小型太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)分析

郭舂磊等

摘要：對(duì)目前國(guó)內(nèi)農(nóng)作物、海產(chǎn)品的一種干燥系統(tǒng)——太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并根據(jù)太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，應(yīng)用換熱式太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在無(wú)輔助熱源運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行參數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn)分析。結(jié)果表明，盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量與水流量為該太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)末端溫度調(diào)控的敏感參數(shù)，為太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)運(yùn)行特性研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；運(yùn)行參數(shù)；試驗(yàn)分析；末端風(fēng)溫

中圖分類(lèi)號(hào)：TK519 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）16-3921-03

Abstract： The situations of solar air drying systems at domestic were introduced. Based on the operation characteristics of solar drying system， operating parameters variation rule of solar air heating experimental system without auxiliary heat source were analyzed. The results showed that inlet temperature of coil， air flow of fan and water flow of coil were sensitive parameters for the solar heating system with terminal temperature control. It will lay foundation for operation characteristics of solar drying system.

Key words： solar hot air drying experimental system；operation parameters；experimental analysis；terminal air temperature

太陽(yáng)能和新風(fēng)換熱技術(shù)的結(jié)合就是太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的核心，太陽(yáng)能所產(chǎn)生的熱量換熱給空氣使其成為熱風(fēng)，對(duì)農(nóng)作物、海產(chǎn)品等進(jìn)行干燥作業(yè)，滿足干燥負(fù)荷的需求[1，2]。這種干燥方式具有干燥周期短、效率高、產(chǎn)品品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)[3，4]。實(shí)踐證明，太陽(yáng)能干燥是一種行之有效的方法，對(duì)發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、節(jié)約常規(guī)能源、避免環(huán)境污染、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改變落后的生產(chǎn)加工方式和農(nóng)民致富均能起到積極作用。對(duì)于太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，很多學(xué)者已經(jīng)有過(guò)許多的研究。李志永等[5]結(jié)合相變材料的蓄放熱特性，提出了系統(tǒng)運(yùn)行控制策略，使得新風(fēng)出口溫度能夠控制在合適的范圍內(nèi)；楊軍[6]報(bào)道了由于太陽(yáng)能相變蓄熱新風(fēng)系統(tǒng)，運(yùn)行模式、變量多，控制關(guān)系復(fù)雜，針對(duì)這些特性進(jìn)行了探索和研究，得出了系統(tǒng)的運(yùn)行特性與控制規(guī)律。本研究對(duì)一種換熱式太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)概況等進(jìn)行了介紹，并對(duì)系統(tǒng)在無(wú)輔助熱源時(shí)的運(yùn)行情況進(jìn)行了試驗(yàn)分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)解決系統(tǒng)末端風(fēng)溫的穩(wěn)定性問(wèn)題。

1 太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是基于研究太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)末端溫度控制建立的，系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。該系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤(pán)管換熱系統(tǒng)、儲(chǔ)水裝置、電控閥門(mén)及循環(huán)泵等輔助設(shè)備組成的一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)如圖1所示。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建于銀川市某住宅屋頂，環(huán)境空曠，適宜進(jìn)行試驗(yàn)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是采用單片機(jī)與DS18B20組成多點(diǎn)測(cè)控系統(tǒng)，利用Visual Basic 6.0軟件設(shè)計(jì)了監(jiān)控平臺(tái)[7-9]。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本研究中實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用變頻器對(duì)水泵頻率進(jìn)行控制，變頻器頻率與水泵流量基本呈線性關(guān)系，其頻率越高，則流量越大。變頻器的頻率范圍為10～50 Hz，本研究中采集的出口風(fēng)溫為變頻器頻率15、30、50 Hz時(shí)的出口風(fēng)溫。風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組的有3個(gè)風(fēng)擋，分別為低檔、中檔和高檔。因此，本研究設(shè)計(jì)了9組試驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析。本試驗(yàn)是在4月進(jìn)行，天氣狀況良好且穩(wěn)定，環(huán)境溫度為18 ℃。

3 系統(tǒng)運(yùn)行情況

該換熱式太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用全玻璃真空管集熱器，多路溫度傳感器分布在系統(tǒng)的各個(gè)進(jìn)、 出水口處（圖2），用來(lái)測(cè)試系統(tǒng)工作時(shí)各個(gè)部分水及末端熱風(fēng)的溫度的變化情況。

