陶瓷板太陽(yáng)能集熱器冬季養(yǎng)殖水體升溫試驗(yàn)研究

陳 晨，張寒冰，張 倩，李秀辰，馬遠(yuǎn)洋，鄭興康，母 剛

(大連海洋大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧省漁業(yè)裝備工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116023)

近年來(lái)，工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的重要組成部分，養(yǎng)殖產(chǎn)量逐年增加[1]，2018年，中國(guó)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖產(chǎn)量高達(dá)4.69×105t，養(yǎng)殖水體達(dá)8.18×107m3 [2]。中國(guó)北方地區(qū)因受季節(jié)的影響，水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)每年需在11月中旬到次年5月中旬期間對(duì)養(yǎng)殖水體進(jìn)行升溫，升溫幅度最高可達(dá)17 ℃～23 ℃[3-5]。目前常用的燃煤(氣)鍋爐升溫、電加熱升溫方式升溫成本較高，約占總生產(chǎn)成本的1/3以上，且存在環(huán)境污染、能源浪費(fèi)等問(wèn)題[6-8]。隨著熱泵技術(shù)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外已有利用熱泵對(duì)養(yǎng)殖水體控溫的研究和應(yīng)用實(shí)例[9-12]，但由于養(yǎng)殖用水量大，成本高、電耗大等仍是熱泵升溫工程中亟待解決的難題[13-14]。

太陽(yáng)能水體升溫技術(shù)也是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，將其應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖不僅可以滿足生產(chǎn)需求而且具有節(jié)能減排的優(yōu)點(diǎn)[15-17]。真空管式和金屬平板式集熱器是目前在水體升溫方面應(yīng)用較為廣泛的太陽(yáng)能集熱器，其中真空管式集熱器保溫性能好、換熱效率高，但耐壓、耐凍性能差，不適于北方地區(qū)使用；金屬平板式集熱器雖安裝簡(jiǎn)單但造價(jià)成本高、換熱效率低[18-19]。另有研究表明，陶瓷板太陽(yáng)能集熱器作為一種全新材質(zhì)的太陽(yáng)能集熱器，因制造成本低、耐腐蝕、耐凍能力強(qiáng)且易于安裝等優(yōu)點(diǎn)，在養(yǎng)殖水體升溫方面具有廣泛的應(yīng)用前景[20-22]。

以中國(guó)北方冬季養(yǎng)殖水體升溫技術(shù)要求為主要研究依據(jù)，在前期進(jìn)行陶瓷板太陽(yáng)能集熱器的保溫隔熱設(shè)計(jì)，并開(kāi)展非寒冷期養(yǎng)殖水體升溫初步試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，探究冬季不同工況條件下保溫結(jié)構(gòu)及其他因素對(duì)陶瓷板太陽(yáng)能集熱器的水體升溫效果的影響，為陶瓷板太陽(yáng)能集熱器在工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖水體升溫工程方面提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

本試驗(yàn)所用海水主要采集于大連市黑石礁附近海域，過(guò)濾后儲(chǔ)于蓄水池中備用，試驗(yàn)用設(shè)備和系統(tǒng)參考文獻(xiàn)[23-24]。本試驗(yàn)所采用的陶瓷板太陽(yáng)能集熱器水體升溫系統(tǒng)工作原理如圖1所示[23-24]。該系統(tǒng)主要由有保溫結(jié)構(gòu)的陶瓷板太陽(yáng)能集熱器、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)的陶瓷板太陽(yáng)能集熱器、水泵、保溫水箱、保溫管道、流量控制閥、流量計(jì)和溫度傳感器等組成，其中保溫結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)[23]。兩個(gè)陶瓷板太陽(yáng)能集熱器(1是有保溫結(jié)構(gòu)，9是無(wú)保溫結(jié)構(gòu))規(guī)格相同，在系統(tǒng)中通過(guò)保溫管道并聯(lián)安裝，由試驗(yàn)地緯度確定兩個(gè)太陽(yáng)能集熱器與水平屋面的安裝夾角均為45°，兩個(gè)集熱器中間安裝的太陽(yáng)能輻射照度計(jì)與水平屋面也呈45°放置，并將溫度傳感器和流量計(jì)安裝在集熱器和保溫水箱的進(jìn)、出口，以上監(jiān)測(cè)設(shè)備均與計(jì)算機(jī)相連。試驗(yàn)時(shí)，該系統(tǒng)利用水泵將保溫水箱中的海水以相同的流量分別泵入兩個(gè)集熱器中，海水走向自下而上，集熱升溫后海水返回保溫水箱中，繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)升溫，同時(shí)所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)記錄、輸出。

