓄水箱的安裝位置問題，采用如圖1—63所示的系統(tǒng)。它與定溫放水系統(tǒng)的構(gòu)造根本一樣，不同的是，取消了補(bǔ)水箱，并將控制安裝和補(bǔ)水閥安裝在補(bǔ)水管上，根據(jù)預(yù)定的溫度上下限，改動電動調(diào)理閥的開度大小，以控制補(bǔ)水量的大小，并將一定溫度的熱水從循環(huán)水笛上部壓到蓄水箱。由于從循環(huán)水箱底部送入的補(bǔ)水流量在變化，因此從循環(huán)水箱上部被擠出的熱水流量也隨著變化，構(gòu)成了定溫變量放水。4．強(qiáng)迫循環(huán)熱水系統(tǒng)如圖l一64所示。水泵將水箱中的水經(jīng)過循環(huán)水管2泵人集熱器下集管，水經(jīng)排管到上集管，然后由循環(huán)水管l回到水箱。水泵迫使水不斷循環(huán)。水泵的起停電集熱器頂部的預(yù)定溫差控制，以便到達(dá)一定溫度供水。止回閥用以防止水泵停二、太陽能枯燥系統(tǒng)太陽能枯燥普通以空氣為工質(zhì)，空氣經(jīng)過空氣集熱器加熱至40—60℃，再進(jìn)入：產(chǎn)燥器與被枯燥物料接觸，熱空氣把熱量傳給物料，使其中的水分蒸發(fā)，并被帶出器外，從而使物料枯燥。這種低溫型太陽能枯燥系統(tǒng)構(gòu)造簡單，造價低，枯燥產(chǎn)質(zhì)量量高，比自然嚴(yán)燥速度快，比燒燃料枯燥節(jié)省能源，又不污染環(huán)境和物料。因此，可廣泛運(yùn)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)各個行業(yè)。[一)枯燥過程及機(jī)理1．物料中的水分物料中含有過多的水分，使之容易腐爛蛻變，需進(jìn)展于：燥，除去過多的水分，到達(dá)物料與一定溫度及濕度條件下的空氣長期接觸的最終含水量，即平衡含水量或平衡含水率。此時，物料中的水分與該條件下空氣中的水分達(dá)成平衡，以便于物料貯藏。各種物料的平衡含水量在一定空氣溫度和相對濕度下是一定的，幾種糧食在25℃下的平衡含水率如表l一13所示。物料內(nèi)所含水分有化學(xué)結(jié)合水，即物料中化合物的結(jié)晶水，這種水分不能用枯燥方法去除；物化結(jié)合水，即以物理化學(xué)結(jié)合力存于物料中的水，如吸附水，構(gòu)造水與毛細(xì)水等，較難經(jīng)過于燥去除；游離水分，即存于物料孔隙與外表上的水分，又稱非結(jié)合水，枯燥中主要除去這種水分。物料含水的特征直接影響枯燥過程除水的難易與快慢。疏松物料主要在其孔隙中含游離水分，易于枯燥；谷物、煙草、棉織品等既含游離水，又有較多的物化結(jié)合水，枯燥過程較緩慢；水果、橡膠或蠶繭等物料，枯燥更困難，更慢。2．枯燥過程機(jī)理物料內(nèi)部水分的去除是經(jīng)過水分向外表的分散與外表的蒸發(fā)同時進(jìn)展的?？菰锼俾嗜Q于這兩個過程速率的大小，以及哪一個過程的速率起主導(dǎo)作用。如琉松物料內(nèi)部水分能迅速分散到外表，即分散速度大，這時水分的去除主要取決于外表蒸發(fā)速度，因此增大物料的外表積和物料與空氣間的相對速度都能提高于燥速度。如木材及粘性物料，其內(nèi)部水分分散速率小于外表蒸發(fā)速率，前者就是影響枯燥快慢的主導(dǎo)要素。這時增大空氣流速對枯燥快慢影響不大，應(yīng)改善內(nèi)部水分的分散的分散整個枯燥過程中，隨含水量的減少，枯燥速率是變化的。如圖1—68枯燥速率與物料含水量關(guān)系曲線所示，枯燥過程分為三個階段：(1)預(yù)熱階段圖上的階段。枯燥過程從A點(diǎn)開場，隨物料溫度升高，其含水量減少，枯燥速率也迅速添加，到B點(diǎn)到達(dá)最大。此階段的特點(diǎn)是，物料被熱空氣或太陽輻射加熱，其溫度迅速上升到該熱空氣的濕球溫度。此階段耗費(fèi)的熱量主要用于添加物料的內(nèi)能，提高溫度。(2)等速枯燥階段(BC段)此階段物料外表堅(jiān)持恒定的溫度(熱空氣的濕球溫度)。對物料的加熱量用于其水分的蒸發(fā)，相當(dāng)于水分的蒸發(fā)潛熱。由于物料外表水分已越來越少，而與物料內(nèi)部產(chǎn)生濕度差，內(nèi)部水分就不斷向外分散，此時，水分的分散速率與枯燥速率都堅(jiān)持不變，所以稱為等速枯燥階段。C點(diǎn)開場枯燥速率又開場變化，故稱C點(diǎn)為臨界點(diǎn)，C點(diǎn)對應(yīng)的物料含水率Cc叫臨界含水率。(3)降速階段(CD段)C點(diǎn)以后，物料內(nèi)部水分的分散速率不能滿足外表蒸發(fā)的需求，使枯燥速率下降cj這時所供應(yīng)的熱量除了用于水分蒸發(fā)外，還使物體溫度升高，趨向于熱空氣溫度c到達(dá)D點(diǎn)，：嚴(yán)燥作業(yè)完成。[二)太陽能枯燥系統(tǒng)按系統(tǒng)接納太陽能及能量輸出方式，可將太陽能枯燥系統(tǒng)分為三種類型：溫室型、空氣集熱器型，溫室與空氣集熱器結(jié)合型1．溫室型太陽能枯燥系統(tǒng)這類系統(tǒng)中，物料主要靠吸收太陽輻射熱而被枯燥。在構(gòu)造上，小的可制成箱式，如圖1—69所示。太陽光經(jīng)過透明蓋板直接照射到物料上，對物料輻射加熱，也有部分由于熱空氣流動的對流加熱、大的可建立溫室，這主要取決于枯燥規(guī)模大小。