广西大学物理科学与工程技术学院 ■ 高天天 路哲 李军 田宇 钟水库何开岩

国内外太阳能干燥的研究现状及经济性示例

广西大学物理科学与工程技术学院 ■ 高天天 路哲 李军 田宇 钟水库*何开岩

主要介绍了国内外不同类型的太阳能干燥器的研究现状及经济性示例。该研究表明，在节约能源方面，将太阳能干燥技术应用在干燥农产品方面是一种最有效的工具，也可节省大量时间，减少占用面积，提高干燥产品质量。太阳能农产品干燥系统不仅将太阳能作为其运作的能源，近期的将太阳能与其他形式辅助能源相结合的干燥研究，也是降低油耗的一种发展趋势。

太阳能干燥；国内外现状；经济性；应用前景

0 引言

晾晒干燥是用于干燥和保存农产品、食品和其他产品的一种常用、有效且经济的方法，但是无法控制外部干燥参数，如热量、水分含量、温度、空气流速等，从而导致干燥周期长、干燥速度不理想等问题；同时，刮风、杂物、雨水、昆虫、动物亦导致干燥产物的质量下降。在农产品加工、储存、运输中，产品质量与干燥周期具有重要意义。随着科技进步，传统干燥技术已无法满足当今社会发展需要，而太阳能干燥技术具有节能、环保、简单、成本低等特点，为干燥技术的研究和发展提供了有利条件。

通常依据空气流动模式、太阳能利用方式、空气运动方向、干燥产品类型、保温材料对太阳能干燥器进行分类，大致分为直接受热式、间接受热式、混合受热式3类[1]。由于不同农产品及同种农产品之间的含水量不同，如表1所示[2]，根据干燥产品的不同含水量，干燥系统通常可分为低温和高温干燥系统。

1976年，Everitt和Stanley为解决晾晒问题而首先设计了一款太阳能干燥器，即一间由透明光罩覆盖的房屋。这个想法的主要目的是提供一种解决晾晒缺陷的新的辅助改进方法(美国专利)。经过几十年研究，许多著名研究者在太阳能干燥技术方面利用自然和强制循环、辅助能源(如电力和化石燃料)等取得了一些改进，以达到理想的干燥效果[3]。

1 太阳能干燥技术的研究现状

1.1 国外研究现状

太阳能干燥器几乎不受外界条件干扰，并且可确保所需的产品质量，是一种有效、廉价且安全的对农产品和食品的干燥方法。早在1974年和1975年，美国就开始研究利用太阳能来干燥谷物等农产品；特别是在上世纪70年代第二次能源危机后，世界各国相继加大了在太阳能干燥技术科研、应用、推广方面的投资力度，尤其是在欧美地区，例如“百万屋顶计划”“1000屋顶计划”“全国太阳能屋顶计划”等；而目前推广及应用主要集中在热带、亚热带地区[4]。表2为国外研究人员对于太阳能干燥器的研究。

表1 农业和食品商品的含水量范围[2]

表2 太阳能干燥器方面的研究概况

1.2 国内研究现状

我国在农副产品干燥领域应用太阳能干燥技术处于应用推广起步阶段，但随着化石燃料日益紧缺与利用新能源意识的不断增强，自1975年以来，各地先后建立了各种中、小型太阳能干燥试验装置；然而由于初期对太阳能干燥的规律及机理缺乏系统的基础性研究，这些装置具有技术水平低、开发研究重复、设计不合理等特点。自“七五”国家计划将太阳能干燥与利用列为我国重点科研项目后，其应用研究较快，尤其是在干燥农副产品、木材、中药、茶叶、植物茎叶、污泥等物质的研究应用方面，已取得一定成果，

并已有部分应用研究投放市场，且太阳能干燥示范装置已先后在全国范围内建成百余座。目前，全国采光面积已累计近10万m2，在社会、经济、环境方面获得了较大的进步。

目前，我国进行太阳能干燥基础研究和开发应用的机构有中科院广州能源研究所、中科院工程热物理研究所、北京市太阳能研究所有限公司(原“北京市太阳能研究所”)、上海市能源研究所、清华大学、天津大学、中国科技大学、浙江大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学、北京林业大学、华中理工大学、云南师范大学、江苏大学、上海机械学院、青岛建筑工程学院等。近几年国内研究人员的研究如表3所示。