圖3所示為風(fēng)機(jī)盤(pán)管在中檔-15 Hz時(shí)各溫度的變化關(guān)系，其他各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)與其變化趨勢(shì)幾近形同。由圖3可知，系統(tǒng)在初始時(shí)集熱器保溫水箱溫度相對(duì)較高，隨著系統(tǒng)工作換熱，開(kāi)始逐漸下降，在9：44左右時(shí)穩(wěn)定于55 ℃左右；盤(pán)管進(jìn)水溫度與盤(pán)管出口風(fēng)溫波動(dòng)較大，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)其溫差在8～10 ℃左右，盤(pán)管出口風(fēng)溫相對(duì)于盤(pán)管進(jìn)水溫度降低了20%；回水溫度與盤(pán)管出水溫度在9：23～9：44時(shí)相差較大，主要是儲(chǔ)熱水箱的預(yù)熱過(guò)程，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定有一定的滯后性；新風(fēng)溫度在18 ℃左右。對(duì)于系統(tǒng)供熱來(lái)說(shuō)，末端需求穩(wěn)定是理想的效果。本研究該系統(tǒng)所獲得的末端溫度波動(dòng)較大，并不能完全達(dá)到末端熱風(fēng)干燥的需求，影響末端溫度調(diào)控的敏感因數(shù)有3個(gè)：盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量和水流量，其中以盤(pán)管進(jìn)水溫度最為突出，盤(pán)管進(jìn)水溫度越高，末端風(fēng)溫越高。

在9組試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，以盤(pán)管進(jìn)水溫度為基準(zhǔn)，篩選出了盤(pán)管進(jìn)水溫度在（50±2） ℃、（45±2） ℃和（40±2） ℃時(shí)末端風(fēng)溫變化的數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4，分析了盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量和水流量對(duì)末端風(fēng)溫的影響關(guān)系。由圖4可知，①水泵頻率相同時(shí)，盤(pán)管進(jìn)口溫度越低，出口風(fēng)溫越低；②同一風(fēng)機(jī)檔位，盤(pán)管進(jìn)口溫度在一定范圍內(nèi)時(shí)，隨著水流量的降低，風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組出口風(fēng)溫也在下降；③風(fēng)機(jī)在低檔位時(shí)（風(fēng)量小），風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫隨水泵頻率的降低而降低，但變化小且平緩，隨著風(fēng)機(jī)檔位的變化（即風(fēng)量增大），風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫隨流量的變化而變化加劇，變得相對(duì)不穩(wěn)定；④盤(pán)管進(jìn)口溫度在一定范圍內(nèi)，水泵頻率相同時(shí)，隨著風(fēng)量的增大，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫會(huì)逐漸降低；⑤當(dāng)水泵頻率相同時(shí)，隨著盤(pán)管進(jìn)口溫度的降低，風(fēng)量對(duì)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫的影響在漸漸減小。

4 小結(jié)與討論

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，該系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的熱風(fēng)干燥是有困難的，末端風(fēng)溫調(diào)控的敏感因素主要有盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量和水流量，其中盤(pán)管進(jìn)水溫度影響最為突出。在條件基本相同的情況下，風(fēng)量一定，水流量越大，末端風(fēng)溫越高；水流量一定，風(fēng)量越大，末端風(fēng)溫相對(duì)越低。若要末端風(fēng)溫達(dá)到設(shè)定值，就要使得盤(pán)管進(jìn)水溫度穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)。為了使該系統(tǒng)可以更加高效的運(yùn)行達(dá)到節(jié)能的目的，為了使盤(pán)管進(jìn)口溫度穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)，①可以進(jìn)行兩級(jí)或多級(jí)儲(chǔ)熱；②采用聯(lián)集管集熱器，對(duì)集熱器水箱的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；③選擇合適的集熱器面積，加入輔助熱源，使集熱器水箱的溫度穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)，對(duì)風(fēng)量與流量進(jìn)行控制。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于洪艷，齊志勇.太陽(yáng)能熱風(fēng)采暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)及可行性研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（22）：240.

[2] 李洪斌，李志民，張 躍，等.農(nóng)副產(chǎn)品太陽(yáng)能干燥技術(shù)的研究和發(fā)展[J].云南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004，24（1）：37-41.

[3] 張璧光.太陽(yáng)能干燥技術(shù)的國(guó)內(nèi)外概況及應(yīng)用前景[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2007（7）：21-25.

[4] 李志永，陳 超，鄧 超.太陽(yáng)能-相變蓄熱-新風(fēng)供暖系統(tǒng)運(yùn)行控制策略研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2010，43（增刊）：421-426.