但加熱枯燥的作用原理都一樣。一座溫室型太陽能果脯枯燥系統(tǒng)溫室型太陽能枯燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)中留意的問題：(1)應(yīng)盡量提高對太陽輻射量的吸收和利用率枯燥室應(yīng)能充分吸收陽光的直射與散射。普通午后太陽輻射總量比午前大，午后氣溫比午前高，因此枯燥器的方位以朝南稍偏西為好。偏西角度視所在地域緯度和運(yùn)用季節(jié)而定。普通在3一10o之間。在高緯度區(qū)以朝南單斜采光面為宜，單斜面傾角最好為當(dāng)?shù)鼐暥鹊囊话?，而不是象通常的集熱器傾角等于當(dāng)?shù)鼐暥?。傾角小可使陽光直射被枯燥物料而獲得最大能量收益，且能減少于燥器頂部空間與周邊的熱損失。在低緯度區(qū)夏秋兩季運(yùn)用時，東西雙面采光較好，雙斜面傾角應(yīng)能使水摘自動流淌(約12o左右)。散射光的采集與溫室構(gòu)造有關(guān)。主要參數(shù)是采光面積與〔2)應(yīng)盡量減少氣流流動阻力，使枯燥器具有良好的空氣動力學(xué)特性應(yīng)使物料枯燥過程水分均勻分布，濕空氣排出順暢，不會在采光蓋板內(nèi)外表構(gòu)成水滴，且枯燥速率高。為使枯燥器內(nèi)的低壓差氣流供物料均勻枯燥，應(yīng)讓氣流垂直穿過物料層，濕空氣虛迅速從排氣口徘出，并盡量防止出現(xiàn)死角。最好采用強(qiáng)迫通風(fēng)，適當(dāng)增大循環(huán)的風(fēng)速與風(fēng)量，風(fēng)速為l一2m／s，這對改擅長燥均勻性，提高枯燥速率和枯燥效果有益處。但風(fēng)量過大會降低枯燥溫度，增大能量耗費(fèi)，反而不利。(3)要有良好的保溫與氣密性這種要求比普通種植溫室要高度與枯燥速率。(4)構(gòu)造設(shè)計(jì)計(jì)算可參考太陽能溫室部分。以堅(jiān)持較高的枯燥溫度。2．空氣集熱器型枯燥系統(tǒng)這種系統(tǒng)由空氣集熱器和枯燥室組成。利用集熱器加熱空氣，然后用風(fēng)機(jī)將熱空氣送入枯燥室(小型系統(tǒng)采用自然對流)，對物料進(jìn)展對流加熱枯燥。由于空氣進(jìn)展強(qiáng)迫對流，加強(qiáng)了傳熱、傳質(zhì)過程，從而可提高于燥速度與效率；物料不受陽光直接曝曬吸熱，有利于溫度、濕度控制。系統(tǒng)按氣流加熱與流動情況又可分為：一次加熱開路系統(tǒng)、廢氣中間加熱開路系統(tǒng)勺廢氣加熱閉路循環(huán)系統(tǒng)。(1)一次加熱開路系統(tǒng)如圖1—17所示太陽能掛面枯燥系統(tǒng)?？諝饧療崞骺偯娣e84mz。經(jīng)集熱器加熱的空氣由風(fēng)機(jī)經(jīng)管道送人枯燥室對掛面進(jìn)展枯燥。枯燥后的濕空氣由誹風(fēng)扇誹出室外。為使枯燥均勻，枯燥室頂部還裝有三臺吊扇向掛面吹風(fēng)。該系統(tǒng)采用溫(熱空氣溫度低于50℃)大風(fēng)量設(shè)計(jì)。每天可烘干出掛面1000一1500kg。它構(gòu)造簡單，操作控制方便。由于熱空氣一次利用后直接排出，排氣溫度較高，相對濕度較低，仍

有枯燥才干，故熱利用效率偏低。美國的農(nóng)場廣泛運(yùn)用如圖l一72所示的系統(tǒng)進(jìn)展秋季谷物枯燥。集熱器傾角63O已采用小溫升加熱與小的流動阻力，使集熱器構(gòu)造簡單可靠，操作簡便，費(fèi)用少。今天集熱效率隨空氣流量不同在5t)％一70％之間：(2)廢氣中間加熱開路系統(tǒng)如圖l一73所示?？菰锸疑嫌腥M空氣集熱器，空氣由風(fēng)機(jī)驅(qū)動經(jīng)過集熱器加熱后，進(jìn)入枯燥室，從下向上穿透物料，對部分物料吸濕枯燥后又進(jìn)入集熱器受熱。這樣，空氣依次不斷受熱——枯燥——受熱——再枯燥，不但強(qiáng)化了枯燥過程，且空氣熱能得以充分利用，物料可延續(xù)進(jìn)出消費(fèi)。最后從枯燥室排出的廢氣朽對濕度較高，系統(tǒng)效率平均達(dá)30％一40％。(3)廢氣加熱閉路循環(huán)系統(tǒng)如圖1—74所示的太陽能木材枯燥窯表示圖?？諝饧療崞鱨把空氣加熱到預(yù)定溫度時，溫度控制器2使鼓風(fēng)機(jī)3起動，驅(qū)動熱空氣將風(fēng)門4翻開而進(jìn)入窯內(nèi)，再由窯頂?shù)娘L(fēng)扇向堆放的木材吹拂枯燥。經(jīng)過木材的熱空氣吸濕后經(jīng)轉(zhuǎn)換閥門10進(jìn)入回氣管ll而前往集熱器循環(huán)加熱運(yùn)用。濕空氣冷凝的水由排水口9排出。當(dāng)窯內(nèi)溫度超越規(guī)定值時，控制器使轉(zhuǎn)換閥門10換位，讓熱空氣進(jìn)入窯底部礫石床貯熱器7，將熱量儲存起來。然后，這種降低了溫度的空氣經(jīng)回氣管再到集熱器加熱。在沒有陽光時，集熱器溫度下降，控制器2使鼓風(fēng)機(jī)和風(fēng)門封鎖，而由貯熱器放熱，可繼續(xù)枯燥木材。當(dāng)窯內(nèi)濕度太大時，控制器6使?jié)窨諝庖莩隹?翻開，讓濕空氣排出。(三)太陽能枯燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)1．根據(jù)所要求的脫水量，確定單位時間所需的脫水能量(UA)。