太阳能干燥的应用

初乐 赵岩 杨若因 葛邦国 马超 吕绪强

太阳能干燥的应用

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（1.中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东 济南 250014；2. 青海大学土木工程学院，青海 西宁810000 ）

本文主要介绍了太阳能干燥的优势及其在国内外的利用状况，并对我国太阳能资源的应用及发展进行了展望。

太阳能干燥；优势；利用状况；展望

1、概况

能源是人类赖以生存的五大要素之一，是国民经济和社会发展的重要战略物资。现今世界能源结构中所利用的能源主要仍是煤炭、石油、天然气，这些常规能源的大量开发和使用，已造成了严重的大气污染和生态环境的破坏。从环境保护和全球可持续发展的战略出发，新能源和可再生能源的开发和利用已经成为一个全球性的重大课题。在我国是指除常规能源和大型水利发电之外的生物质能、风能、太阳能、小水电、海洋能、地热能、氢能等能源资源。

据国外有关资料报道，用于工农业生产干燥作业的能耗要占国民经济总能耗的5%-10%。2001年我国的总能耗为13.2亿吨标准煤，若以此计算则我国每年用于工农业生产干燥的能源约为0.66-1.32亿吨标准煤。

太阳能干燥(solar drying )是以太阳能代替常规能源来加热干燥介质（最常用的是空气)的干燥过程，通过热空气与湿物料接触并把热量传递给湿物料，使其水分汽化并被带走，从而实现物料的干燥。它与自然干燥的不同之处在于，后者被干燥物的温度升高，仅仅靠直接吸收太阳辐射，同时干燥物周围的温度仍然是环境温度。尽管自古以来，人们就已利用太阳光干燥农产品，然而对太阳能干燥技术的研究仅仅从20世纪50年代末才开始。

2、太阳能干燥的优势

2.1 与自然干燥相比

(1)较大幅度的缩短干燥时间

(2)提高产品质量

对于产品质量问题，在过去并不引起人们的关注，这主要是因为过去不同质量的产品价位差小，营养、健康没有受到关注。

不同的物料有不同的最佳干燥温度范围。谷物、蔬菜种子、粮食、果品、药材等物料一般都要求温度在40～65℃范围之内，温度太高会影响产品质量和营养价值。例如，种子粮表面温度不允许高于45℃，否则影响出芽率。不少碳水化合物，都不宜超过110℃，否则会发生糊化或焦化，影响物料品质。在太阳能干燥过程中，一般干燥温度不会超过80℃，更多为60℃左右，这样的干燥温度对一般食品和副食品物料都比较适宜，且不会对食品的品质造成很大影响，保持其原有的特性。

此外，各种太阳能干燥装置都采用专门的干燥室，可避免灰尘、降雨等污染和危害，且干燥温度较自然干燥高，具有杀虫灭菌的作用。

2.2 与常规能源干燥相比

(1)节省燃料

干燥一吨农副产品，要消耗1吨以上的原煤。目前大多采用农民自制的土烤房进行干燥，能耗很大，若采用太阳能干燥则节能效果非常明显。

(2)保护环境

我国大气污染严重，40%的国土面积已有酸雨，这主要源于煤，石油等燃烧后的废气排放。采用太阳能干燥工农业产品，在节约化石燃料的同时，又可以缓解环境压力。

(3)运行费用低

在设备运行时，采用常规能源的机械干燥设备其燃料的费用是很高的。若采用太阳能干燥，设备投资二者相差不大，但是其运行时利用的是免费的太阳能资源，可节约大量运行费用。此外，太阳能干燥装置各部分工作温度属中低温，安全可靠，而使用燃料的机械干燥装置还存在安全隐患。

3、国内外太阳能干燥的利用状况

3.1 国外利用状况

利用太阳能干燥技术的研究和推广应用工作，已在世界上许多国家展开，主要有美国、英国、法国、德国、加拿大、澳大利亚、新西兰和日本等国。20世纪50年代，美国等国家就利用太阳能进行谷物干燥并进行了深入研究。七八十年代，美国、德国、英国、法国等发达国家就在本国和一些发展中国家建立了不同规模的太阳能干燥试验装置，初期以小型为主，也有较大规模的太阳能干燥系统。在美国太阳能干燥设备已有一定批量的商业性生产，受到小型干燥用户的欢迎。印度、泰国、印度尼西亚等国也有小批量的商业性应用，然而在欧洲商业性的太阳能干燥室则较少。