[5] 李志永，陳 超，張 葉，等.太陽(yáng)能-相變蓄熱-新風(fēng)供暖系統(tǒng)仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2012，33（5）：852-859.

[6] 楊 軍.太陽(yáng)能新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與控制方法研究[D].北京：北京郵電大學(xué)，2011.

[7] 斯琴巴圖，楊利潤(rùn).零基礎(chǔ)學(xué)Visual Basic[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.

[8] 桂曉兵，王燕昌，楊柳斌，等.基于VB與單片機(jī)干燥溫度測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（2）：170-172.

[9] 張 輝.Visual Basic串口通信及編程實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

（責(zé)任編輯 屠 晶）endprint

摘要：對(duì)目前國(guó)內(nèi)農(nóng)作物、海產(chǎn)品的一種干燥系統(tǒng)——太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并根據(jù)太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，應(yīng)用換熱式太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在無(wú)輔助熱源運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行參數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn)分析。結(jié)果表明，盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量與水流量為該太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)末端溫度調(diào)控的敏感參數(shù)，為太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)運(yùn)行特性研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；運(yùn)行參數(shù)；試驗(yàn)分析；末端風(fēng)溫

中圖分類(lèi)號(hào)：TK519 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）16-3921-03

Abstract： The situations of solar air drying systems at domestic were introduced. Based on the operation characteristics of solar drying system， operating parameters variation rule of solar air heating experimental system without auxiliary heat source were analyzed. The results showed that inlet temperature of coil， air flow of fan and water flow of coil were sensitive parameters for the solar heating system with terminal temperature control. It will lay foundation for operation characteristics of solar drying system.

Key words： solar hot air drying experimental system；operation parameters；experimental analysis；terminal air temperature

太陽(yáng)能和新風(fēng)換熱技術(shù)的結(jié)合就是太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的核心，太陽(yáng)能所產(chǎn)生的熱量換熱給空氣使其成為熱風(fēng)，對(duì)農(nóng)作物、海產(chǎn)品等進(jìn)行干燥作業(yè)，滿足干燥負(fù)荷的需求[1，2]。這種干燥方式具有干燥周期短、效率高、產(chǎn)品品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)[3，4]。實(shí)踐證明，太陽(yáng)能干燥是一種行之有效的方法，對(duì)發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、節(jié)約常規(guī)能源、避免環(huán)境污染、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改變落后的生產(chǎn)加工方式和農(nóng)民致富均能起到積極作用。對(duì)于太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，很多學(xué)者已經(jīng)有過(guò)許多的研究。李志永等[5]結(jié)合相變材料的蓄放熱特性，提出了系統(tǒng)運(yùn)行控制策略，使得新風(fēng)出口溫度能夠控制在合適的范圍內(nèi)；楊軍[6]報(bào)道了由于太陽(yáng)能相變蓄熱新風(fēng)系統(tǒng)，運(yùn)行模式、變量多，控制關(guān)系復(fù)雜，針對(duì)這些特性進(jìn)行了探索和研究，得出了系統(tǒng)的運(yùn)行特性與控制規(guī)律。本研究對(duì)一種換熱式太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)概況等進(jìn)行了介紹，并對(duì)系統(tǒng)在無(wú)輔助熱源時(shí)的運(yùn)行情況進(jìn)行了試驗(yàn)分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)解決系統(tǒng)末端風(fēng)溫的穩(wěn)定性問(wèn)題。

1 太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是基于研究太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)末端溫度控制建立的，系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。該系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤(pán)管換熱系統(tǒng)、儲(chǔ)水裝置、電控閥門(mén)及循環(huán)泵等輔助設(shè)備組成的一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)如圖1所示。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建于銀川市某住宅屋頂，環(huán)境空曠，適宜進(jìn)行試驗(yàn)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是采用單片機(jī)與DS18B20組成多點(diǎn)測(cè)控系統(tǒng)，利用Visual Basic 6.0軟件設(shè)計(jì)了監(jiān)控平臺(tái)[7-9]。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本研究中實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用變頻器對(duì)水泵頻率進(jìn)行控制，變頻器頻率與水泵流量基本呈線性關(guān)系，其頻率越高，則流量越大。變頻器的頻率范圍為10～50 Hz，本研究中采集的出口風(fēng)溫為變頻器頻率15、30、50 Hz時(shí)的出口風(fēng)溫。風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組的有3個(gè)風(fēng)擋，分別為低檔、中檔和高檔。因此，本研究設(shè)計(jì)了9組試驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析。本試驗(yàn)是在4月進(jìn)行，天氣狀況良好且穩(wěn)定，環(huán)境溫度為18 ℃。