圖1 陶瓷板太陽(yáng)能集熱器水體升溫系統(tǒng)原理圖Fig.1 Diagram of water heating system with ceramic plate solar collector

其他儀器設(shè)備：電子智能溫控儀(XMT-JK8，余姚市依泰儀表廠)；轉(zhuǎn)子流量計(jì)(LZB-10F，常州雙波儀表有限公司)；太陽(yáng)能輻射儀(TES-1333，臺(tái)灣泰仕公司)；溫度傳感器Pt100(TR02005， DOCOROM)；風(fēng)速計(jì)(DT-619，華盛昌公司)。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)方案

不同輻射照度下的水體升溫試驗(yàn) 選擇晴天和陰天條件(晴天、陰天各5 d)試驗(yàn)，晴天條件下的輻射照度為300～1 200 W/m2，陰天條件下的輻射照度為200～500 W/m2，并固定流量為60 L/h，開(kāi)展輻射照度對(duì)有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)陶瓷板太陽(yáng)能集熱器升溫效果影響的對(duì)比試驗(yàn)，分別測(cè)定兩種結(jié)構(gòu)集熱器的進(jìn)、出水溫度，監(jiān)測(cè)太陽(yáng)輻射照度，并對(duì)其得熱量和升溫幅度等進(jìn)行計(jì)算。

不同流量下的水體升溫試驗(yàn) 參照實(shí)驗(yàn)室循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，在晴天條件下，將水體流量設(shè)定為60 L/h、100 L/h及120 L/h，開(kāi)展水體流量對(duì)有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能集熱器水體升溫效果影響的對(duì)比試驗(yàn)，相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定與計(jì)算方法如上所述。

不同室外溫度下的水體升溫試驗(yàn) 晴天條件下，分別選擇溫度零下(溫度為-10 ℃～-5 ℃)、溫度零上(溫度為7 ℃～12 ℃)，其中溫度零上和溫度零下各5 d，流量為60 L/h，開(kāi)展室外溫度對(duì)有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能集熱器水體升溫效果影響的對(duì)比試驗(yàn)，相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定與計(jì)算方法如上所述。

不同風(fēng)速下的水體升溫試驗(yàn) 在流量、溫度、太陽(yáng)輻射照度等其他影響因素相同時(shí)，分別選擇微風(fēng)、風(fēng)速3～4級(jí)(其中微風(fēng)、風(fēng)速3～4級(jí)各5 d)，開(kāi)展風(fēng)速對(duì)有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能集熱器水體升溫效果影響的對(duì)比試驗(yàn)，相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定與計(jì)算方法如上所述。

試驗(yàn)于冬季(2018年12月1日—2019年 1月30日)期間開(kāi)展，試驗(yàn)期間大連平均氣溫為2 ℃左右，水體初始溫度為(5.5±1) ℃。試驗(yàn)時(shí)每天在8:00—16:00期間進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)采集，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度由計(jì)算機(jī)每5 min自動(dòng)檢測(cè)、記錄和輸出；輻射照度由太陽(yáng)能輻射儀每1 h采集一次；風(fēng)速由風(fēng)速計(jì)每1 h采集一次。

