煙葉烘烤密集烤房不同太陽(yáng)能集熱器集熱與節(jié)能效果研究

　　摘要：為比較不同太陽(yáng)能集熱器的集熱效果，利用照度計(jì)和溫濕度顯示器對(duì)5種接裝于氣流下降式密集烤房上的太陽(yáng)能集熱器性能進(jìn)行了測(cè)定；同時(shí)，進(jìn)行了煙葉烘烤耗煤量對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，透光覆蓋材料的透光率和保溫性能、集熱介質(zhì)類型等對(duì)集熱器的集熱效果均具有一定的影響。1.3 mm PC耐力板的透光率（73.01%～73.71%）大于1.5 mm PC耐力板（71.96%），也大于4.0 mm PC中空陽(yáng)光板（66.41%）；黑色碎石的集熱效果好于土壤；PC中空陽(yáng)光板的保溫性能明顯好于PC耐力板。總的來(lái)看，太陽(yáng)能輔助供熱密集烤房均具有明顯的節(jié)能效果，平均節(jié)煤率為15.08%，其中以透光覆蓋材料為PC中空陽(yáng)光板、集熱介質(zhì)材料為黑色碎石的集熱器節(jié)煤率最高（17.28%）。
　　關(guān)鍵詞：煙葉烘烤；密集烤房；太陽(yáng)能集熱器；節(jié)能效果
　　中圖分類號(hào)：TS44+1；TS43；TK519 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）10-2340-04
　　最新的研究結(jié)果[1-4]表明，煙葉密集烤房接裝低成本的日光溫室型太陽(yáng)能集熱器后利用太陽(yáng)能輔助烘烤煙葉可明顯節(jié)能減排、降低烘烤成本。但是日光溫室型太陽(yáng)能集熱器的集熱效果受到很多因素的影響，如當(dāng)?shù)氐奶��?yáng)輻射強(qiáng)度、天氣狀況、集熱器覆蓋材料的透光率、集熱器的反光率、集熱介質(zhì)的黑度和比熱容以及質(zhì)量（決定集熱器的吸熱和蓄熱能力）、集熱器的保溫性能、集熱器的規(guī)格與擺放朝向[5，6]等。為了選擇集熱效果最佳的集熱器組合，課題組對(duì)接裝于氣流下降式密集烤房的5個(gè)規(guī)格相同、但覆蓋材料和集熱介質(zhì)組合不同的太陽(yáng)能集熱器的集熱效果進(jìn)行了測(cè)定，并對(duì)這些太陽(yáng)能輔助供熱密集烤房的實(shí)際烘烤節(jié)能效果進(jìn)行了比較，以期為密集烤房選擇適宜的太陽(yáng)能集熱器提供理論依據(jù)。
　　1 材料與方法
　　1.1 材料及設(shè)備安裝
　　試驗(yàn)于2009～2011年在貴州省長(zhǎng)順縣廣順鎮(zhèn)冷壩村煙葉烘烤場(chǎng)進(jìn)行。5個(gè)供試的日光溫室型太陽(yáng)能集熱器均接裝于氣流下降式密集烤房的上面，呈東西方向擺放，規(guī)格相同，長(zhǎng)度為8.5 m、寬度為3.1 m，采用空心水泥磚和標(biāo)準(zhǔn)磚砌集熱器圍護(hù)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)兩面均采用水泥沙漿粉刷嚴(yán)密，其南墻矮于北墻，東西兩頭為斜墻，頂面向南下方的斜角為15°。5個(gè)集熱器的透明覆蓋材料組合和集熱介質(zhì)組合都不同，其中1號(hào)集熱器的覆蓋材料為4.0 mm厚的PC中空陽(yáng)光板，集熱介質(zhì)為10 cm厚的黑色碎石；2號(hào)集熱器的覆蓋材料為1.5 mm厚的PC耐力板，集熱介質(zhì)為10 cm厚的當(dāng)?shù)馗赏粒?號(hào)集熱器的覆蓋材料為1.3 mm厚的PC耐力板，集熱介質(zhì)為10 cm厚的當(dāng)?shù)匕胧�半土混合物�?號(hào)集熱器的覆蓋材料為1.3 mm厚的PC耐力板，集熱介質(zhì)為10 cm厚的黑色碎石；5號(hào)集熱器的覆蓋材料為1.3 mm厚的PC耐力板，集熱介質(zhì)為10 cm厚的當(dāng)?shù)馗赏痢?br>　　各集熱器均在密集烤房門端上方集熱器斜墻上設(shè)置冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、在密集烤房加熱室上方集熱器斜墻上設(shè)置熱風(fēng)出風(fēng)口，并設(shè)置引風(fēng)道包圍集熱器熱風(fēng)出風(fēng)口和密集烤房進(jìn)風(fēng)口，將集熱器內(nèi)的熱空氣自動(dòng)引入密集烤房的加熱室中，以減少煙葉烘烤過(guò)程中使用烤房火爐提供的熱量，從而達(dá)到節(jié)能減排、降低成本的目的。
　　供試煙葉品種：2009～2010年為云煙85（Nicotiana tabacum L. cv. Yunyan 85），2011年為K326（N. tabacum L. cv. K326）。
　　1.2 方法
　　采用TES-1332A型數(shù)位式照度計(jì)（臺(tái)灣泰仕電子工業(yè)股份有限公司）測(cè)定集熱器內(nèi)外的光照度，在集熱器中點(diǎn)處水平位置安放光檢測(cè)器，每次測(cè)定均從整點(diǎn)開(kāi)始，從測(cè)定日的8∶00～18∶00，每隔1 h測(cè)定1次，全天共測(cè)11次。因?yàn)楣庹斩仁莿?dòng)態(tài)變化的，測(cè)定時(shí)需在集熱器外面附近同一高度再水平放置另一臺(tái)同型號(hào)照度計(jì)的光檢測(cè)器，同時(shí)讀取集熱器內(nèi)外的光照度數(shù)值，以準(zhǔn)確計(jì)算透光率。
