箱型太阳能烹煮器设计原则

　

By Mark Aalfs, Solar Cookers International

e-mail: aalfs@yahoo.com

　

翻译：永续地球工作网 (台湾)
　

这份文章的基本目的是将几个设计箱型太阳能烹煮器的基本原则做个简要的整理

虽然有更多的用途已逐渐地被开发，但是人们使用太阳能烹煮器之主要目的还是为了要烹煮食物和消毒饮用水。人们使用太阳能烹煮器的原因受到下列因素的影响：制作材料的取得、传统燃料的取得、气候、食物的偏好、文化因素及技术能力等。

如果可以了解有关太阳能的基本原理并知道取得简易材料的方法，如厚纸板、铝箔纸和玻璃，这样就可以制作一个很有效的太阳能烹煮器了。这份文章将箱型太阳能烹煮器的一些基本设计原则列出，同时也举出了很多可以利用的制作材料。

这些原理以一般的说法呈现，如此也可以被使用在更广泛的设计问题上。无论是因为需要煮食，消毒饮用水或是将鱼或谷类烘干；太阳能、热能传输或是材料运用的基本原理都可以派上用场。我们期待看到更多材料和技术可以被直接用来使用太阳能。

以下是和设计或修正太阳能烹煮器有关的一般概念；

热能原理

箱型太阳能烹煮器的基本目的是为了要将东西加热，如煮食、净化水质及消毒用具等。

箱型太阳能烹煮器之所以可以烹煮食物是因为箱子的内部因太阳能而加热。阳光，以直接或反射的方式，透过玻璃或塑料盖照入箱子内。阳光一但被深色的吸收板或是锅子吸收就会转变成热能。这样的热能会让箱型的太阳能烹煮器一直加热，直到烹煮器所丧失的热能和所吸收的热能相等为止。要获得足够的温度以便煮食或是消毒饮用水是非常容易的。

假设两个箱子具有相等保热能力,可以获得比较多阳光，或是透过反射板而吸收到更多阳光的那个，内部会比较热。

假设两个箱子具有相等热能吸收力, 热能保存能力比较好的那个--如有较好的隔离层、底部及盖子—内部的温度会比较高

下列的加热原则要优先考虑：

　

A.   获热能力

温室效应：这个效应导因于在一个密闭的空间中，阳光可以透过透明的材料如玻璃或是塑料照入箱子内。可见光可以很容易穿透过玻璃。然后再被密闭空间中的材料吸收及反射。

	被深色锅子或是锅子下面的深色吸收板吸收的光能，可以转变成较长波的热能，然后再经由内部材料散发出来。这种辐射热因为波长较长，所以不能再透过玻璃散射出去，因此就可以留在密闭空间中了。 反射光若不是被密闭空间中其它的材料所吸收，要不就是因为无法改变波长，所以又透过玻璃再散射出去。 对太阳能烹煮器来说，很重要的一点就是因为热能都是被深色金属吸收板所吸收，然后再导热给锅子以用来加热或是煮食。
	玻璃导向：玻璃越直接面对阳光，所获得的太阳能越多。图一和图二的玻璃面积虽然和箱子一样大，但是因为图二的玻璃比图一更直接面对太阳，所以它可以吸收到更多的阳光。但图二同时也有较多的墙面，所以散热也会以较快。
	反射板，额外的获取：单个或多个反射板可以让更多的阳光穿透过玻璃而进入箱内。这些额外的阳光可以让锅内的温度更高。

　

　

B.   散热力

温度动力学的第二法则是热能会永远从热的地方流到冷的地方。箱型太阳能烹煮器内的热能主要有三个散热的方式：导热、辐射及对流

导热

炉上的金属平底锅手把之所以会热是因为透过平底锅的金属材质将火所产生的热传导给它。相同的，在箱型烹煮锅内的热能流失，也是因为透过铝箔纸、玻璃、厚纸板、空气及隔离层的分子将热气传导到外面。

加热过的空气有可能会经由缝隙流失

图六太阳能吸热板将热能传导到锅子的底部。为了防止因透过锅子底部导热时所产生的热能丧失，可以放一个小的隔离层，将吸热板垫高。如图六所示 辐射：举凡所有热的东西，不论是火、炉子或锅子，甚或是太阳能烹煮器中的食物都会在四周产生热波或是辐射的热能。这些热波是透过空气或是空间辐射出去。大部份的辐射能都是经由在太阳能烹煮器中的热锅散射出去，再经由铝箔或是玻璃将它反射到锅子或底下的盘子。虽然透明的玻璃可以将大部份的热留住，不过有很多热能也是因此而流失。玻璃撷取辐射热的能力比大部份的塑料强。 对流：空气分子透过箱子的缝隙流通，它们也对流。箱内加热过的空气分子会流失，主要都是透过盖子的缝隙，或是像『烤箱门』的四周，或是因为做的不好所造成。外面的冷空气也是因为以上的原因而进入箱内。

C. 保热力

随着箱型太阳能烹煮器所使用的隔璃层材料之密度及重量的增加，烹煮器保热的能力也跟着提升许多。箱子内部所使用之较重的材料包含石头、砖头、很重的平底锅、水，或是很重的食物，因为它们的保热力比较大，所以也需较久的时间来加热。因为射进来的能源被这些重量级的材料以热能的方式储存，所以箱内空气的加热因此也缓慢许多。

这些密度大的材料被加热后，会在箱内逐渐将热气散出，因此太阳下山后，可以有较长的保温时间。