再估計(jì)系統(tǒng)效率，確定系統(tǒng)所需總能量(kJ)。2．根據(jù)被枯燥物料的性質(zhì)、對干制質(zhì)量量要求及投資、運(yùn)用費(fèi)等要素，選定適宜的枯燥方式及枯燥系統(tǒng)的構(gòu)造及布置。3．確定所需空氣的質(zhì)量流量(k8A)，由此也將知道空氣在集熱器中的溫升(℃)。4．根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜照占皻夂驐l件，利用假定的效率估算集熱器的采光面積(m2)。三、太陽能采暖系統(tǒng)我國東北、華北與西北地域，冬季氣候冰冷，且時間長，采暖能耗大，寬廣鄉(xiāng)村由于生活用能緊缺，冬季靠火炕取暖，室內(nèi)氣溫很低，普遍在10℃以下，甚至室內(nèi)掛霜結(jié)凍但三北地域太陽能資源比較豐富，采暖期(11月至下一年3月)日照率高，冬季大氣透明度好，開展太陽能采暖具有優(yōu)越的條件。且多年來，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)與推行闊陽能取暖已獲得一定閱歷。太陽能采暖能節(jié)省常規(guī)能源，清潔，不污染環(huán)境，太陽能采暖建筑可與常規(guī)住房建筑結(jié)合，工藝技術(shù)問題較容易處理，而造價添加不多，最多不超越20％，并能很快從節(jié)省的燃料費(fèi)中收回，經(jīng)濟(jì)上合算，因此，太陽能采暖是緩解我國三北地域?qū)拸V鄉(xiāng)村冬季采暖能源緊缺問題，改善農(nóng)民居住條件的重要途徑。在我國南方，如黃河以南和長江流域，冬季室內(nèi)陰冷，但屬冬季不采暖地域，太陽房技術(shù)在該地域開展推行，冬夏皆可受害，極受歡迎，也大有出路。按搜集太陽能的方法，太陽能采暖可分為兩類：自動式與被動式太陽能采暖系統(tǒng)，簡稱自動式與被動式太陽房。自動式太陽房是在建筑與構(gòu)造按太陽房技術(shù)條例設(shè)計(jì)與建造根底上經(jīng)過集熱器、貯熱器、管道、風(fēng)機(jī)或水泵等設(shè)備來搜集、儲存及輸配太陽能，向建筑供暖。圖l一77，l一78分別為太陽能熱水供暖與空氣加熱供暖系統(tǒng)。由于太陽能的不穩(wěn)定性，系統(tǒng)中普通都設(shè)置有輔助能源，以補(bǔ)充太陽能供暖的缺乏。自動式太陽房供暖質(zhì)量高，可與常規(guī)能源供暖系統(tǒng)媲美，但投資大，控制系統(tǒng)較復(fù)雜。被動式太陽房是依托建筑物本身的合理規(guī)劃，經(jīng)過宙、墻、屋頂、地面及設(shè)置的建筑構(gòu)造盡量多地吸收和儲存太陽能，以自然的輻射、對流和傳導(dǎo)的方式傳熱，提供采暖。它無需專門的集熱器、貯熱器、管道、風(fēng)機(jī)或泵等設(shè)備。這種型式的太陽房構(gòu)造簡單，運(yùn)轉(zhuǎn)簡便，易于推行。但采熱量少，室溫不高，且動搖大。被動式太陽房按集熱與供暖的1．直接受害式(圖l一79)它是利用陽光直接透過大面積的南玻璃窗進(jìn)入室內(nèi)、照射到墻壁、地板及家具上，使其吸熱與受熱體溫度升高，然后經(jīng)過輻射與對流等換熱方式，加熱室內(nèi)空氣與其他未受太陽輻射的墻、地板與物件等，提高其溫度，提供采暖。這種型式的太陽房構(gòu)造簡單，運(yùn)用方便，無須額外管理，但白天光線過強(qiáng)，且晝夜室溫動搖大，是我國目前采用較多的一種方式。2．集熱墻式是法國學(xué)者特朗勃(Trombe)提出的一種集熱供暖方式，故又稱為特朗勃墻式。如圖l一80所示。南面一層或兩層玻璃板后面為一道重型構(gòu)造的集熱墻，墻外外表涂有黑色涂料，上下開通風(fēng)口，并設(shè)有可開閉的活門。玻璃板與集熱墻之間留有10—20cm的間隙。當(dāng)陽光透過玻璃板照射在集熱墻上時，被墻吸收，其外外表溫度升高，所吸收的熱量，一部分經(jīng)過玻璃板向室外散失；一部分加熱夾層中的空氣，從而使夾層中的空氣與室內(nèi)空氣的密度不同，可經(jīng)過上下通風(fēng)口構(gòu)成3．附加陽光問式如圖1—81所示。在居室的南墻外建一玻璃罩著的陽光間。陽光間與室內(nèi)空間由墻及窗隔開。其供暖機(jī)理是集熱墻與直接受害式的結(jié)合。這種型式的陽光間可用來養(yǎng)花及栽培其他植物，但玻璃外表積大，散熱損失大，因此降低了搜集陽光的有效熱量。4．屋頂集熱薔熱式將充溢水的黑色塑料袋放在屋頂上。在冬季白天，太陽輻射把水加熱，緊貼著屋頂?shù)乃?，由于其下的屋頂不設(shè)保溫層，熱量經(jīng)過屋頂傳人室內(nèi)；在晚上，用保溫板遮蓋塑料水袋，以減少熱水向室外環(huán)境散熱。水的熱容量大，可以儲存較多的熱量，以滿足晚上室內(nèi)采暖的需求。在夏季白天，將水袋遮蓋，晚上翻開，能起到防暑降溫作用。這種型式用于南方冬季不結(jié)凍地域較好.下面分析不同類型太陽房的熱性能及其影響要素。1．直接受害式太陽房這種型式的太陽房假設(shè)沒有輔助熱源，有陽光的白天室溫較高，晝夜室溫動搖較大，使居住者感到不溫馨。因此，須分析其影響要素并加以改善。(1)適當(dāng)?shù)拇暗乇绕涫覝貏訐u大的首要緣由是南畝面積過大，因此應(yīng)選擇適宜的南窗面積。