　　采用DLK-Ⅲ型數(shù)碼煙葉烤房溫濕度顯示器（云南達(dá)麗康科技開(kāi)發(fā)有限公司）測(cè)定集熱器內(nèi)外的溫度、空氣相對(duì)濕度，將顯示器傳感器的干球和濕球探頭置于各集熱器的中點(diǎn)處，同時(shí)測(cè)定環(huán)境的溫度、空氣相對(duì)濕度。
　　采用沒(méi)有接裝太陽(yáng)能集熱器的氣流下降式密集烤房作為對(duì)照（CK）進(jìn)行烘烤耗煤量對(duì)比試驗(yàn)。太陽(yáng)能輔助供熱密集烤房與對(duì)照烤房均同時(shí)采烤，裝煙量相同，烘烤工藝相同，并各自單獨(dú)稱取用煤量。
　　2 結(jié)果與分析
　　2.1 不同集熱器的透光率
　　在透光覆蓋材料向南下方的斜角相同的條件下，試驗(yàn)測(cè)定的5個(gè)集熱器實(shí)際透光率日變化結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1可見(jiàn)，各集熱器的實(shí)際透光率隨時(shí)間進(jìn)程的變化非常明顯；如在測(cè)定日的8∶00～10∶00呈下降趨勢(shì)，10∶00～13∶00呈上升趨勢(shì)，在13∶00達(dá)到最大值之后又呈下降趨勢(shì)；這表明光線類型、光照度和照射角度對(duì)集熱器的透光率均具有明顯的影響。實(shí)際測(cè)定時(shí)，測(cè)定日的上午光強(qiáng)較弱，主要是漫射光，集熱器反射的光較少，透光率相對(duì)較高；隨著時(shí)間的進(jìn)程，直射光逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于入射角較小，照射到覆蓋材料上面的光被反射的比例較大，集熱器的透光率因而下降；不過(guò)之后隨著入射角度的增大，集熱器覆蓋材料反射光線的比例又變小，透光率呈明顯增大趨勢(shì)；到13∶00之后，光線的入射角又逐漸變小，集熱器覆蓋材料反射光線的比例又增大，使透光率呈明顯的下降趨勢(shì)。透光覆蓋材料的材質(zhì)和厚度對(duì)集熱器的透光率也有一定的影響。試驗(yàn)進(jìn)行的測(cè)定日11次透光率測(cè)定的平均值以3個(gè)1.3 mm 厚的PC耐力板較高（73.01%～73.71%），均高于1.5 mm厚的PC耐力板（71.96%），當(dāng)然其差異不大；而4.0 mm厚的PC中空陽(yáng)光板明顯較低（66.41%），這主要是因?yàn)槠渖厦嬗泻芏嗥鸸潭ㄗ饔玫臉?gòu)件增大了反光率，因而降低了透光率。
　　2.2 不同集熱器的集熱效果
　　集熱器內(nèi)的溫度高低反映了集熱器集熱效果的不同，而集熱器的集熱效果由太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、透光覆蓋材料的透光率和保溫能力、集熱介質(zhì)的吸熱蓄熱性能、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能等因素綜合決定。在試驗(yàn)中，5個(gè)集熱器內(nèi)的溫度日變化結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可見(jiàn)，各集熱器內(nèi)的溫度隨時(shí)間進(jìn)程的變化非常明顯，在測(cè)定日的8∶00～14∶00呈明顯上升趨勢(shì)，在14∶00達(dá)到最大值（此時(shí)與環(huán)境溫度的最大值差距可達(dá)35.7～40.5 ℃），而后則呈下降趨勢(shì)。測(cè)定日11次測(cè)定的溫度平均值高低排序?yàn)?號(hào)集熱器（53.7 ℃）、4號(hào)集熱器（52.6 ℃）、5號(hào)集熱器（51.4 ℃）、3號(hào)集熱器（50.9 ℃）、2號(hào)集熱器（49.7 ℃）、環(huán)境溫度（29.4 ℃），各集熱器在測(cè)定日11次測(cè)定的溫度平均值高于環(huán)境溫度20.3～24.3 ℃，表明各集熱器均具有明顯的集熱效果。進(jìn)一步分析表明，1號(hào)集熱器與4號(hào)集熱器的集熱介質(zhì)是相同的，都為黑色碎石，但覆蓋材料的透光率4號(hào)集熱器的1.3 mm厚的PC耐力板明顯大于1號(hào)集熱器的4.0 mm厚的PC中空陽(yáng)光板，而1號(hào)集熱器的集熱效果好于4號(hào)集熱器，說(shuō)明1號(hào)集熱器覆蓋材料4.0 mm厚的PC中空陽(yáng)光板的保溫能力明顯好于4號(hào)集熱器的1.3 mm厚的PC耐力板；4號(hào)集熱器與5號(hào)集熱器的覆蓋材料相同，都為1.3 mm厚的PC耐力板，但4號(hào)集熱器的溫度高于5號(hào)集熱器，說(shuō)明黑色碎石作為集熱介質(zhì)的集熱效果好于當(dāng)?shù)馗赏粒?號(hào)集熱器和5號(hào)集熱器的集熱介質(zhì)相同，都為當(dāng)?shù)氐母赏�，覆蓋材料的材質(zhì)也相同，都為PC耐力板，但PC耐力板的厚度不同，顯然1.3 mm厚的PC耐力板的透光率高于1.5 mm厚的PC耐力板，但保溫能力不如后者，所以5號(hào)集熱器的集熱效果好于2號(hào)集熱器。

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