3 系統(tǒng)運(yùn)行情況

該換熱式太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用全玻璃真空管集熱器，多路溫度傳感器分布在系統(tǒng)的各個(gè)進(jìn)、 出水口處（圖2），用來(lái)測(cè)試系統(tǒng)工作時(shí)各個(gè)部分水及末端熱風(fēng)的溫度的變化情況。

圖3所示為風(fēng)機(jī)盤(pán)管在中檔-15 Hz時(shí)各溫度的變化關(guān)系，其他各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)與其變化趨勢(shì)幾近形同。由圖3可知，系統(tǒng)在初始時(shí)集熱器保溫水箱溫度相對(duì)較高，隨著系統(tǒng)工作換熱，開(kāi)始逐漸下降，在9：44左右時(shí)穩(wěn)定于55 ℃左右；盤(pán)管進(jìn)水溫度與盤(pán)管出口風(fēng)溫波動(dòng)較大，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)其溫差在8～10 ℃左右，盤(pán)管出口風(fēng)溫相對(duì)于盤(pán)管進(jìn)水溫度降低了20%；回水溫度與盤(pán)管出水溫度在9：23～9：44時(shí)相差較大，主要是儲(chǔ)熱水箱的預(yù)熱過(guò)程，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定有一定的滯后性；新風(fēng)溫度在18 ℃左右。對(duì)于系統(tǒng)供熱來(lái)說(shuō)，末端需求穩(wěn)定是理想的效果。本研究該系統(tǒng)所獲得的末端溫度波動(dòng)較大，并不能完全達(dá)到末端熱風(fēng)干燥的需求，影響末端溫度調(diào)控的敏感因數(shù)有3個(gè)：盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量和水流量，其中以盤(pán)管進(jìn)水溫度最為突出，盤(pán)管進(jìn)水溫度越高，末端風(fēng)溫越高。

在9組試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，以盤(pán)管進(jìn)水溫度為基準(zhǔn)，篩選出了盤(pán)管進(jìn)水溫度在（50±2） ℃、（45±2） ℃和（40±2） ℃時(shí)末端風(fēng)溫變化的數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4，分析了盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量和水流量對(duì)末端風(fēng)溫的影響關(guān)系。由圖4可知，①水泵頻率相同時(shí)，盤(pán)管進(jìn)口溫度越低，出口風(fēng)溫越低；②同一風(fēng)機(jī)檔位，盤(pán)管進(jìn)口溫度在一定范圍內(nèi)時(shí)，隨著水流量的降低，風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組出口風(fēng)溫也在下降；③風(fēng)機(jī)在低檔位時(shí)（風(fēng)量小），風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫隨水泵頻率的降低而降低，但變化小且平緩，隨著風(fēng)機(jī)檔位的變化（即風(fēng)量增大），風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫隨流量的變化而變化加劇，變得相對(duì)不穩(wěn)定；④盤(pán)管進(jìn)口溫度在一定范圍內(nèi)，水泵頻率相同時(shí)，隨著風(fēng)量的增大，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫會(huì)逐漸降低；⑤當(dāng)水泵頻率相同時(shí)，隨著盤(pán)管進(jìn)口溫度的降低，風(fēng)量對(duì)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫的影響在漸漸減小。

4 小結(jié)與討論

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，該系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的熱風(fēng)干燥是有困難的，末端風(fēng)溫調(diào)控的敏感因素主要有盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量和水流量，其中盤(pán)管進(jìn)水溫度影響最為突出。在條件基本相同的情況下，風(fēng)量一定，水流量越大，末端風(fēng)溫越高；水流量一定，風(fēng)量越大，末端風(fēng)溫相對(duì)越低。若要末端風(fēng)溫達(dá)到設(shè)定值，就要使得盤(pán)管進(jìn)水溫度穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)。為了使該系統(tǒng)可以更加高效的運(yùn)行達(dá)到節(jié)能的目的，為了使盤(pán)管進(jìn)口溫度穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)，①可以進(jìn)行兩級(jí)或多級(jí)儲(chǔ)熱；②采用聯(lián)集管集熱器，對(duì)集熱器水箱的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；③選擇合適的集熱器面積，加入輔助熱源，使集熱器水箱的溫度穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)，對(duì)風(fēng)量與流量進(jìn)行控制。

