太陽能干燥的應用

初樂 趙巖 楊若因 葛邦國 馬超 呂緒強

太陽能干燥的應用

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（1.中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東 濟南 250014；2. 青海大學土木工程學院，青海 西寧810000 ）

本文主要介紹了太陽能干燥的優勢及其在國內外的利用狀況，并對我國太陽能資源的應用及發展進行了展望。

太陽能干燥；優勢；利用狀況；展望

1、概況

能源是人類賴以生存的五大要素之一，是國民經濟和社會發展的重要戰略物資。現今世界能源結構中所利用的能源主要仍是煤炭、石油、天然氣，這些常規能源的大量開發和使用，已造成了嚴重的大氣污染和生態環境的破壞。從環境保護和全球可持續發展的戰略出發，新能源和可再生能源的開發和利用已經成為一個全球性的重大課題。在我國是指除常規能源和大型水利發電之外的生物質能、風能、太陽能、小水電、海洋能、地熱能、氫能等能源資源。

據國外有關資料報道，用于工農業生產干燥作業的能耗要占國民經濟總能耗的5%-10%。2001年我國的總能耗為13.2億噸標準煤，若以此計算則我國每年用于工農業生產干燥的能源約為0.66-1.32億噸標準煤。

太陽能干燥(solar drying )是以太陽能代替常規能源來加熱干燥介質（最常用的是空氣)的干燥過程，通過熱空氣與濕物料接觸并把熱量傳遞給濕物料，使其水分汽化并被帶走，從而實現物料的干燥。它與自然干燥的不同之處在于，后者被干燥物的溫度升高，僅僅靠直接吸收太陽輻射，同時干燥物周圍的溫度仍然是環境溫度。盡管自古以來，人們就已利用太陽光干燥農產品，然而對太陽能干燥技術的研究僅僅從20世紀50年代末才開始。

2、太陽能干燥的優勢

2.1 與自然干燥相比

(1)較大幅度的縮短干燥時間

(2)提高產品質量

對于產品質量問題，在過去并不引起人們的關注，這主要是因為過去不同質量的產品價位差小，營養、健康沒有受到關注。

不同的物料有不同的最佳干燥溫度范圍。谷物、蔬菜種子、糧食、果品、藥材等物料一般都要求溫度在40～65℃范圍之內，溫度太高會影響產品質量和營養價值。例如，種子糧表面溫度不允許高于45℃，否則影響出芽率。不少碳水化合物，都不宜超過110℃，否則會發生糊化或焦化，影響物料品質。在太陽能干燥過程中，一般干燥溫度不會超過80℃，更多為60℃左右，這樣的干燥溫度對一般食品和副食品物料都比較適宜，且不會對食品的品質造成很大影響，保持其原有的特性。

此外，各種太陽能干燥裝置都采用專門的干燥室，可避免灰塵、降雨等污染和危害，且干燥溫度較自然干燥高，具有殺蟲滅菌的作用。

2.2 與常規能源干燥相比

(1)節省燃料

干燥一噸農副產品，要消耗1噸以上的原煤。目前大多采用農民自制的土烤房進行干燥，能耗很大，若采用太陽能干燥則節能效果非常明顯。

(2)保護環境

我國大氣污染嚴重，40%的國土面積已有酸雨，這主要源于煤，石油等燃燒后的廢氣排放。采用太陽能干燥工農業產品，在節約化石燃料的同時，又可以緩解環境壓力。

(3)運行費用低

在設備運行時，采用常規能源的機械干燥設備其燃料的費用是很高的。若采用太陽能干燥，設備投資二者相差不大，但是其運行時利用的是免費的太陽能資源，可節約大量運行費用。此外，太陽能干燥裝置各部分工作溫度屬中低溫，安全可靠，而使用燃料的機械干燥裝置還存在安全隱患。

3、國內外太陽能干燥的利用狀況

3.1 國外利用狀況

利用太陽能干燥技術的研究和推廣應用工作，已在世界上許多國家展開，主要有美國、英國、法國、德國、加拿大、澳大利亞、新西蘭和日本等國。20世紀50年代，美國等國家就利用太陽能進行谷物干燥并進行了深入研究。七八十年代，美國、德國、英國、法國等發達國家就在本國和一些發展中國家建立了不同規模的太陽能干燥試驗裝置，初期以小型為主，也有較大規模的太陽能干燥系統。在美國太陽能干燥設備已有一定批量的商業性生產，受到小型干燥用戶的歡迎。印度、泰國、印度尼西亞等國也有小批量的商業性應用，然而在歐洲商業性的太陽能干燥室則較少。