普通用南宙面積與房間地板面積之比(畝地比)加以限制。不開設(shè)窗戶的其他南面墻最好都設(shè)計(jì)成集熱墻。宙地比的選擇隨冬季平均室外氣溫不同而不同，室外平均氣濕.愈低，窗地比應(yīng)愈大，可參考以下引薦值選取。冬季室外平均氣溫在—5一10℃的，其窗地比為0．24—o．42(宙有保溫措施，即可在宙內(nèi)、外加沒保溫簾)；—1一—5℃，為0．2—4．35；0—5℃，為0．12—0．25。(2)貯熱體及其配置進(jìn)入房間的陽光直射到貯熱體上是最有效的。房間的地板，東、西、北墻都可作貯熱體，應(yīng)盡能夠使它們遭到陽光照射，因此，對于南面房間，進(jìn)深不大于宙頂端離地高度的2倍就可保證陽光進(jìn)入整個房間。不過，陽光進(jìn)入房間的深度d與屋槽距地面高度h及季節(jié)、地理緯度有、地理緯度有關(guān)。如圖l一82所示，為使房間冬暖夏涼，可思索按表l一15選取d兒值。同時，陽光直射到貯熱體上的外表積不應(yīng)小于宙玻璃面積的4倍。通常地面及墻都是由磚或混凝土等重型資料構(gòu)成，其厚度到達(dá)10cm就能滿足直接受害式太陽房貯熱的要求。再增厚對房屋熱性能影響不大。為添加房屋內(nèi)外表對陽光的有效吸收，由于地板受陽光照射時間最長，地板外表應(yīng)涂成深色(深棕色或紫紅色)；墻可為任何顏色，一切輕質(zhì)構(gòu)造都應(yīng)涂成淡色，地面不要鋪設(shè)大地毯。(3)玻璃層數(shù)和構(gòu)造保溫玻璃窗的夜間保溫對直接受害式系統(tǒng)的供暖保證率影響很大。在夜間無保溫時，玻璃層數(shù)對節(jié)能起較大作用，但夜間有保溫時，添加玻璃層數(shù)的作用就減少了。單層玻璃有保溫比無保溫添加玻璃層數(shù)時的保溫效果要好得多?；顒拥闹姹卦O(shè)備(如保溫簾)是太陽房減少室溫動搖的有效措施。合理的玻璃層數(shù)完全取決于氣候條件。氣候溫暖和過渡地域(緯度40。以內(nèi))皆可采用單層玻璃加保溫措施或雙層玻璃；冰冷地域(緯度43。以上)，可采用雙層玻璃加保溫或三層玻璃。而且夜間有保溫時，采用多層玻璃的性能仍好些。(1)集熱墻存在著最正確厚度范圍一樣資料不同厚度的集熱墻，在白天日照期間，外外表的溫度非常接近，其對流供熱量Qc也相差不多，但其內(nèi)外表最高溫度及最大導(dǎo)熱供熱量Q反的數(shù)值及出現(xiàn)時間卻有很大不同。(2)同一資料、同一厚度的集熱墻，有無通風(fēng)孔及有無夜間保溫時的熱性能差別較大有通風(fēng)口、夜間有保溫的集熱墻全天集熱效率(包括vc，32x)最高，該當(dāng)優(yōu)先采用。無通風(fēng)口的集熱效率萬?g／最低。但其傳熱集中在夜間，因此夜間供熱多。由于外外表溫度高，散熱損失最大。如直接受害式的窗問或窗下設(shè)置無通風(fēng)口的集熱墻式系統(tǒng)，可改善其溫度動搖情況。(3)集熱墻通風(fēng)孔面積與空氣夾層厚度集熱效率與A、，／As(通風(fēng)孔面積與夾層橫斷面積之比)有關(guān)。v?w隨A、，／As值的添加而略有添加。當(dāng)墻高2．5—3m時，普通i今／A，值取0．7一1．0較為適宜。上下通風(fēng)孔面積通常作成相等，(4)集熱墻外表的顏色應(yīng)選用對太陽輻射光吸收率較高的顏色，如黑色、暗藍(lán)色墨綠色等。其吸收率均在0．85以上。用選擇性涂料對熱性能影響與加保溫設(shè)備相當(dāng)。3．附加陽光問式太陽房這種太陽房在構(gòu)造上有兩種：一是附加陽光間(或陽光走廊)的北墻與主建筑南墻共用，其他三面墻凸出于建筑的南立面之外；另一是附加陽光間的北、東和西墻與主建筑的墻體共用，南玻璃透光墻在主建筑南局面之外，并與主建筑南立面為同平面。影響系統(tǒng)熱性能的要素有：1)溫室內(nèi)的貯熱容量溫室內(nèi)的貯熱體是共同的磚墑與地面，應(yīng)有足夠的貯熱容量。假設(shè)共用墻為輕質(zhì)隔熱墻，貯熱容量小，那么可在溫室內(nèi)放置貯水簡(袋)，以水作貯熱物質(zhì)，增大貯熱容量。(2)附加溫室的方位與采光面的傾角溫室的采光面朝正南時，其熱性能最好，但在偏離正南i30。以內(nèi)時，方位的影響不甚明顯。溫室采光面為單斜面對，傾角變小，采光投影面積增大，其熱性能改善，但小傾角方案使造價添加，并易積雪，且室內(nèi)空間適用性差，故不宜采用。3)附加溫室共用墻上的開口共用墻上的開口可以是門或窗，也可以是類似集熱墻式的上下通風(fēng)口。自溫室進(jìn)入房間的對流熱量與開口大小有關(guān)。對于上下通風(fēng)口的方案，當(dāng)開口面積與共用墻投影面積的比值超越‘0．04后，開口面積大小對太陽房系統(tǒng)熱性能無明顯影響；共用墻為磚墻時，由于墻體的貯熱作用，培上有無開口對年節(jié)能宰的影響為20％左右。而對于不貯熱的絕熱墻，當(dāng)墻上無開口時，太陽能就不能傳至室內(nèi)。因此，太陽能的年節(jié)能率或保證率為零。(三)太陽房設(shè)計(jì)包括建筑設(shè)計(jì)與熱工性能計(jì)算。1．太陽房建筑設(shè)計(jì)的主要思索太陽房的良好熱性能要靠建筑構(gòu)造來保證，因此，符合太陽房技術(shù)要求的建筑設(shè)計(jì)是很重要的。(1)太陽房的朝向選擇太陽房的朝向應(yīng)滿足冬季有較多的日照，夏季防止過多的日曬與有利于自然通風(fēng)降溫的要求，但主要還是冬季采暖的要求。