參考文獻(xiàn)：

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（責(zé)任編輯 屠 晶）endprint

摘要：對(duì)目前國(guó)內(nèi)農(nóng)作物、海產(chǎn)品的一種干燥系統(tǒng)——太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，并根據(jù)太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)，應(yīng)用換熱式太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在無(wú)輔助熱源運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行參數(shù)變化規(guī)律進(jìn)行試驗(yàn)分析。結(jié)果表明，盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量與水流量為該太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)末端溫度調(diào)控的敏感參數(shù)，為太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)運(yùn)行特性研究奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；運(yùn)行參數(shù)；試驗(yàn)分析；末端風(fēng)溫

中圖分類(lèi)號(hào)：TK519 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）16-3921-03

Abstract： The situations of solar air drying systems at domestic were introduced. Based on the operation characteristics of solar drying system， operating parameters variation rule of solar air heating experimental system without auxiliary heat source were analyzed. The results showed that inlet temperature of coil， air flow of fan and water flow of coil were sensitive parameters for the solar heating system with terminal temperature control. It will lay foundation for operation characteristics of solar drying system.

Key words： solar hot air drying experimental system；operation parameters；experimental analysis；terminal air temperature

太陽(yáng)能和新風(fēng)換熱技術(shù)的結(jié)合就是太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)的核心，太陽(yáng)能所產(chǎn)生的熱量換熱給空氣使其成為熱風(fēng)，對(duì)農(nóng)作物、海產(chǎn)品等進(jìn)行干燥作業(yè)，滿足干燥負(fù)荷的需求[1，2]。這種干燥方式具有干燥周期短、效率高、產(chǎn)品品質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)[3，4]。實(shí)踐證明，太陽(yáng)能干燥是一種行之有效的方法，對(duì)發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、節(jié)約常規(guī)能源、避免環(huán)境污染、提高產(chǎn)品質(zhì)量、改變落后的生產(chǎn)加工方式和農(nóng)民致富均能起到積極作用。對(duì)于太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)，很多學(xué)者已經(jīng)有過(guò)許多的研究。李志永等[5]結(jié)合相變材料的蓄放熱特性，提出了系統(tǒng)運(yùn)行控制策略，使得新風(fēng)出口溫度能夠控制在合適的范圍內(nèi)；楊軍[6]報(bào)道了由于太陽(yáng)能相變蓄熱新風(fēng)系統(tǒng)，運(yùn)行模式、變量多，控制關(guān)系復(fù)雜，針對(duì)這些特性進(jìn)行了探索和研究，得出了系統(tǒng)的運(yùn)行特性與控制規(guī)律。本研究對(duì)一種換熱式太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)及實(shí)驗(yàn)平臺(tái)概況等進(jìn)行了介紹，并對(duì)系統(tǒng)在無(wú)輔助熱源時(shí)的運(yùn)行情況進(jìn)行了試驗(yàn)分析，并根據(jù)分析結(jié)果對(duì)解決系統(tǒng)末端風(fēng)溫的穩(wěn)定性問(wèn)題。

1 太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹

該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是基于研究太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥系統(tǒng)末端溫度控制建立的，系統(tǒng)主要參數(shù)如表1所示。該系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)盤(pán)管換熱系統(tǒng)、儲(chǔ)水裝置、電控閥門(mén)及循環(huán)泵等輔助設(shè)備組成的一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)如圖1所示。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建于銀川市某住宅屋頂，環(huán)境空曠，適宜進(jìn)行試驗(yàn)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是采用單片機(jī)與DS18B20組成多點(diǎn)測(cè)控系統(tǒng)，利用Visual Basic 6.0軟件設(shè)計(jì)了監(jiān)控平臺(tái)[7-9]。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

本研究中實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用變頻器對(duì)水泵頻率進(jìn)行控制，變頻器頻率與水泵流量基本呈線性關(guān)系，其頻率越高，則流量越大。變頻器的頻率范圍為10～50 Hz，本研究中采集的出口風(fēng)溫為變頻器頻率15、30、50 Hz時(shí)的出口風(fēng)溫。風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組的有3個(gè)風(fēng)擋，分別為低檔、中檔和高檔。因此，本研究設(shè)計(jì)了9組試驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行分析。本試驗(yàn)是在4月進(jìn)行，天氣狀況良好且穩(wěn)定，環(huán)境溫度為18 ℃。