1.2.2 分析計(jì)算方法

試驗(yàn)期間，太陽(yáng)能集熱器的累積得熱量由公式(1)[25]計(jì)算得到。

q=C×m×Δt

(1)

式中：q—累積得熱量，MJ/m2；C—水的比熱容，kJ/(kg· ℃)；m—日升溫水體質(zhì)量，kg；△t—集熱8 h水體溫度差， ℃。

太陽(yáng)能集熱器的日有用得熱量由公式(2)[25]計(jì)算得到：

(2)

式中：q17—累積太陽(yáng)輻照量17 MJ/m2對(duì)應(yīng)的日有用得熱量，MJ/m2；C—水的比熱容， J/(kg· ℃)；m—日升溫水體質(zhì)量，kg；△t—集熱8 h水體溫度差， ℃；H—測(cè)試8 h的累積輻射量，MJ/m2。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 水體升溫效果試驗(yàn)

不同輻射照度(其中主要為晴天和陰天條件)、水體流量為60 L/h時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)陶瓷板太陽(yáng)能集熱器的水體升溫效果如圖2a所示。晴天時(shí)，輻射照度增加，陶瓷板太陽(yáng)能集熱器的水體升溫幅度隨之升高。無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體升溫幅度在8：30—11：00期間由0 ℃提升至5.6 ℃，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的升溫幅度由1.5 ℃提升至7.4 ℃，有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體平均升溫幅度分別為5.4 ℃和3.6 ℃，15：00后，輻射照度降低，有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器水體升溫幅度在16：00時(shí)分別降至0.4 ℃和-0.3 ℃，兩者全天水體平均升溫幅度分別為2.3 ℃和0.7 ℃。圖2a所示，陰天時(shí)，有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體升溫幅度均顯著低于晴天時(shí)，8：30—16：00，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的平均升溫幅度比無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體平均升溫幅度高1.9 ℃。

不同水體流量(60、100、120 L/h)、晴天條件下，兩種結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能集熱器的水體升溫效果如圖2b所示。兩種集熱器的水體升溫幅度隨水體流量的增加均出現(xiàn)不同程度的降低，當(dāng)水體流量由60 L/h分別增加至100 L/h、120 L/h時(shí)，11:30時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體升溫幅度由6.8 ℃分別降至3.7 ℃、2.5 ℃，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器由4.8 ℃分別降至2.8 ℃、2 ℃；14:00—16:00時(shí)，水體升溫幅度整體降低，有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器水體平均升溫幅度分別降低0.1 ℃、0.4 ℃以及0.5 ℃、1.1 ℃。此外，在對(duì)應(yīng)流量條件下，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體平均升溫幅度分別比無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器高出37.5%、40.7%和41.2%。

不同室外溫度、水體流量為60 L/h時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能集熱器的水體升溫效果如圖2c所示。當(dāng)輻射照度較高時(shí)，溫度升高，陶瓷板太陽(yáng)能集熱器的升溫幅度明顯升高，其中9:30—14:30，溫度零上時(shí)，有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體升溫幅度比溫度零下時(shí)平均高1.6 ℃和0.8 ℃；但當(dāng)輻射照度較低時(shí)，8:30—9:30和14:30之后，溫度對(duì)于陶瓷板太陽(yáng)能集熱器的升溫效果影響較小，甚至出現(xiàn)溫度零下時(shí)的集熱器升溫幅度略高的現(xiàn)象。

不同風(fēng)速，水體流量為60 L/h時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能集熱器的水體升溫效果如圖2d所示。10:00—14:30，微風(fēng)條件下集熱器水體升溫幅度高于風(fēng)力3～4級(jí)條件時(shí)，風(fēng)速升高，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的平均升溫幅度降低27.5%，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)的平均升溫幅度降低22.0%；而在8:30—10:00和14:30—16:00期間，風(fēng)力3～4級(jí)條件下的太陽(yáng)能集熱器的水體升溫幅度略高于微風(fēng)條件時(shí)，有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)的集熱器平均分別高出0.9 ℃和0.6 ℃。