冬季由于太陽方位角酌變化范圍小，南墻面日照時間最長，從日出到日落都能得到日照；北墻全天得不到日照；東西墻的日照時間也很少，僅南偏東與偏西30。朝向范圍內(nèi)，冬至日僅有4小時的日照。冬季太陽的輻射量也以南墻面接受的直射輻射量最多，南偏東或偏西各15。范圍內(nèi)日射量減少不多，而且在冬季通常一天的最低室溫在早上5—6點(diǎn)；最高室溫在下午2—4點(diǎn)。這隨房間的朝向不同有些差別。從以上幾點(diǎn)看，各地域南向稍偏東的房間全天從外界的得熱能夠分布較均勻。因此，太陽房從正南到南偏東15。都是適宜朝向。此外，還須思索用房的時間，如鄉(xiāng)村中小學(xué)、辦公樓，普通晚上無人，希望上午一上班、上課室內(nèi)暖和，其朝向可選南偏東10一15。農(nóng)民住房希望晚間暖和些，其朝向可選南偏西10一15。(2)建筑的布置平面布置盡量采用大開間小進(jìn)深，以爭取冬季多得陽光，但在受建筑物外型或地形限制必需采用大進(jìn)深時，對于住宅應(yīng)盡量把居室、客廳等主要房間放在南側(cè)；輔助姓房間，如廚房、庫房、廁所等布置在北側(cè)。對于學(xué)校、辦公樓，把走廊放在北。(3)建筑構(gòu)造與保溫太陽房墻體可采用復(fù)合夾心墻體構(gòu)造，如遼寧普遍采用外側(cè)磚厚120mm、內(nèi)側(cè)磚厚240mm、中間央100mm厚珍珠巖保溫層，內(nèi)外各0mm厚抹灰的墻體。中間夾心層的厚度可隨地域的冰冷程度而增減。這種墻體貯熱容量多，保溫性好，房間熱穩(wěn)定性較高，室溫被動小，在同樣梁板條件下，室內(nèi)運(yùn)用面積較大。缺陷是施工較費(fèi)事。因墻體內(nèi)外層需求拉結(jié)，且不利于抗震。屋頂可用珍珠巖保溫，爐渣找坡，水泥砂漿找平，油氈防水的作法。但珍珠巖應(yīng)干法施工，防止其吸水降低保溫性能。2．被動式太陽房熱工計(jì)算的簡易方法在太陽房的熱工設(shè)計(jì)階段，要求有簡便的計(jì)算方法，經(jīng)過計(jì)算器的運(yùn)算或查圖表對熱工設(shè)計(jì)作反復(fù)調(diào)整、改動，直到滿足原始設(shè)計(jì)·要求。鮑爾科姆等提出了用SLR—SHF相關(guān)計(jì)算太陽房月太陽保證串和LCB—SHF相關(guān)計(jì)算年太陽保證率的方法。這兩種簡化計(jì)算方法都是在計(jì)算機(jī)模擬得到的詳細(xì)數(shù)據(jù)根底上進(jìn)展綜合的結(jié)果。四、太陽能溫室(一)概述溫室包括玻璃溫室、塑料溫室及塑料大棚，統(tǒng)稱為溫室。太陽能溫室是指不加溫的溫室，多數(shù)采用塑料薄膜為透光資料。溫室相當(dāng)于一個太陽能集熱器，它接受陽光照射，一方面滿足植物光協(xié)作用對陽光的需求，同時使溫室堅(jiān)持一定溫度，以滿足植物生長對溫度的要求。因此，溫室在設(shè)計(jì)與構(gòu)造上就應(yīng)保證獲得更多的太陽輻射能與減少熱損失。溫室作為我國菜籃子工程的重要組成部分，又是農(nóng)民脫貧致富的重要手段，也是鄉(xiāng)村廣泛利用太陽能與節(jié)能栽培的重要途徑，在農(nóng)業(yè)中占有重要位置。為此應(yīng)汲取寬廣農(nóng)民在建造溫室實(shí)際中的閱歷，設(shè)計(jì)出適宜我國開展蔬菜消費(fèi)與順應(yīng)我國農(nóng)民經(jīng)濟(jì)、技術(shù)程度的溫室。通常，在設(shè)計(jì)建造上，對溫室提出如下幾點(diǎn)要求：①采光蓄熱與保溫性能良好；⑦規(guī)格尺寸和規(guī)模適當(dāng)；③應(yīng)按不同作物、不同生育階段的需求，具有合理調(diào)理溫、光、水、氣等環(huán)境條件的才干；④建造資料盡量就地取材，留意實(shí)效，以降低投資，添加資金的投入產(chǎn)出比。[二)溫室的熱平衡熱量平衡是溫室小氣候構(gòu)成的物理根底，也是溫室建造設(shè)計(jì)和栽培管理的根據(jù)。溫室(以下都是指不加熱的日光溫室)從太陽輻射獲得熱量，并在室內(nèi)的構(gòu)造物、空氣、土壤與作物之間進(jìn)展著復(fù)雜的熱交換與質(zhì)量交換(水分的蒸發(fā)與凝結(jié))，如圖l一87a、b所示。并可寫出其熱平衡方程為：房屋外圍護(hù)構(gòu)造，包括房項(xiàng)、地面和外墻也必需有隔熱保溫設(shè)計(jì)，如加厚墻體，采用復(fù)合保溫資料，在內(nèi)外磚墻之間夾隔熱資料，或在外墻面上貼隔熱資料都有好的保溫效果并提高了房屋的熱穩(wěn)定性。如20cm厚的加氣很凝土墻房間的熱穩(wěn)定性相當(dāng)于37cm厚磚墻房間的保溫程度。采用鈣塑之類的輕質(zhì)保溫資料夾心的混凝土墻房間的熱穩(wěn)定性也較好。也可參照普通民用建筑門竊縫隙向室內(nèi)滲入的冷空氣所耗費(fèi)的熱量計(jì)算。不論用哪一種方法計(jì)算都只能作參考。普通在密閉情況下，此項(xiàng)損失約為Q‘的10％。但仍要盡量減少縫歐及圍護(hù)構(gòu)造的破損。特別是冬季風(fēng)速很大時，這項(xiàng)損失會迅速添加。風(fēng)速由1m／s增至6m／s，縫隙冷風(fēng)滲入量將增大約7倍。。Q：為土壤傳熱損失。