太阳能干燥的推广应用大部分在热带和亚热带国家如南非、斐济、乌干达、尼日利亚、巴西、菲律宾、泰国、印度、印度尼西亚、孟加拉国及中国(包括台湾省)等。泰国早在20世纪80年代就推广使用一种太阳能干燥器烘干谷物，在非收获季节还可以用于干燥胡椒、辣椒、咖啡豆、小虾等,全年都可利用。泰国采用太阳能作为辅助能源与常规能源配合干燥烟叶，试验证明，能有效地节约30%～40%的常规能源。甚至在马来西亚这样的高温多雨地区也在推广使用简易廉价的太阳能干燥装置，因为太阳能干燥装置成本低，易于制造，可以较好地解决谷物一年三熟的干燥问题。印度研制了太阳能与烟气联合的谷物干燥机，还有用于干燥胡椒的太阳能干燥房，效果很好；此外，印度在烟草和马铃薯等农作物方面，也在推广太阳能干燥。印度尼西亚的太阳能干燥多数为温室型，也有用木屑作燃料加热水作辅助能源的组合干燥装置，干燥对象主要是谷物等农作物。

据相关报道，国外已建成一批采光面积超过500m2的大型太阳能干燥器，其中美国4座、印度2座、阿根廷1座。这标志着太阳能干燥在世界上已经进入生产应用阶段。由于全球能源和环境问题日益突出太阳能干燥技术的应用近年来有较大的发展。

3.2 国内利用状况

我国对太阳能热利用研究起步较晚。大规模的研究工作从1975年才逐渐开始。早期的研究对理论研究重视不够，对太阳能干燥原理掌握不透彻，缺乏系统的基础性研究，所设计的干燥器及系统不尽完善，干燥试验装置存在低水平重复现象。80年代以前，中国只有4座太阳能干燥装置，总采光面积仅有183m2。但80年代以后温室型太阳能干燥器发展较快，由于这种干燥器结构简单，造价低廉，在山西、河北、河南、北京、广东等地的农村很快发展起来。80年代中期，中国已有70余座太阳能干燥装置，采光面积超过5000m2。尤其在山西省，就建成了10多座这种类型的干燥器,用于干燥红枣、黄花菜、棉花等。

但20世纪90年代中后期，对太阳能干燥的研究应用进入了低谷，原因主要有：当时社会各界对节能与环境保护的重视力度不够，且中国农产品加工业尚处于起步阶段，对太阳能干燥农产品的需求不大；中国太阳能丰富地区往往是经济落后、科技不发达地区，缺乏开发太阳能干燥装置的资金和技术支持；人们对产品质量重视不够，缺乏改善产品质量的动力。

近10年来，由于能源、环境形势的影响，中国太阳能干燥技术的应用又有了较大的发展，开展了谷物、水果蔬菜、木材、中草药、茶叶、鲜花、植物叶片、食品(如鱼、腊肠等)、天然橡胶、污泥等物质的太阳能干燥试验和应用研究，以及各类干燥设备的开发与研制，并取得了一些科研成果，有的已经将这些新技术投放市场，进入了技术应用的推广阶段。

从太阳能干燥装置的规模而言，中国的太阳能干燥多数是采光面在200m2以下的中小型，尤其以小型居多。近20年来，中国太阳能干燥应用研究经历了一个由浅入深，由简单的小试到较完善的生产试验的过程而发展起来。据不完全统计，到目前为止已建各种类型的太阳能干燥装置200多座，总采光面积近2万m2，广泛地应用于工农业生产的干燥作业，取得了较好的经济效益和社会效益。

4、应用前景

随着社会的不断进步和发展，在生活水平提高的同时，人们对自身健康的重视加大，且在环境和能源的双重压力下，太阳能干燥的前景广阔。欧洲、美国、日本、澳大利亚等发达国家在这方面做了大量工作，发展中国家的印度，甚至落后国家的新几内亚、孟加拉国等都有成功的例子，这些都值得我们借鉴。

就我国而言，农产品及生物资源丰富，物种多样，特别是在广大的西部地区，这些地区的经济增长主要依赖于农副产品的开发及利用。在市场竞争激烈的今天，要提高市场占有率，则需要改善其品质，增加技术含量。干燥作为其中的关键工艺之一，常规能源干燥投资大，需消耗大量能源致使产品成本增高，并造成不同程度的环境污染。相反，一般农产品要求的干燥温度比较低，大约在40～55℃之间，正好与太阳能热利用领域中的低温热利用相匹配，且具有缩短干燥周期、提高产量质量等优势。因此，利用太阳能干燥农副产品，具有广阔的发展前景。

总体而言,国内太阳能干燥在食品领域的应用还处于起步阶段,实用性、自动化和工业化是太阳能应用的发展方向。目前研制太阳能干燥装置的难点是提高干燥过程中热能的利用率。现在大部分干燥装置都缺少废热空气的回收利用,造成热量浪费,这同样是我们研究努力的方向。