表3 太阳能干燥器方面的研究概况

2 太阳能干燥器技术经济性示例

太阳能干燥器的技术经济分析是分析优化干燥系统设计技术可行性的重要环节。这种分析取决于许多因素，如干燥产品的物理特性、干燥的气候条件、设计的有效性、系统效率、操作和维护成本。就目前所知，晾晒干燥或其他传统干燥方法的成本是非常低或无成本的，但其干燥产品的质量很差，无法满足市场竞争的标准；而另一方面，太阳能干燥器已被证明是一种高效的干燥装置，具有操作简单、产品质量高、投资成本少的特点。不同研究者进行的技术经济研究结果如表4所示，在100 kg容量的太阳能干燥器中干燥各种产品的单位成本如表5所示[31]，太阳能干燥器与干燥产品的重要参数如表6所示。

表4 各种太阳能干燥器的技术经济研究

表5 在100 kg容量的太阳能干燥器中干燥各种产品的单位成本[31]

表6 太阳能干燥器与干燥产品的重要参数涉及到的参数

3 太阳能干燥器应用前景

3.1 太阳能干燥器的优势

常规干燥方法在质量、精度、容量、经济性和操作性等方面都存在严重的缺点，干燥期间的损失估计为发展中国家总产量的30%～40%。太阳能干燥器克服了传统干燥方法的瓶颈，大幅度缩短干燥时间、提高产品质量、减少初期投资、缩短资金回收期；并且通过辅助装置可实现对干燥环境的精确控制，从而不受外界环境条件的影响；通过精确控制干燥参数可实现自动控制干燥系统，从而进行工业化、商业化干燥，在不同天气条件下获得理想的、较高的干燥效率与产品质量。

3.2 太阳能干燥器的局限性

1)太阳能干燥器受限于太阳能的日照时长与天气情况。在没有辅助装置控制，只以太阳能为能量来源时，干燥室内的温度较低、温度浮动大且夜间无法进行干燥，导致间歇性干燥、干燥周期长。

2)不同农产品及同种农产品之间的含水量不同，且在干燥产品的不同含水量下，干燥所需的最适干燥环境不同。依据文献，仅依靠太阳能很难获得最佳干燥温度，尤其是在季节温差较大的地区，难以实现全年高效干燥。

3)太阳能干燥器的初期投入成本与干燥效率随辅助设备的增加而增加，投资回收期也随之增长。尤其在发展中国家，初期投入与生活压力成正比，阻碍工业化、高效化的干燥进程。

3.3 太阳能干燥器应用前景

依据文献，在各种类型的太阳能干燥器中，间接式强制对流干燥器在干燥速率和干燥品质方面十分优越。由于较高的干燥速率和能源效率，适合于低太阳辐射和高湿度气候区。由于太阳能空气集热单元是间接式太阳能干燥器最重要的部分，因此，提高系统的干燥性能是显著的改进。在此方面已取得一定的研究成果，如热空气再循环，太阳能空气集热单元的V形波纹和翅片板、太阳能干燥系统与相变材料(如石蜡、盐水合物等)的集成进行潜热或显热存储，从而在低太阳辐射量和夜间保持太阳能干燥器的干燥性能，减少在复杂气象条件下对辅助加热装置的需求，显著改善干燥过程的经济性。

我国地大物博，尤其在中西部地区，农产品资源丰富，特别是在以农产品种植为主的地区，农产品加工产业可以促进地方经济的发展。在农产品加工过程中，产品干燥是其中最重要的环节之一。提高干燥效率与干燥产品质量，可缩短干燥周期，便于产品的加工、运输、贮藏和使用；同时可提高农副产品干燥工艺的技术含量，从而提高产品的附加值，使产品的更具竞争力，形成支柱产业。因此，在农副产品干燥方面，高效节能的太阳能干燥器的应用前景十分广阔。

4 结束语

上述国内外应用研究所获得的成果、在农副产品生产方面的推广应用及经济性示例，表明太阳能干燥系统具有广阔的应用前景，值得大力开发。目前，我国在农副产品干燥领域应用太阳能干燥技术仍处于应用推广起步阶段，尤其当下国家政策倡导节能减排，更应优先研究开发并推广。就目前研究而言，还有诸多方面需要改进，尤其是在实用性、自动化与工业化等方面。同时，在

太阳能干燥系统、太阳能集热与辅热系统结合优化设计、太阳能干燥农副产品的应用及其自动控制系统的优化设计等课题，还需深化研究及推广，从而更好地满足农副产品干燥的现代工业化发展需求。

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2016-05-16

钟水库(1967—)，男，工学博士，主要从事太阳能光热利用方面的研究。zhongshuiku@163. com