此項(xiàng)損失主要是土壤橫向向室外冷土壤的傳熱?？山?jīng)過在溫室周圍控防寒溝，并在溝中填馬糞、稻殼、落葉或碎草等，然后在外表覆土踩實(shí)的方法來減少橫向傳熱損失。也可采用“室內(nèi)地面下凹〞的方法。QI為土壤水分蒸發(fā)及植物蒸騰所耗費(fèi)的浴熱傳熱量，此項(xiàng)熱量不是損失。Qf為室內(nèi)物體及空氣等的增溫?zé)崃?。也不是損失。只是圍護(hù)構(gòu)造吸熱升溫要增大其向外散熱量。經(jīng)過溫室的熱平衡，分析熱流的進(jìn)、出，可尋覓減少熱損失、提高溫室熱利用效率的地記溫室采光設(shè)計(jì)溫室采光設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：(1)溫室的方位溫室能在冬季光照良好，其方位都是東西延伸、座北朝南。為了能早些接受直射光，可向南偏東10。。但北緯40。以北的中、高緯度地域，冬天早上氣溫低，南偏東的溫室為接受陽光就須提早揭開草苫，使室溫明顯下降。會得不償失。在嚴(yán)寒地域，為延伸午后光照蓄熱時間與利于夜間保溫，以南偏西10。左右為好。(2)前屋面傾角投射到屋面上的陽光一部分被透光資料吸收，一部分被反射回去，剩下部分透過進(jìn)入室內(nèi)。實(shí)踐上，陽光被吸收的部分很少，而且還有部分傳人室內(nèi)，故要使陽光多進(jìn)入室內(nèi)，就應(yīng)盡量減少反射部分。實(shí)驗(yàn)闡明，入射角在0o一400。范圍內(nèi)，透光量最大，且隨入射角增大，下降不明顯；在40。一60。范圍內(nèi)，隨入射角增大，(3)采光屋面外形采光屋面的程度投影占溫室跨度的比例由6／7—2／3。后坡短、采光面所占比例大的溫室采光較好。采光屋面外形也影響采光好壞。采光屋面外形主要有半圓拱形、橢圓拱形、兩折式(如大小雙斜面式，一斜一立式)和三折式4種方式.采光屋面在程度面上投影長度均為5m，脊高均為2．97m的條件下，半圓拱式屋面傾角分布合理，而且受力情況也較好。橢圓拱式的采光面傾角分布不合理，所以采光效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其它幾種方式的溫室。玻璃溫室屋面外形還要思索玻璃規(guī)范規(guī)格以便于安裝。(4)采光蓋層資料的選擇目前溫室的采光蓋層資料主要是玻璃與塑料薄膜。玻璃溫室通常用5mm厚平板玻璃作蓋層。玻璃對陽光透過率高，在0．85以上；具有溫室效應(yīng)，可減少低溫長波熱輻射損失；比較鞏固耐久，能抗大風(fēng)侵襲；用水沖洗易排除塵土污染，堅(jiān)持高的透光率。但分量大，價貴，使溫室投資大。塑料薄膜有聚氯乙烯膜、聚乙烯膜和醋酸乙烯膜三種。它們的厚度多為0．08—0．12mm，聚乙烯膜為無色透明，聚氯乙烯略顯藍(lán)色。它們都可透過0．3f▲m的紫外線，玻璃那么完全不能透過。對可見光和紅外線都有較高的透過宰，但稍次于玻璃，且對低溫長波輻射也有高的透過串，溫室效應(yīng)差，使溫室輻射熱損失增大。易被油污塵土污染，且不易去除，使透光率下降；易損壞，不耐老化，2．溫室的總體尺寸設(shè)計(jì)(1)跨度與高度為使采光合理，便于建材選擇和夜間覆蓋保溫管理，根據(jù)各地的閱歷，在北緯40。以北或冬季濕度經(jīng)常在—20℃以下的地域，跨度以6m，高度以2。7—2．8m為宜；北緯40。以南冬季氣溫較高的地域，跨度以7m，高度以3．1m為宜。(2)前后屋面與墻體前屋面角度從采光及構(gòu)造角度思索已如前述。后屋面的角度決議于屋脊與后墻的高差和后屋面的水面投影長度。假設(shè)脊高與后屋面程度投影長度已定，那么后墻愈矮，后屋面角度愈大，反之愈小。后屋面傾角最好大于當(dāng)?shù)囟習(xí)r的太陽高度角7一8o，這樣就可使后屋面在11月上旬(立冬)至次年2月上旬(立春)之間中午前后接遭到直射陽光，后屋面可吸熱與貯熱。墻體與后屋面既起承重與圍護(hù)作用，又是保溫蓄熱體。為了添加墻體和后屋面的保溫蓄熱才干，內(nèi)層要選擇蓄熱系數(shù)大的建筑資料，外層要選擇導(dǎo)熱系數(shù)小的保溫資料；同時要有足夠的厚度，以增大熱阻。據(jù)調(diào)查，在北緯35。左右的江淮平原與華北平原南部，墻厚度以0．8—1m為宜；北緯40。左右的華北平原北部和遼寧南部地域，相當(dāng)?shù)膲w厚度以1．0一1．5m(包括防寒土)為宜，如總厚度為48cm的夾心墻：從內(nèi)到外為磚12cm，填充珍珠巖12cm，磚24cm。后屋面厚度可在40—70cm之間，低緯度地域可薄些，高緯度地域必需厚些。而且須用保溫性能好的資料，如秸稈、稻草、玉米外皮、草泥等組成后屋面。后屋面的長度還不能太短，北緯40。以北地域6m跨度的溫室，后屋面程度投影長度不宜少于1．5m；北緯40。以南7m跨度溫室不宜小于1．2m。這樣，由于保溫的加強(qiáng)，墻(3)溫室長度溫室不宜太短(20m以下)，太短會使墻遮蔭面積占溫室總面積的比例大，對作物生長和產(chǎn)量不利，且單位面積造價高；太長(60m以上)也不便于管理與維護(hù)。因此，溫室長度以50—60m為宜，也就是15—20間為一棟。3．場地選擇、規(guī)劃與溫室細(xì)部構(gòu)造(1)場地選擇應(yīng)選擇地形開闊、平坦、避風(fēng)向陽、對通風(fēng)、采光、保溫均有利的地點(diǎn)；應(yīng)有良好的土質(zhì)，接近水源與徘水方便；周圍無煙塵、有害氣體及污染源；且離公路較近，交通方便，便于產(chǎn)品運(yùn)銷。