太陽能平板集熱器在木材干燥中的應(yīng)用

    前言

　　利用太陽能進行物品的干燥，是太陽能熱利用的方式之一，與人們常規(guī)的露天自然干燥相比，有很多優(yōu)點：太陽能干燥器，可以充分利用太陽能，節(jié)約常規(guī)能源，有效地提高干燥溫度，縮短干燥時間，干燥物可避免泥沙、灰塵的污染，不會因為天氣變化而變質(zhì)，從而得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，有利于環(huán)境保護。木材之所以要經(jīng)過干燥后才能使用，主要有以下幾個原因：

　　1.防止木材產(chǎn)生開裂和變形。木材中的水分在向空氣中蒸發(fā)時，尤其是當木材的水分含量在木材的纖維飽和點以下時，就會引起木材體積的收縮。如果收縮的不均勻，木材就會出現(xiàn)開裂或變形。若是將木材干燥到與使用環(huán)境相適應(yīng)的程度或使用要求的狀態(tài)，就能保持木材的體積尺寸的相對穩(wěn)定，而且經(jīng)久耐用。

　　2.提高木材的強度，改善木材的物理性能和加工工藝條件。當木材中的水分含量在纖維飽和點以下時，木材的強度會隨其降低而增高；同時木材也易于鋸割和刨削加工，減少對木工機械的損失。

　　3.防止木材發(fā)生霉變、腐朽和蟲蛀。木材中的水分含量在20%～150%范圍時，極易產(chǎn)生霉菌，使木材發(fā)生霉變、腐朽和蟲蛀。如果將木材中的水分含量干燥到20%以下，木材內(nèi)產(chǎn)生霉菌的條件就被破壞了，增強了木材抗霉變、腐朽和蟲蛀的能力，保持了木材的原有特性。

　　4.減輕木材質(zhì)量，提高運輸能力。經(jīng)過干燥后的木材，其質(zhì)量能減少30%～40%。如果是在木材的供應(yīng)地區(qū)集中制材和集中干燥木材，則可以大大提高木材的運輸能力；同時也可以防止木材在運輸途中產(chǎn)生霉變和腐朽，保證木材的質(zhì)量。

　　總之，木材干燥是合理利用和節(jié)約木材的重要技術(shù)措施，是木材加工生產(chǎn)中不可缺少的一道重要工序。作為一種原材料，木材應(yīng)用的領(lǐng)域很多，而且大都需要進行干燥，所以木材干燥對國民經(jīng)濟建設(shè)具有很重要的現(xiàn)實意義。

　　1太陽能干燥系統(tǒng)設(shè)計方案

　　系統(tǒng)概況：計劃建設(shè)100m2的木材干燥室，每箱木材2m2，干燥溫度設(shè)定為60℃，使用100m2的溫室，配備1臺干燥鼓風機，采用平板太陽能集熱器對空氣進行預(yù)熱送入干燥室進行干燥。

　2太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)工藝說明

　　太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)是由太陽能空氣集熱器與溫室干燥器組合而成，這種干燥系統(tǒng)利用太陽能集熱器把空氣加熱到60℃～70℃，然后通入干燥室，物料在干燥室內(nèi)實現(xiàn)對流熱質(zhì)交換過程，達到干燥的目的。

　　2.1基本結(jié)構(gòu)

　　太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)是由太陽能空氣集熱器與溫室干燥器組合而成，主要由太陽能空氣集熱器、輔助熱源裝置、溫室干燥器、風機、管道、排氣煙囪等幾部分組成，如圖1所示。

　　太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)主要由太陽能空氣集熱器和溫室兩大部分組成。太陽能空氣集熱器的安裝傾角跟當?shù)氐牡乩砭暥然疽恢?，太陽能集熱器通過管道跟干燥室連接。干燥系統(tǒng)的頂部有向南傾斜的玻璃蓋板，內(nèi)壁面都涂抹黑色，室內(nèi)有放置物料的托盤或支架。

　　2.2太陽能空氣集熱器

　　使用平板太陽能集熱器，主要目的是平板型太陽能集熱器能承壓，同時氣密性附合干燥系統(tǒng)的要求。

　　2.3太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示：

　　太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)的北墻是隔熱墻，內(nèi)壁面涂抹黑色，用以提高墻面的太陽吸收比。東、西、南3面墻的下半部也都是隔熱墻，內(nèi)壁面同樣涂抹黑色。所謂隔熱墻，就是墻體為雙層磚墻，其間夾有保溫材料。東、西、南三面墻的上半部都是玻璃，用以更充分地透過太陽輻射能。