2.2 太陽(yáng)能集熱器得熱量

不同輻射照度、流量為60 L/h時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能集熱器的累積得熱量如圖3a所示。晴天時(shí)，8：30—14：00有保溫結(jié)構(gòu)集熱器累積得熱量以2.65 MJ/(m2h)的增速提升至 15.9 MJ/m2，之后以1.1 MJ/(m2h)的速度在16：00時(shí)增至18.6 MJ/m2；相同時(shí)間內(nèi)，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的累積得熱量遞增趨勢(shì)明顯低于前者，其平均增速約為1.42 MJ/(m2h)，到16：00時(shí)增至11.6 MJ/m2。從圖3a可見(jiàn)，陰天時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的累積得熱量遞增趨勢(shì)緩慢，并且在15：00時(shí)開(kāi)始遞減，其平均增速約為0.43 MJ/(m2h)，16：00時(shí)，累積得熱量?jī)H為3.6 MJ/m2，較晴天條件下低80.6%。此時(shí)，試驗(yàn)期間無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的累積得熱量一直為負(fù)值，16：00時(shí)為-13.7 MJ/m2，比有保溫結(jié)構(gòu)集熱器低84.0%。由圖4a可知，陰天時(shí)，有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量分別比晴天條件下低3.8 MJ/m2、16.8 MJ/m2，另外，在兩種條件下，前者的日有用得熱量均明顯高于后者。

圖2 不同工況條件下兩種結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能集熱器的水體升溫效果Fig.2 Water heating effect of two solar collectors under different working conditions

圖3b所示，相同天氣(晴天)條件下，當(dāng)水體流量由60 L/h升至100 L/h、120 L/h時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器在16：00時(shí)的累積得熱量分別由18.1 MJ/m2下降至17.1 MJ/m2和13.3 MJ/m2；同等流量條件下，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的累積得熱量分別由11.6 MJ/m2降至10.5 MJ/m2和8.1 MJ/m2；并且，在三種流量狀態(tài)下，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的累積得熱量比有保溫結(jié)構(gòu)集熱器分別低36.5%、39.4%和40.9%。由圖4b可知：當(dāng)水體流量由60 L/h升至100 L/h、120 L/h時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量由7.1 MJ/m2分別增至7.8 MJ/m2和11.8 MJ/m2，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量由3.1 MJ/m2分別增至5.1 MJ/m2和8.8 MJ/m2，并且有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量比無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器分別高57.7%、34.6%和24.6%。

圖3c所示，室外溫度零上時(shí)的集熱器累積得熱量一直高于溫度零下時(shí)的集熱器，15：00時(shí)，溫度零下時(shí)，有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的累積得熱量分別為16.24 MJ/m2和7.72 MJ/m2，溫度零上時(shí)，兩者的累積得熱量分別為17.53 MJ/m2和11.65 MJ/m2，此后，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器遞增趨勢(shì)減緩，截止到16:00時(shí)累積得熱量分別為17.32 MJ/m2、18.11 MJ/m2，而無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器出現(xiàn)遞減趨勢(shì)，16：00時(shí)分別降為7.54 MJ/m2、11.5 MJ/m2。由圖4c可知，當(dāng)室外溫度降低時(shí)，有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量均呈下降的趨勢(shì)，下降幅度分別為6.9%和61.3%。

圖3d所示，相同天氣(晴天)、相同流量(60 L/h)條件下，當(dāng)室外風(fēng)速由微風(fēng)變成風(fēng)速3～4級(jí)時(shí)，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的累積得熱量由11.6 MJ/m2下降至9.1 MJ/m2，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的累積得熱量由18.1 MJ/m2下降至16.4 MJ/m2。由圖4d可知，當(dāng)風(fēng)力由微風(fēng)增至風(fēng)速3～4級(jí)時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量降幅為8.3%，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量降幅為32.3%。