為減少土壤橫向周圍的散熱，在溫室周圍應(yīng)挖防寒溝。普通溝深60—100cm，緯度高的地域應(yīng)深些，寬30—40cm。在溝周圍鋪上舊塑料薄膜，再填滿干草或爐渣后頂上應(yīng)境15cm厚的土，并帶斜坡，以防雨水滲入溝內(nèi)降低防寒效果。溫室上下部設(shè)置通風(fēng)換氣口，用以降溫、排濕、補(bǔ)充002。上部排氣口設(shè)在屋脊處，排氣才干最強(qiáng)；下部進(jìn)氣口設(shè)在距地面1m高處。通常也可不特設(shè)進(jìn)、誹氣口，而是經(jīng)過揭開塑料薄膜放風(fēng)，比較方便。進(jìn)出口供人進(jìn)出，較大的溫室在其一端設(shè)作業(yè)間，門開在山墻上，任務(wù)方便，且可防止冷空氣直接進(jìn)入溫室。對小溫室也有在后屋面上開口出入，平常用蓋蓋嚴(yán)，以防冷風(fēng)侵入。4．溫室構(gòu)造資料選擇(1)骨架主要用于支承溫室構(gòu)造自重、接受風(fēng)載、雪載與其他載荷，以及堅(jiān)持溫室的構(gòu)造外形。要求骨架資料有要求的強(qiáng)度與剛度，取材與安裝簡便，價錢廉價。常用的骨架資料有竹木骨架：包括后屋面下的中校、花木、檀木，前屋面的前柱、橫梁和竹皮拱桿；鋼筋混凝土預(yù)制件與竹皮拱稈混合骨架，鋼筋混凝土預(yù)制件主要用作柱、校、鎳；鋼筋或鋼管骨架，主要用鋼筋或鋼控制成衍架式拱架，放置在東、西、北墻上，無須柱，構(gòu)。三類骨架資料中，竹木骨架取材容易，施工方便，造價低廉。但為了保證構(gòu)造強(qiáng)度與剛度，需采用斷面大的竹木骨架必將引起嚴(yán)重遮光。但目前農(nóng)民仍在廣泛運(yùn)用。用鋼筋混凝土預(yù)制件替代木料作骨架，較之木材耐用，但施工技術(shù)要求高，本錢較高，也是目前廣泛運(yùn)用的資料。鋼筋或鋼管格架有現(xiàn)成產(chǎn)品，安裝方便，它不占溫室運(yùn)用面積，使室內(nèi)寬闊，遮光少，經(jīng)久耐用，但價錢高。(2)墻體資料墻體除作為圍護(hù)構(gòu)造外，主要要思索加強(qiáng)其保溫蓄熱才干。常見的墑體有土墻(用粘土摻草夯實(shí))，磚墻及磚夾心墻。下面表1一17給出各種建筑資料的熱性能數(shù)據(jù)供選擇資料時參考。(3)覆蓋資料包括透光覆蓋資料與夜間保溫覆蓋資料。透光覆蓋資料已如前述。夜間保溫覆蓋資料主要有草苫(簾)、紙被、棉被及無紡布。草苫是用稻草、蒲草、谷草或蒲草加蘆葦?shù)染幹?，它們保溫效果好，能就地取材。但遇雨雪吸水后分量加大，保溫性能下降，揭蓋費(fèi)時費(fèi)力。紙被主要放在草苫下面以加強(qiáng)保溫才干。棉被保溫才干強(qiáng)，但造價高，卻可多年運(yùn)用。無紡布是由聚配纖維制成，其構(gòu)造密實(shí)，保溫性能好，有一定的吸濕性，宜用作溫室的內(nèi)磚保溫幕。(四)幾種溫室的構(gòu)造及特點(diǎn)1．單宙面溫室如圖l一89所示。屬小型玻璃溫室。它構(gòu)造簡單，投資少，保溫性能好。由于冬季太陽高度角小，陽光可以射到室內(nèi)，但采光面小·，遮蔭的柱子多，影響采光。主要是冬季運(yùn)用。2．雙窗面溫室如圖1—90，1—91所示。都屬玻璃溫室，為在冬季能種植喜溫作物，用火爐補(bǔ)充供熱。這兩種溫室構(gòu)造根本一樣，只是前窗一為傾斜，一為直立c它們堅(jiān)持了單窗面溫室保溫性能好，構(gòu)造簡單的優(yōu)點(diǎn)，并添加了采光面，使采光改善，北京地域稱它們?yōu)閴灹际酵翜厥摇?．短后坡高后墻半拱形塑料日光溫室如圖l一92所示。跨度6m，脊高2.8m．后墻高1．8m以上，后坡長1．5一1．7m，仰角300以上。由于長的前坡，短的后被，高的中脊及大的仰角，采光面加大，顯著提高了采光量，它是對長后坡矮后墻半拱形塑料日光溫室的改良。保溫才干卻比長后坡有所下降。但添加了采光量及后墻的吸熱蓄熱，彌補(bǔ)了夜間保溫才干下降的缺乏，再加上提高了土地利用率及室內(nèi)作業(yè)方便，冬季也能進(jìn)展果菜類消費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，近年來這種溫室開展很快。4．鞍H型塑料日光溫室由鞍山市園藝研討所設(shè)計(jì)的鋼筋或鋼管衍架無柱構(gòu)造的日光溫室。其構(gòu)造與尺寸如圖1—93所示。由于鋼析架構(gòu)造，抗載荷設(shè)計(jì)才干為30kg／m25．塑料大棚如圖1—94所示.—般為無柱鋼筋拱棚構(gòu)造(也有用竹皮、鋼管作拱棚骨架的)，周圍鋪塑料薄膜，無墻體圍護(hù)構(gòu)造，通常為南北向延伸，采光均勻、充足，由于僅由塑料保溫，室內(nèi)氣溫只高出外界2—3℃，因此，在北緯40。以北地域僅早春以后及秋季運(yùn)用。為加強(qiáng)保溫，常采用多層塑料覆蓋，大擁內(nèi)套小棚，晚間棚上蓋草簾。也可用簡易熱風(fēng)爐，或在土壤中設(shè)熱水管線、電熱線加熱。大棚跨度普通為8—15m，長度20—50m。大棚高度不宜太大，以滿足作業(yè)生長高度及操作即可。高度大雖通風(fēng)好，但保溫困難，受風(fēng)面積也大，使室溫上升緩慢。普通側(cè)面高度可在1．2一1．8m范圍內(nèi)。