一種基于太陽(yáng)能的宿餐一體化系統(tǒng)

崔大召　柳蘭琪　龔振　孫如軍

（ 德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東　德州　253023 ）

一種基于太陽(yáng)能的宿餐一體化系統(tǒng)

崔大召柳蘭琪龔振孫如軍

（ 德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東德州253023 ）

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為一種基于太陽(yáng)能的宿餐一體化系統(tǒng)，它由太陽(yáng)能熱水部分、太陽(yáng)能發(fā)電部分、熱水循環(huán)部分、電能轉(zhuǎn)換部分、控制部分、廚房除煙部分.廚房廢熱利用部分.廢水循環(huán)利用部分等組成。

宿餐；太陽(yáng)能；轉(zhuǎn)化；循環(huán)；回收

1　設(shè)計(jì)背景

分析國(guó)內(nèi)外各種太陽(yáng)能的利用工程案例，無(wú)非就是簡(jiǎn)單的利用太陽(yáng)能的光熱和光伏，而且在他們各種工程利用的時(shí)候還存在著各種各樣的能量損失，其損失量甚至高于其利用量，使得傳統(tǒng)的利用效率非常低?；诖宋覀冄兄屏艘粋€(gè)高效利用太陽(yáng)能，能量損失極小的系統(tǒng)，本系統(tǒng)的研制將太陽(yáng)能利用推向了一個(gè)新的高度，并能為國(guó)家大力發(fā)展太陽(yáng)能提供了物質(zhì)和技術(shù)的需要。

2　設(shè)計(jì)方案

2.1熱水循環(huán)部分

太陽(yáng)能熱水器部分采用真空管和熱水保溫桶設(shè)計(jì)，真空管采用三層設(shè)計(jì)，最外層為高透玻璃，中間層為附有吸熱材料的吸收層，最內(nèi)層為一個(gè)直徑為0.8㎝密閉的銅管和導(dǎo)熱油組成的導(dǎo)熱層，銅管的上部為一個(gè)直徑3cm的球體；最外層的高透玻璃和中間的吸收層之間為真空，有很好的保溫功能；中間的吸收層起著吸收太陽(yáng)光的能量的功能，并將熱量傳遞給導(dǎo)熱層，導(dǎo)熱層內(nèi)有一半70℃就能氣化的導(dǎo)熱油，導(dǎo)熱油氣化將熱量傳遞給熱水桶內(nèi)的冷水，如此，可實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能的熱量傳遞。由于導(dǎo)熱層內(nèi)的的導(dǎo)熱油受重力的作用，在導(dǎo)熱層下部的只能是液態(tài)的導(dǎo)熱油，而上部則為氣化的導(dǎo)熱油，如此則可實(shí)現(xiàn)單向?qū)?，并且在寒冷的冬天也能正常使用。在室?nèi)的地板下有一條盤(pán)旋著的鋁管，由于重力的作用下熱水桶的熱水流進(jìn)地面的鋁管內(nèi)，再經(jīng)水泵輸送到熱水桶中，如此，可實(shí)現(xiàn)熱水在室內(nèi)的循環(huán)，并將熱水桶內(nèi)熱水的熱量釋放在室內(nèi)。

2.2發(fā)電及轉(zhuǎn)化部分

發(fā)電部分采用太陽(yáng)能電池板和國(guó)家電網(wǎng)并網(wǎng)，以保證連續(xù)陰雨天的用電需求。太陽(yáng)能電池板采用全天追光設(shè)計(jì)以保證太陽(yáng)能利用的最大效率。太陽(yáng)能電池板發(fā)的電一部分存入蓄電池中，另一部分經(jīng)逆變器變?yōu)榻涣麟娭笾苯訛檎麄€(gè)系統(tǒng)提供提供電能。存入蓄電池中的電儲(chǔ)存起來(lái)，待用的時(shí)候經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)化為交流電為用電裝置提供電能。轉(zhuǎn)化部分采用兩個(gè)大功率逆變器和兩個(gè)穩(wěn)壓器組成，再次保證轉(zhuǎn)化的電能為220v交流電，為用電裝置提供一個(gè)好的“環(huán)境”。

2.3控制部分

控制部分由一片單片機(jī)、一個(gè)觸摸顯示屏、若干個(gè)繼電器組成。單片機(jī)作為整個(gè)控制部分的核心，來(lái)控制觸摸顯示屏顯示各個(gè)部分的工作狀態(tài)，并且用戶(hù)能通過(guò)觸摸顯示屏調(diào)節(jié)各個(gè)部分的工作模式和工作時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)的互動(dòng)。單片機(jī)通過(guò)中斷和定時(shí)器控制繼電器的開(kāi)路與短路，實(shí)現(xiàn)對(duì)各用電器電能的通斷。

