小型太阳能热风干燥实验系统运行参数分析

摘要：对目前国内农作物、海产品的一种干燥系统——太阳能热风干燥系统的现状进行了简单介绍，并根据太阳能热风干燥系统的运行特点，应用换热式太阳能热风干燥实验系统，对该实验系统在无辅助热源运行时的运行参数变化规律进行试验分析。结果表明，盘管进水温度、风机风量与水流量为该太阳能热风干燥系统末端温度调控的敏感参数，为太阳能热风干燥系统运行特性研究奠定基础。

关键词：太阳能热风干燥实验系统；运行参数；试验分析；末端风温

中图分类号：TK519 文献标识码：A 文章编号：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

太阳能和新风换热技术的结合就是太阳能热风干燥系统的核心，太阳能所产生的热量换热给空气使其成为热风，对农作物、海产品等进行干燥作业，满足干燥负荷的需求[1，2]。这种干燥方式具有干燥周期短、效率高、产品品质好等优点[3，4]。实践证明，太阳能干燥是一种行之有效的方法，对发展农村经济、节约常规能源、避免环境污染、提高产品质量、改变落后的生产加工方式和农民致富均能起到积极作用。对于太阳能热风干燥系统，很多学者已经有过许多的研究。李志永等[5]结合相变材料的蓄放热特性，提出了系统运行控制策略，使得新风出口温度能够控制在合适的范围内；杨军[6]报道了由于太阳能相变蓄热新风系统，运行模式、变量多，控制关系复杂，针对这些特性进行了探索和研究，得出了系统的运行特性与控制规律。本研究对一种换热式太阳能热风干燥系统及实验平台概况等进行了介绍，并对系统在无辅助热源时的运行情况进行了试验分析，并根据分析结果对解决系统末端风温的稳定性问题。

1 太阳能热风干燥实验系统介绍

该实验平台是基于研究太阳能热风干燥系统末端温度控制建立的，系统主要参数如表1所示。该系统主要由太阳能集热系统、风机盘管换热系统、储水装置、电控阀门及循环泵等辅助设备组成的一个串联系统如图1所示。实验平台搭建于银川市某住宅屋顶，环境空旷，适宜进行试验；数据采集系统是采用单片机与DS18B20组成多点测控系统，利用Visual Basic 6.0软件设计了监控平台[7-9]。

2 试验方案设计

本研究中实验平台采用变频器对水泵频率进行控制，变频器频率与水泵流量基本呈线性关系，其频率越高，则流量越大。变频器的频率范围为10～50 Hz，本研究中采集的出口风温为变频器频率15、30、50 Hz时的出口风温。风机盘管机组的有3个风挡，分别为低档、中档和高档。因此，本研究设计了9组试验，对系统的运行情况进行分析。本试验是在4月进行，天气状况良好且稳定，环境温度为18 ℃。

3 系统运行情况

该换热式太阳能热风干燥实验系统采用全玻璃真空管集热器，多路温度传感器分布在系统的各个进、 出水口处（图2），用来测试系统工作时各个部分水及末端热风的温度的变化情况。

图3所示为风机盘管在中档-15 Hz时各温度的变化关系，其他各组试验数据与其变化趋势几近形同。由图3可知，系统在初始时集热器保温水箱温度相对较高，随着系统工作换热，开始逐渐下降，在9：44左右时稳定于55 ℃左右；盘管进水温度与盘管出口风温波动较大，当系统运行稳定时其温差在8～10 ℃左右，盘管出口风温相对于盘管进水温度降低了20%；回水温度与盘管出水温度在9：23～9：44时相差较大，主要是储热水箱的预热过程，系统运行稳定有一定的滞后性；新风温度在18 ℃左右。对于系统供热来说，末端需求稳定是理想的效果。本研究该系统所获得的末端温度波动较大，并不能完全达到末端热风干燥的需求，影响末端温度调控的敏感因数有3个：盘管进水温度、风机风量和水流量，其中以盘管进水温度最为突出，盘管进水温度越高，末端风温越高。

在9组试验数据中，以盘管进水温度为基准，筛选出了盘管进水温度在（50±2） ℃、（45±2） ℃和（40±2） ℃时末端风温变化的数据见图4，分析了盘管进水温度、风机风量和水流量对末端风温的影响关系。由图4可知，①水泵频率相同时，盘管进口温度越低，出口风温越低；②同一风机档位，盘管进口温度在一定范围内时，随着水流量的降低，风机盘管机组出口风温也在下降；③风机在低档位时（风量小），风机出口风温随水泵频率的降低而降低，但变化小且平缓，随着风机档位的变化（即风量增大），风机出口风温随流量的变化而变化加剧，变得相对不稳定；④盘管进口温度在一定范围内，水泵频率相同时，随着风量的增大，风机出口风温会逐渐降低；⑤当水泵频率相同时，随着盘管进口温度的降低，风量对风机出口风温的影响在渐渐减小。

4 小结与讨论

通过试验数据可以看出，该系统要想实现稳定的热风干燥是有困难的，末端风温调控的敏感因素主要有盘管进水温度、风机风量和水流量，其中盘管进水温度影响最为突出。在条件基本相同的情况下，风量一定，水流量越大，末端风温越高；水流量一定，风量越大，末端风温相对越低。若要末端风温达到设定值，就要使得盘管进水温度稳定在合适的范围内。为了使该系统可以更加高效的运行达到节能的目的，为了使盘管进口温度稳定在合适的范围内，①可以进行两级或多级储热；②采用联集管集热器，对集热器水箱的温度进行实时控制；③选择合适的集热器面积，加入辅助热源，使集热器水箱的温度稳定在合适的范围内，对风量与流量进行控制。

参考文献：

[1] 于洪艳，齐志勇.太阳能热风采暖系统设计及可行性研究[J].现代农业科学，2010（22）：240.

[2] 李洪斌，李志民，张 跃，等.农副产品太阳能干燥技术的研究和发展[J].云南师范大学学报（自然科学版），2004，24（1）：37-41.

[3] 张璧光.太阳能干燥技术的国内外概况及应用前景[J].太阳能学报，2007（7）：21-25.

[4] 李志永，陈 超，邓 超.太阳能-相变蓄热-新风供暖系统运行控制策略研究[J].土木工程学报，2010，43（增刊）：421-426.

[5] 李志永，陈 超，张 叶，等.太阳能-相变蓄热-新风供暖系统仿真优化设计研究[J].太阳能学报，2012，33（5）：852-859.

[6] 杨 军.太阳能新风系统设计与控制方法研究[D].北京：北京邮电大学，2011.

[7] 斯琴巴图，杨利润.零基础学Visual Basic[M].北京：机械工业出版社，2008.

[8] 桂晓兵，王燕昌，杨柳斌，等.基于VB与单片机干燥温度测控系统的实现[J].贵州农业科学，2013，41（2）：170-172.

[9] 张 辉.Visual Basic串口通信及编程实例[M].北京：化学工业出版社，2011.

（责任编辑 屠 晶）