太陽能干燥的推廣應用大部分在熱帶和亞熱帶國家如南非、斐濟、烏干達、尼日利亞、巴西、菲律賓、泰國、印度、印度尼西亞、孟加拉國及中國(包括臺灣省)等。泰國早在20世紀80年代就推廣使用一種太陽能干燥器烘干谷物，在非收獲季節還可以用于干燥胡椒、辣椒、咖啡豆、小蝦等,全年都可利用。泰國采用太陽能作為輔助能源與常規能源配合干燥煙葉，試驗證明，能有效地節約30%～40%的常規能源。甚至在馬來西亞這樣的高溫多雨地區也在推廣使用簡易廉價的太陽能干燥裝置，因為太陽能干燥裝置成本低，易于制造，可以較好地解決谷物一年三熟的干燥問題。印度研制了太陽能與煙氣聯合的谷物干燥機，還有用于干燥胡椒的太陽能干燥房，效果很好；此外，印度在煙草和馬鈴薯等農作物方面，也在推廣太陽能干燥。印度尼西亞的太陽能干燥多數為溫室型，也有用木屑作燃料加熱水作輔助能源的組合干燥裝置，干燥對象主要是谷物等農作物。

據相關報道，國外已建成一批采光面積超過500m2的大型太陽能干燥器，其中美國4座、印度2座、阿根廷1座。這標志著太陽能干燥在世界上已經進入生產應用階段。由于全球能源和環境問題日益突出太陽能干燥技術的應用近年來有較大的發展。

3.2 國內利用狀況

我國對太陽能熱利用研究起步較晚。大規模的研究工作從1975年才逐漸開始。早期的研究對理論研究重視不夠，對太陽能干燥原理掌握不透徹，缺乏系統的基礎性研究，所設計的干燥器及系統不盡完善，干燥試驗裝置存在低水平重復現象。80年代以前，中國只有4座太陽能干燥裝置，總采光面積僅有183m2。但80年代以后溫室型太陽能干燥器發展較快，由于這種干燥器結構簡單，造價低廉，在山西、河北、河南、北京、廣東等地的農村很快發展起來。80年代中期，中國已有70余座太陽能干燥裝置，采光面積超過5000m2。尤其在山西省，就建成了10多座這種類型的干燥器,用于干燥紅棗、黃花菜、棉花等。

但20世紀90年代中后期，對太陽能干燥的研究應用進入了低谷，原因主要有：當時社會各界對節能與環境保護的重視力度不夠，且中國農產品加工業尚處于起步階段，對太陽能干燥農產品的需求不大；中國太陽能豐富地區往往是經濟落后、科技不發達地區，缺乏開發太陽能干燥裝置的資金和技術支持；人們對產品質量重視不夠，缺乏改善產品質量的動力。

近10年來，由于能源、環境形勢的影響，中國太陽能干燥技術的應用又有了較大的發展，開展了谷物、水果蔬菜、木材、中草藥、茶葉、鮮花、植物葉片、食品(如魚、臘腸等)、天然橡膠、污泥等物質的太陽能干燥試驗和應用研究，以及各類干燥設備的開發與研制，并取得了一些科研成果，有的已經將這些新技術投放市場，進入了技術應用的推廣階段。

從太陽能干燥裝置的規模而言，中國的太陽能干燥多數是采光面在200m2以下的中小型，尤其以小型居多。近20年來，中國太陽能干燥應用研究經歷了一個由淺入深，由簡單的小試到較完善的生產試驗的過程而發展起來。據不完全統計，到目前為止已建各種類型的太陽能干燥裝置200多座，總采光面積近2萬m2，廣泛地應用于工農業生產的干燥作業，取得了較好的經濟效益和社會效益。

4、應用前景

隨著社會的不斷進步和發展，在生活水平提高的同時，人們對自身健康的重視加大，且在環境和能源的雙重壓力下，太陽能干燥的前景廣闊。歐洲、美國、日本、澳大利亞等發達國家在這方面做了大量工作，發展中國家的印度，甚至落后國家的新幾內亞、孟加拉國等都有成功的例子，這些都值得我們借鑒。

就我國而言，農產品及生物資源豐富，物種多樣，特別是在廣大的西部地區，這些地區的經濟增長主要依賴于農副產品的開發及利用。在市場競爭激烈的今天，要提高市場占有率，則需要改善其品質，增加技術含量。干燥作為其中的關鍵工藝之一，常規能源干燥投資大，需消耗大量能源致使產品成本增高，并造成不同程度的環境污染。相反，一般農產品要求的干燥溫度比較低，大約在40～55℃之間，正好與太陽能熱利用領域中的低溫熱利用相匹配，且具有縮短干燥周期、提高產量質量等優勢。因此，利用太陽能干燥農副產品，具有廣闊的發展前景。

總體而言,國內太陽能干燥在食品領域的應用還處于起步階段,實用性、自動化和工業化是太陽能應用的發展方向。目前研制太陽能干燥裝置的難點是提高干燥過程中熱能的利用率。現在大部分干燥裝置都缺少廢熱空氣的回收利用,造成熱量浪費,這同樣是我們研究努力的方向。