圖4 不同工況條件下兩種結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量Fig.4 Daily available heat gain of two collectors under different working conditions

3 討論

3.1 不同工況條件對(duì)陶瓷板太陽(yáng)能集熱器集熱效果的影響

在本研究中，不同輻射照度下(晴天、陰天條件下)的試驗(yàn)結(jié)果表明，有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)的陶瓷板太陽(yáng)能集熱器的水體升溫幅度均與輻射照度呈正比，且保溫結(jié)構(gòu)對(duì)集熱器的水體升溫幅度也有顯著影響。晴天時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體最大升溫幅度為7.6 ℃、平均升溫幅度為3.8 ℃，分別比無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器高出37.5%和28.2%，累積得熱量比后者提高36.5%，日有用得熱量比后者提高56%；陰天時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器水體平均升溫幅度為0.9 ℃，累積得熱量為11.5 MJ/m2，而無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器兩者均為負(fù)值，可見(jiàn)無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器一直處于散熱狀態(tài)，這主要是由于集熱板與外界及夾層間隙空氣產(chǎn)生對(duì)流和輻射換熱，造成了大量的熱能損失[26]。并且晴天時(shí)有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體平均升溫幅度分別比陰天時(shí)高出3.9 ℃和4.1 ℃，這說(shuō)明無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器在運(yùn)行中更易受輻射照度的制約影響。

不同水體流量下的試驗(yàn)結(jié)果表明，流量增大，陶瓷板太陽(yáng)能集熱器的水體升溫幅度降低，累積得熱量降低，日有用得熱量增加，此外，在相同流量條件下，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體升溫幅度和得熱量均低于有保溫結(jié)構(gòu)集熱器。當(dāng)水體流量由60 L/h分別升至100 L/h、120 L/h時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體平均升溫幅度分別降低43.82%和64.6%，累積得熱量降低6.1%和27.1%，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體平均升溫幅度分別降低46.7%和66.7%，累積得熱量降低10.4%和32.2%。這主要是由于流量增加，水體在集熱器中的滯留時(shí)間減小，使得水體升溫幅度減小。試驗(yàn)中，由于冬季室外溫度過(guò)低，集熱器的散熱負(fù)荷較大，且增大流量會(huì)提高集熱器換熱系數(shù)[27]，集熱器向外散失的熱量進(jìn)一步增加，使得集熱器的散熱負(fù)荷大于換熱負(fù)荷，因此當(dāng)流量增加，集熱器的累積得熱量減??；此外，有研究表明集熱器的熱損變化隨著流體流量的增加呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)，故日有用得熱量增加[28]。另從試驗(yàn)結(jié)果可知，由于無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的散熱負(fù)荷較大，流量因素對(duì)于集熱器集熱效果的影響更為明顯。綜上，在高流量條件下保溫結(jié)構(gòu)對(duì)提升太陽(yáng)能集熱器的集熱性能更有利。

不同室外溫度下的試驗(yàn)結(jié)果表明，陶瓷板太陽(yáng)能集熱器的升溫幅度與得熱量隨室外溫度的升高而增大。溫度零上和溫度零下時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的升溫幅度和累積得熱量均高于無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器，其中，溫度零上時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的最大水體升溫幅度比無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器高3.6 ℃，平均水體升溫幅度高出2.8 ℃，累積得熱量高出56.0%；溫度零下時(shí)兩者升溫幅度最大溫差為2.8 ℃，平均溫差為2.0 ℃，累積得熱量相差36.0%。另當(dāng)溫度降低時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體平均升溫幅度降低0.3 ℃，累積得熱量下降4.4%，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器水體平均升溫幅度降低1.0 ℃，累積得熱量下降34.4%。由于環(huán)境溫度主要影響集熱器的熱量損失，環(huán)境溫度升高，集熱器與環(huán)境的溫差減小，熱量損失減小，集熱器的有用熱能增加[29]。由此可以看出，室外空氣溫度會(huì)影響集熱器的集熱效果，但保溫結(jié)構(gòu)可以增強(qiáng)集熱器的集熱性能，尤其當(dāng)室外溫度較低時(shí)，其影響更為明顯，保溫結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性也更為突出。