2.4廚房除煙部分

此部分采用傳統(tǒng)的油煙機(jī)、大分子過(guò)濾網(wǎng)、組成。廚房作飯直接利用太陽(yáng)能熱水器中并經(jīng)消毒裝置消過(guò)毒的熱水，只需在需要一部分燃?xì)饽芫涂梢詫?shí)現(xiàn)飯菜的制作，可以節(jié)省大部分燃?xì)狻?/p>

2.5廚房廢熱利用部分

廚房廢熱主要包括燃?xì)鈴U熱和烹飪廢熱；烹飪廢熱中炒菜時(shí)的廢熱含有大量的有害物質(zhì)和油污分子所以不加入循環(huán)，而蒸饅頭煮面條燒湯時(shí)的廢熱含有大量的高能水蒸氣，經(jīng)抽風(fēng)機(jī)抽取后直接進(jìn)入用餐區(qū)的地板管網(wǎng)進(jìn)行供暖；燃?xì)鈴U熱是由做飯時(shí)燃燒天然氣產(chǎn)生含有大量的熱能，排煙管內(nèi)部裝有四層直徑為0.5cm小密度盤(pán)旋的鋁管，鋁管內(nèi)有冷水流過(guò)，這樣就能利用38.5%的熱量，極大地增加了節(jié)能效果。

2.6廢水循環(huán)利用部分

廚房廢水主要是烹飪廢水洗菜廢水和洗碗廢水；烹飪廢水是做飯時(shí)洗鍋的水含有大量的油污，有著極大的污染性所以用專(zhuān)門(mén)的管道排入污水處理廠；洗菜廢水是比較清澈的水只含有極少量的沙塵，可以用管道流入一級(jí)洗碗池用于洗刷帶有大量油污的餐具；洗碗廢水是洗碗時(shí)的廢水經(jīng)過(guò)一級(jí)洗碗池后油污幾乎除盡只需進(jìn)入二級(jí)洗碗池用清水漂洗，一級(jí)洗碗池的水含有大量的油污可以和烹飪廢水一起排入污水處理廠；由于二級(jí)洗碗池中的水比較干凈可以用于涮拖布和抹布，而后可以用于沖洗衛(wèi)生間。

3　工作原理與性能分析

采用追光太陽(yáng)能電池板作為電能的主要來(lái)源，其追光的工作原理為：自動(dòng)追光系統(tǒng)的小光電板組的各片小光電板嵌在架體板體上或其垂直側(cè)板上的圓弧軌面上且各小光電板板面與弧面切線平行，其所分布的小光電板至少有一片小光電板s［-2］位于圓弧前端約0度位置及一片小光電板s［+2］位于圓弧后端約180度位置；另，二片小光電板s［+2］、s［-2］之間（約在60度、120 度角等位置 ）各設(shè)有相等間隔的小光電板s［-1］、s［+1］，該四片小光電板s［-2］、 s［-1］、s［+2］、s［+1］同時(shí)將接受光源產(chǎn)生的電流數(shù)據(jù)輸入判斷邏輯單元后，其判斷步驟至少為：a、初始化啟動(dòng)；b、讀取每片小光電板電流數(shù)據(jù)；c、若電流大小為s［-1］=s［+1］，停止步進(jìn)馬達(dá)動(dòng)作并跳至步驟b繼續(xù)進(jìn)行流程；d、若電流大小s［-1］＜s［-2］，或s［+1］＜s［-1］，則令步進(jìn)馬達(dá)開(kāi)始反轉(zhuǎn)使架體反向修正即轉(zhuǎn)向s［-2］方向，反回步驟b繼續(xù)進(jìn)行流程；e、若電流大小s［-1］＜s［+1］，或 s［+1］＜s［+2］，則令步進(jìn)馬達(dá)正轉(zhuǎn)使架體正向修正即轉(zhuǎn)向s［+2］方向，并反回步驟b，繼續(xù)進(jìn)行流程，以形成回圈，從而達(dá)到自動(dòng)追光的目的。

4　創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用價(jià)值

把太陽(yáng)能熱水器和宿餐結(jié)合利用起來(lái)，使得太陽(yáng)能的利用效率大幅度的提高；將廚房的產(chǎn)生的廢熱收集利用起來(lái)，使得熱量損失減少30%；將各個(gè)部分的廢水分級(jí)利用起來(lái)，可減少30%水的浪費(fèi)。

本設(shè)計(jì)主要利用太陽(yáng)能工作和其他費(fèi)熱、廢水的收集有力的結(jié)合起來(lái)，極其符合現(xiàn)在的能源形式以及可持續(xù)發(fā)展策略。

［1］ 趙爭(zhēng)鳴，劉建政，孫曉瑛，袁立強(qiáng).太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其應(yīng)用.科學(xué)出版社，2005，9-26

［2］ 崔克強(qiáng)，趙春江，吳達(dá)成.并網(wǎng)型太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng).化學(xué)工業(yè)出版社，2008，26-43

TQ320.5-18

A

1003-5168（2015）11-019-01

崔大召（1993.04-），男，大學(xué)本科，研究方向:清潔能源工程。

備注:本文系2015年地方高校國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)201510448040）的資助。