第四节 太阳灶

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1、2.4太阳灶2.4.1概述太阳灶是利用太阳辐射能，通过聚光、传热、储热等方式获取热量进行炊事烹饪食物的一种装置。据统计，一台截光面积2m2的聚光太阳灶，每年可节省也1t左右的农作物秸秆。1956年上海诞生中国第一台太阳灶，目前太阳灶有上百万台，是世界上推广应用最多的国家。2.4.2太阳灶的性能满足烧开水、煮饭及煎、炒、蒸、炸的功能。满足炊事人员操作的方便，如锅灶的高度，它与人体的距离，以及便于定时调整角度和方位。耐候和抗风载等性能。2.4.3太阳灶的结构类型箱式太阳灶聚光式太阳灶综合型太阳灶箱式太阳灶蒸、煮食物可以放在箱内预制好的木架或铅丝弯成的托架上。使用时，将箱体盖

2、板与太阳光垂直方向放置，预热一定时间后，使箱内温度达100℃时，即可放入食物，箱子封严后即开始蒸煮食物，使用时要进行几次箱体角度的调整，一般1～2h后即熟。箱式太阳灶可以用于蒸馒头、包子、焖米饭、炖肉等。还可以用来蒸煮医疗器具和消毒灭菌。箱式聚光太阳灶设计较为精巧，打开为太阳灶，合起来为一箱体，携带、保管方便，能明显延长反光材料的寿命。但由于聚光度低，功率有限，箱温不高，只能适合于蒸煮食物，而且时间较长，而且结构复杂，维修不便，价格较贵等原因，应用的还不是很多。聚光式太阳灶聚光太阳灶是利用抛物面聚光的特性，大大提高了太阳灶的功率和聚光度，使锅圈温度可达500℃以上，大大

3、缩短了炊事作业时间。聚光式太阳灶又可以根据聚光方式的不同，分为旋转抛物面太阳灶、球面太阳灶、抛物柱面太阳灶、圆锥面太阳灶和菲涅耳聚光太阳灶等。其中，由于旋转抛物面太阳灶具有较强的聚光特性、能量大，可获得较高的温度，因此使用最广泛。综合型太阳灶综合型太阳灶是将箱式太阳灶和聚光太阳灶具有的优点加以综合，并吸收真空集热管技术、热管技术研发的不同类型的太阳灶。热管真空管太阳灶。利用热管真空管和箱式太阳灶的箱体结合起来形成热管真空管太阳灶。1—散热片2—蓄热材料3—绝热箱4—热管真空集热管2.4.4聚光太阳灶工作原理聚光太阳灶是一种是用最广泛，效果最好的太阳灶。我国目前推广的上百

4、万太阳灶，基本上都是抛物面聚光太阳灶。下面介绍的太阳灶就是抛物面聚光太阳灶。抛物面聚光太阳灶是利用旋转抛物面的聚光原理，经镜面反射把阳光汇聚到锅底，形成一个炽热的光团，温度可达400~1000℃以上，同普通炉灶一样，能满足一般家庭的炊事要求。聚光原理抛物线方程：X2=4fY。（F抛物线的焦点；O抛物线的顶点；FO距离为焦距f；直线FO对称轴）抛物线绕着它的主光轴旋转一周，就形成了抛物面。平行光线沿主光轴的方向射入都能将入射光汇聚到主光轴的焦点上。理论太阳影像太阳光照射到地球表面有一个很小的夹角（2δ），对太阳灶使用影响不大。但是这个夹角对于太阳灶来说，即使你的太阳灶抛物

5、面做的再精确，它在焦点上的反射光也不是一个点而是一个放大了的有着一定直径的光团，它是理论上的太阳影像。太阳与地球的几何关系2.4.5太阳灶灶面轮廓的设计理论偏轴太阳灶的设计概念太阳灶抛物面的分区从图中我们可以看到一个完整的抛物面可分为三个区，即I、II、III三个区，I区地反射光不能全部照在锅底，在太阳偏低时，它的部分反射光甚至会照在锅盖上；II区的反射光可以照在锅底，比I区要好得多；最好的区为III区，显然，太阳灶灶面的正确选择首先要选III区，其次是与III区相邻的II区的一部分。这样选取的太阳灶。它的主光轴不在灶面几何形状的中心，而是偏向一边，故叫偏轴或偏抛太阳灶

6、。三圆作图法图示为一张用三圆作图法绘制的采光面轮廓图，它是由三个圆的四条圆弧组成，这三个圆的圆心分别为O1、O2、O3、三个圆的半径分别为R1、R2、R3，只要求出这三个圆的圆心和半径，就能画出采光面轮廓图。太阳高度角：太阳的光线与地平面的夹角。用和来表示太阳高度角的最大值和最小值。它表示在太阳灶的使用中，即太阳升起到日落的过程中，在什么样的太阳高度角范围内使用太阳灶。在我国一般在20°~80°范围内使用，低于20°时，太阳辐射受到很大程度的衰减，阳光的直接辐射值降低了，使用太阳灶的效果就不佳。最大太阳高度角计算公式：太阳高度角示意图最小太阳高度角的选择要根据当地海拔高

7、度、大气透明度及当地习俗酌情加减，如西藏，海拔高、大气透明度好，且有早餐使用太阳灶的要求，太阳最低高度角可选择为15°。相反一些低海拔、高湿度地区、空气混浊，在太阳高度角为20°时，使用效果仍不理想，就可把太阳高度角定为25°，所以最小太阳高度角定为20°，并可根据当地气象条件作±5°的加减。太阳高度角每时每刻都在发生变化，任何时刻的太阳高度角，可以通过下面公式求出：投射角θ投射角是指反射光线与锅底平面的夹角。考虑到在操作方便的情况下，尽可能增大采光面积，θ可以取值的范围是15°~20°。要说明的是，投射角过小，锅底对反射光的吸收率变低，