不同風(fēng)速條件下的試驗(yàn)結(jié)果表明，陶瓷板太陽(yáng)能集熱器的水體升溫幅度和得熱量均與風(fēng)速呈反比。在微風(fēng)或風(fēng)速3～4級(jí)時(shí)，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的升溫幅度均低于有保溫結(jié)構(gòu)集熱器，兩者最大溫差分別為2.8 ℃、2.6 ℃，平均溫差分別為2.1 ℃、2.3 ℃。當(dāng)室外風(fēng)速由微風(fēng)增至風(fēng)力3～4級(jí)時(shí)，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體平均升溫幅度降低了20.4%，而有保溫結(jié)構(gòu)集熱器降低了11.2%。這主要是因?yàn)轱L(fēng)速增加，集熱器與外界空氣的對(duì)流換熱增加，散熱量增加，所以水體升溫幅度和得熱量降低。另外，當(dāng)室外風(fēng)速為微風(fēng)和風(fēng)速3～4級(jí)時(shí)，無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器比有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的累積得熱量分別低36.5%和44.4%，且風(fēng)力3～4級(jí)時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的水體升溫幅度較無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器相對(duì)平穩(wěn)，可見(jiàn)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器可以削弱風(fēng)速條件對(duì)集熱器升溫效果的影響，使得升溫效果更為穩(wěn)定。

3.2 與非寒冷期陶瓷板太陽(yáng)能集熱器水體升溫試驗(yàn)的對(duì)比分析

馬遠(yuǎn)洋等[23]開(kāi)展了非寒冷期(試驗(yàn)時(shí)間2018年5月1日—5月31日)陶瓷板太陽(yáng)能集熱器水體升溫試驗(yàn)，對(duì)比其試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)流量增加，兩個(gè)時(shí)期太陽(yáng)能集熱器的水體升溫幅度和日有用得熱量的變化趨勢(shì)一致，但累積得熱量的變化趨勢(shì)相反。分析原因，主要由于非寒冷期的室外氣溫遠(yuǎn)高于冬季室外氣溫，使得非寒冷期集熱器的集熱量大于散熱負(fù)荷，累積得熱量增加，冬季集熱器的散熱負(fù)荷大于集熱量，從而累積得熱量降低。該試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了室外溫度對(duì)陶瓷板太陽(yáng)能集熱器集熱效果影響的試驗(yàn)結(jié)果。此外，當(dāng)流量從60 L/h增至100 L/h時(shí)，非寒冷期有、無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量的增量相差20%，冬季兩種結(jié)構(gòu)集熱器日有用得熱量的增量相差80%。由此可以看出流量對(duì)無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器升溫效果的影響明顯，尤其當(dāng)氣溫較低時(shí)，其影響更為顯著。

4 結(jié)論

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以保溫結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的陶瓷板太陽(yáng)能集熱器在提升養(yǎng)殖水體溫度方面具有極大的可行性，尤其在高流量、低溫度、大風(fēng)速的條件下，保溫結(jié)構(gòu)可有效減少環(huán)境及其他變量因素對(duì)水體升溫效果的影響，提高集熱器的集熱性能。當(dāng)水體流量為120 L/h時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量比無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器高25.4%；溫度零下時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量比無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器高82.1%；風(fēng)速為3～4級(jí)時(shí)，有保溫結(jié)構(gòu)集熱器的日有用得熱量比無(wú)保溫結(jié)構(gòu)集熱器高68.2%。

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