　　北墻靠近頂部的部位裝有若干個排氣煙囪，以便濕空氣隨時排放到周圍環(huán)境中去。通常在排氣煙囪處還裝有調(diào)節(jié)風門，以便控制通風量。

　　南墻靠近地面的部位開設(shè)一定數(shù)量的進氣口（太陽能集熱器的出氣口），以便在濕空氣排放到周圍環(huán)境中后，新鮮空氣及時補充進入太陽能干燥器。

　　太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)的頂部是向南傾斜的玻璃蓋板，其傾角跟當?shù)氐牡乩砭暥然疽恢隆?/P>

　　干燥系統(tǒng)的地面也涂抹黑色。

　　這樣，由4面墻和玻璃蓋板組成的太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)，本身既是集熱部件，同時又是干燥室的一部分。

　　2.4輔助加熱裝置

　　為了彌補太陽輻照的間歇性和不穩(wěn)定性，太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)通常還設(shè)有輔助加熱系統(tǒng)，以便在太陽輻射不足時提供熱量，保證物料得以連續(xù)地進行干燥。當陰雨天太陽能不足時，由空氣源熱泵輔助加熱空氣，使得裝置有連續(xù)運行的能力。

　　3太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)工作過程太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)的工作過程是溫室型干燥器和集熱型干燥器兩種工作過程的組合。

　　一方面，太陽輻射能穿過溫室的玻璃蓋板后，一部分直接投射到被干燥物料上，被其吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，使物料中的水分不斷汽化；另一部分則投射到黑色的干燥室內(nèi)壁面上，也被其吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，用以加熱干燥室內(nèi)的空氣。熱空氣進而將熱量傳遞給物料，使物料中的水分不斷汽化。

　　另一方面，太陽輻射能穿過太陽能空氣集熱器的玻璃后，投射到太陽能集熱器的吸熱膜上，被吸熱膜吸收并轉(zhuǎn)換為熱能，用以加熱太陽能集熱器內(nèi)的空氣。熱空氣通過風機送入干燥室，將熱量傳遞給被干燥物料，使物料的溫度進一步提高，物料中的水分更多地汽化，然后通過對流把水汽及時帶走，達到干燥物料的目的。

　　4太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)的適用范圍

　　在太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)中，由于被干燥物料不僅直接吸收透過玻璃蓋板的太陽輻射，而且又受到來自太陽能空氣集熱器的熱空氣沖刷，因而可以達到較高的干燥溫度。

　　由此可見，太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)的適用范圍是：含水率較高的物料；干燥溫度要求較高的物料；允許接受陽光曝曬的物料。

　　據(jù)資料顯示，應(yīng)用太陽能平板集熱器干燥系統(tǒng)進行干燥的物料主要有：桂圓、荔枝等果品；中藥材、臘腸、木材等產(chǎn)品；陶瓷泥胎等工業(yè)產(chǎn)品。

　　5太陽能溫室干燥器裝置示意圖（如圖3）

　　6干燥系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)注意的原則

　　太陽能干燥技術(shù)應(yīng)盡可能地吸收太陽能，盡可能地有利于干燥作業(yè)的進行。因此干燥系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)注意以下幾個原則：

　　6.1盡可能提高系統(tǒng)太陽輻射量的吸收率和直射光線的利用率。直射光線的吸收決定于采光面的方位，方向、地理緯度和時間等。

　　6.2設(shè)計時應(yīng)盡量減少氣流流動阻力，使干燥系統(tǒng)具有良好的空氣動力的特性。一臺空氣動力良好的溫室干燥系統(tǒng)，應(yīng)該是物料干燥過程水分分布均勻，溫空氣排出順暢，不會在采光蓋板內(nèi)壁上形成水滴，且干燥速度比較高。

　　6.3要有良好的氣密性和保溫性。

　　6.4盡可能使干燥作業(yè)操作方便。

　　輔助熱源：使用空氣源熱泵輔助加熱。

　　供風方式：采用強制通風措施，配置1臺鼓風機，加快干燥速度。

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