屋面坡度必需有利于采光及雨雪水下流。圓拱型大棚，圓半徑以小為宜；屋脊型以27。一29。為宜。多雪地方為除雪方便，可加大到31。一33。。室內(nèi)通風(fēng)可開天窗、側(cè)窗與地窗。氣溫太高時，門也可翻開通風(fēng)。五、太陽能的其他利用(一)太陽能制冷與空調(diào)在炎熱的夏天，房間的空調(diào)與食物的冷藏越來越遭到人們的注重。在一年中，夏季的太陽輻射強(qiáng)度是最大的季節(jié)，而且一天中房間需求空調(diào)的時間與太陽輻射強(qiáng)弱根本協(xié)調(diào)一致。假設(shè)能充分利用太陽能制冷，在技術(shù)上是很經(jīng)濟(jì)和理想的。目前，由于太陽能制冷在技術(shù)上正處于研討開展階段，造價較高，所以還沒有象太陽能采暖那樣運(yùn)用廣泛，但已有一些運(yùn)用實(shí)例。太陽能制冷在原理上與普通電力或熱力制冷根本一樣，也可分為緊縮式、放射式和吸收式制冷三類。三類中，太陽能吸收式制冷可行.吸收式制冷的根本特點(diǎn)是利用兩種沸點(diǎn)不同的物質(zhì)組成二元混合物。其中沸點(diǎn)低的物質(zhì)作制冷劉；沸點(diǎn)高的物質(zhì)作吸收劑。常運(yùn)用的二元溶液有氨水、溴化捏水溶液。其中氨與水作制冷劑；水與溴化錘作吸收劑。太陽能吸收式制冷系統(tǒng)按其可否延續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，又可分為間歇式與延續(xù)式。1．間歇式太陽能氨水吸收式制冷其任務(wù)流程如下：見圖l一95，平飯集熱器(發(fā)生器)中裝有較濃的氨水，當(dāng)受；太陽照射吸熱后，氨水中的氨由于沸點(diǎn)低便首先蒸發(fā)。隨著蒸發(fā)不斷進(jìn)展，氨蒸汽壓力升高，集熱器中的氨水濃度愈來愈低，成為稀的氨水。氨蒸汽經(jīng)過空氣冷卻器與水冷卻器冷凝為氨液。此時閥A開啟，閥B和C封鎖，使氨液經(jīng)A流人并儲存在蒸發(fā)器中，這就是白天接受太陽能獲得氨液的過程，叫再生過程。到夜間，集熱器將作為散熱器運(yùn)用，由于向環(huán)境散熱，器內(nèi)溫度、壓力下降。這時，封鎖閥A和(翻開閥B，蒸發(fā)器中的氨液壓力下降，織液汽化吸熱，使蒸發(fā)器內(nèi)溫度急劇下降，到達(dá)制冷的目的，這就是制冷過程。汽化的氛蒸汽經(jīng)閻B流入集熱器下部并為稀氨水所吸收，成為濃的氨水溶液，即回復(fù)到再生過程前的形狀。這樣不斷循環(huán)，進(jìn)展間歇制冷。間歇式太陽能氨水吸收式制冷系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)如表1—18所示。以氨水作制冷吸收劑，由于氨與水的沸點(diǎn)相差不很大，制冷劑氨液中常含有水，使制冷劑不純，要降低制冷效率與單位溶液的制冷量；且加氨有走漏，要污染環(huán)境，對人有害。但氨本身粘度低，潛熱大．導(dǎo)熱性能好、是良好的制冷劑．且價錢廉價。2．延續(xù)式太陽能水——演化鏗吸收式制冷這種系統(tǒng)如圖l一96所示。集熱器吸收太陽能加熱其中的水，作為發(fā)生器中加熱水一溴化鏗溶液的熱源。發(fā)生器中溶液受熱后，由于水的沸點(diǎn)(99．4℃)比演化鋰的沸點(diǎn)(1265℃)低得多，水首先變成水蒸汽而上升到冷凝器中，被冷卻后成為純水，進(jìn)入蒸發(fā)器。然后由冷媒泵將蒸發(fā)器底部的水抽到上部從噴水口噴出，由于壓力降低而汽化，并吸收冷凍水的熱量使冷凍水冷卻，以供房間空調(diào)降溫用。汽化的水蒸汽再流入吸收器，被從發(fā)生器流回的濃溴化理水溶液噴淋所吸收，成為稀的溴化鋰水溶液，再由溶液泵將其經(jīng)換熱器吸熱后送人發(fā)生器，就完成了一個制冷循環(huán)。即不斷利用太陽能轉(zhuǎn)變來的熱能，制取空調(diào)用的冷凍水。表間歇式太陽能藏水吸收式制冷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由于溴化鋰的沸點(diǎn)極高，很難蒸發(fā)，放制冷劑水蒸汽很純，就能提高系統(tǒng)的制冷效率與單位溶液的制冷量；由于在常壓下水的飽和溫度較高，假設(shè)制冷溫度為5一10Y，其相應(yīng)的飽和壓力為8．7一12．0hPa，即到達(dá)99％左右的真空度，因此，系統(tǒng)須在高度真空形狀下任務(wù)，對構(gòu)造及運(yùn)轉(zhuǎn)都要求很高，甚是不便。而且制冷溫度不能再低，必需在0℃以上。故這種制冷吸收劑溶液只能用于空調(diào)，不能用于冷凍。另外，這種溶液對金屬還有劇烈的腐蝕性。延續(xù)式太陽能吸收式制冷系統(tǒng)也可用氨水作制冷吸收劑。[二)太陽能水泵缺電但有太陽能資源的偏遠(yuǎn)干旱地域，利用太陽能水泵抽水是條可取的途徑。目前，在埃及、伊朗、尼日爾等國家已有近百臺太陽能水泵在運(yùn)轉(zhuǎn)f；我國也在研制與實(shí)驗(yàn)中。三、太陽電池太陽電池主要用半導(dǎo)體資料制造。如今運(yùn)用的資料有硅(Si)，硫化鎘(CdS)，蹄化鎘(CdTe)，砷化鎵(GaAs)和鍺(Ge)等，其中以硅電池開展較為成熟，是目前運(yùn)用最多的一種。一、太陽能電池的根本原理1．本征半導(dǎo)體與半導(dǎo)體的摻