3 系統(tǒng)運(yùn)行情況

該換熱式太陽(yáng)能熱風(fēng)干燥實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用全玻璃真空管集熱器，多路溫度傳感器分布在系統(tǒng)的各個(gè)進(jìn)、 出水口處（圖2），用來(lái)測(cè)試系統(tǒng)工作時(shí)各個(gè)部分水及末端熱風(fēng)的溫度的變化情況。

圖3所示為風(fēng)機(jī)盤(pán)管在中檔-15 Hz時(shí)各溫度的變化關(guān)系，其他各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)與其變化趨勢(shì)幾近形同。由圖3可知，系統(tǒng)在初始時(shí)集熱器保溫水箱溫度相對(duì)較高，隨著系統(tǒng)工作換熱，開(kāi)始逐漸下降，在9：44左右時(shí)穩(wěn)定于55 ℃左右；盤(pán)管進(jìn)水溫度與盤(pán)管出口風(fēng)溫波動(dòng)較大，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)其溫差在8～10 ℃左右，盤(pán)管出口風(fēng)溫相對(duì)于盤(pán)管進(jìn)水溫度降低了20%；回水溫度與盤(pán)管出水溫度在9：23～9：44時(shí)相差較大，主要是儲(chǔ)熱水箱的預(yù)熱過(guò)程，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定有一定的滯后性；新風(fēng)溫度在18 ℃左右。對(duì)于系統(tǒng)供熱來(lái)說(shuō)，末端需求穩(wěn)定是理想的效果。本研究該系統(tǒng)所獲得的末端溫度波動(dòng)較大，并不能完全達(dá)到末端熱風(fēng)干燥的需求，影響末端溫度調(diào)控的敏感因數(shù)有3個(gè)：盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量和水流量，其中以盤(pán)管進(jìn)水溫度最為突出，盤(pán)管進(jìn)水溫度越高，末端風(fēng)溫越高。

在9組試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，以盤(pán)管進(jìn)水溫度為基準(zhǔn)，篩選出了盤(pán)管進(jìn)水溫度在（50±2） ℃、（45±2） ℃和（40±2） ℃時(shí)末端風(fēng)溫變化的數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4，分析了盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量和水流量對(duì)末端風(fēng)溫的影響關(guān)系。由圖4可知，①水泵頻率相同時(shí)，盤(pán)管進(jìn)口溫度越低，出口風(fēng)溫越低；②同一風(fēng)機(jī)檔位，盤(pán)管進(jìn)口溫度在一定范圍內(nèi)時(shí)，隨著水流量的降低，風(fēng)機(jī)盤(pán)管機(jī)組出口風(fēng)溫也在下降；③風(fēng)機(jī)在低檔位時(shí)（風(fēng)量小），風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫隨水泵頻率的降低而降低，但變化小且平緩，隨著風(fēng)機(jī)檔位的變化（即風(fēng)量增大），風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫隨流量的變化而變化加劇，變得相對(duì)不穩(wěn)定；④盤(pán)管進(jìn)口溫度在一定范圍內(nèi)，水泵頻率相同時(shí)，隨著風(fēng)量的增大，風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫會(huì)逐漸降低；⑤當(dāng)水泵頻率相同時(shí)，隨著盤(pán)管進(jìn)口溫度的降低，風(fēng)量對(duì)風(fēng)機(jī)出口風(fēng)溫的影響在漸漸減小。

4 小結(jié)與討論

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，該系統(tǒng)要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的熱風(fēng)干燥是有困難的，末端風(fēng)溫調(diào)控的敏感因素主要有盤(pán)管進(jìn)水溫度、風(fēng)機(jī)風(fēng)量和水流量，其中盤(pán)管進(jìn)水溫度影響最為突出。在條件基本相同的情況下，風(fēng)量一定，水流量越大，末端風(fēng)溫越高；水流量一定，風(fēng)量越大，末端風(fēng)溫相對(duì)越低。若要末端風(fēng)溫達(dá)到設(shè)定值，就要使得盤(pán)管進(jìn)水溫度穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)。為了使該系統(tǒng)可以更加高效的運(yùn)行達(dá)到節(jié)能的目的，為了使盤(pán)管進(jìn)口溫度穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)，①可以進(jìn)行兩級(jí)或多級(jí)儲(chǔ)熱；②采用聯(lián)集管集熱器，對(duì)集熱器水箱的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制；③選擇合適的集熱器面積，加入輔助熱源，使集熱器水箱的溫度穩(wěn)定在合適的范圍內(nèi)，對(duì)風(fēng)量與流量進(jìn)行控制。

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