太阳能干燥技术

太阳能干燥技术1.引言能源是经济建设和社会发展的重要物质基础，随着我国经济的快速增长和人民生活水平的不断提高，对能源的需求也随之递增。

目前中国已经是世界第二大能源消费国，其用量相当于美国的1/3。

但中国人口众多，人均资源不足世界平均水平的一半，要实现2020年国内生产总值比2000年翻两番的目标，全国能源消耗至少比2000年翻一番，能源的供需矛盾将进一步加剧。

而且煤、石油、天然气等常规能源是不可再生，并最终面临枯竭的能源。

同时随着能源需求迅速增长，由此造成的环境污染也日趋严重，我国正面临着前所未有的能源与环境的双重巨大压力。

我国能源利用率低，单位GDP能耗是世界平均水平的3倍。

为发达国家的4-6倍，美国的3.5倍，日本的10倍。

据有关专家估计，如果把中国的环境污染因素考虑在内，国民生产总值GDP大约将下降两个百分点，因为要清除空气中的污染物大约是所需燃料费用的10倍左右[1、2]。

大气污染的日益加剧不仅给国民经济造成了巨大损失，也给人民生活与健康带来了巨大危害。

据世界银行评估，环境污染所致疾病造成的损失占中国GDP的2％-3％，每年有40万人因空气污染而过早死亡，全国还有不少的人喝着受不同程度污染的水[3]。

2006年4月国务院总理温家宝主持召开的国家能源领导小组会议上指出[4]：能源问题关系我国经济发展、社会稳定和国家安全。

必须坚持开发与节约并重、把节约放在首位的方针，采取更加有力的措施全面推动能源节约，大力发展可再生能源[5]。

我国能源供求矛盾将长期存在，确保能源安全，构筑稳定、经济、清洁的能源供给体系，以能源的可持续发展支持经济社会的可持续发展，是我国现代化建设中一项长期的重大战略任务。

干燥作业涉及国民经济的广泛领域，同时也是我国的耗能大户之一，所用能源占国民经济总能耗的12%左右[6]。

有的行业如木材干燥的能耗，约占企业总能耗的40％－70％[7]。

另外,干燥过程造成的污染又常常是我国环境污染的重要来源，因此干燥技术的节能与环保问题十分重要。

太阳能是清洁、廉价的可再生能源，取之不尽用之不竭。

每年到达地球表面的太阳能辐射能约为目前全世界所消耗的各种能量的1万多倍。

我国有较丰富的太阳能资源，约有2/3的国土年辐射时间超过2200小时，年辐射总量超过5000MJ/m2 。

全年照射到我国广大面积的太阳能相当于目前全年的煤、石油、天然气和各种柴草等全部常规能源所提供能量的2000多倍。

全国各地太阳年辐射总量为3340～8 400MJ／m2，中值为5 852MJ ／m2。

从我国太阳年辐射总量的分布来看，西藏、青海、新疆、宁夏南部、甘肃、内蒙古南部、山西北部、陕西北部、辽宁、河北东南部、山东东南部、河南东南部、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南岛东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射总量很大，尤其是青藏高原地区最大。

全国以四川和贵州两省及重庆市的太阳年辐射总量最小，尤其是四川盆地最低[8、9]。

太阳能干燥比较适于农副产品的干燥，一般温度在60℃以下，不会破坏食品的营养价值，；木材采用太阳能预干不仅节能，还可以防止因为干燥温度过高，而使木材开裂、变形。

2太阳能干燥技术的应用概况2.1国外应用概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，研究工作主要在发达国家如美国、英国、法国、德国、加拿大、澳大利亚、新西兰和日本等国[7、10]。

早在上世纪七、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[8、9]。

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、孟加拉及中国（包括台湾）等国[11..12]。

泰国早在上世纪八十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，全年都可收益。

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，他们认为：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，日干燥能力为650－1000kg/d。

，也有每小时干燥能力为375kg/h的太阳能谷物干燥机；还有用于干燥胡椒的太阳能干燥房，效果很好；此外印度在烟草和土豆等农作物方面，也在推广太阳能干燥技术[13、14]。

印度尼西亚的太阳能干燥装置多数为温室型，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。

目前世界上各国太阳能干燥木材的应用规模都很小，大多数为简易的温室型太阳能干燥室，材积一般小于10m3，据不完全统计，目前世界上大约有300余个以太阳能为能源的木材干燥室，其中中国有近20个[7、15]。

无论国内外，早期的太阳能干燥装置多数为温室型、半温室型或规模较小的集热器型。

大型太阳能干燥装置基本上都是集热器型，而且都与常规能源结合以保持干燥过程的连续性。

据相关资料报道，国外已建成一批采光面积超过500m2的大型太阳能干燥器，其中美国四座、印度两座、阿根廷一座[16、17]。

这标志着太阳能干燥在世界上已经进入生产应用阶段。

由于全球的能源和环境问题日益突出，太阳能干燥技术的应用近十年来有较大的发展。

纵观国际太阳能干燥技术的推广应用情况有以下几个特点：⑴太阳能干燥对象以谷物、烟草、水果等农副产品为主，其次是木材干燥。

⑵太阳能干燥的发展方向是提高太阳能干燥装置的热效率和降低成本。

⑶注重实用性，尽量使用廉价材料。

例如以干沙做吸热体，用塑料薄膜做透光材料。

⑷许多国家对太阳能、风能等新能源的开发和推广应用都有相应的鼓励和扶持政策。

例如在瑞典对节能干燥技术有15％的财政资助。

德国、美国、澳大利亚、日本及印度尼西亚等国，对太阳能干燥实行免税、减税、补贴、无息或贴息贷款等优惠措施。

2.2国内应用概况我国太阳能干燥技术应用研究起步较晚，上世纪八十年代以前，我国只有4座太阳能干燥装置，总采光面积仅有183m2，但在八十年代以后温室型太阳能干燥装置发展较快，由于这种干燥装置结构简单，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。

上世纪八十年代中期，我国已有70余座太阳能干燥装置，采光面积超过5000m2。

尤其在山西省，建成了10多座这种类型的干燥器，面积超过1000m2，用于干燥红枣、黄花菜、棉花等。

但上世纪九十年代中后期，相关报道几乎见不到，究其原因主要有[18、19]：⑴由于当时社会各界对节能与环境保护的重视力度不够，且我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，因而此项研究工作的进展减缓，至今大多数农产品干燥未能产业化；⑵我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；⑶人们对产品质量重视不够，且不同质量的产品价位差不大，缺乏改善产品质量的动力；这就使得上世纪九十年代对太阳能干燥技术的研究应用进入低谷。

近十年来由于能源、环境形式的影响，我国太阳能干燥技术的应用又有了较大的发展，除了开展如谷物杂粮类、果品类、蔬菜类以及木材的太阳能干燥实验和应用研究外，还进行了如中草药、茶叶、鲜花、植物叶片、食品（如鱼、腊肠等）、天然橡胶、污泥、唐三彩等物质的干燥工艺的研究和干燥的设备开发与研制[7、19、20]，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。

通过与传统的干燥方法（如阳光下晾晒、用常规能源加热烘烤等）的干燥质量相比可以很明显的看出，用太阳能干燥器干燥的物料质量高，成品率高，颜色美观，如采用大阳能干燥操房与地垄大坑复合干燥后的人参不脱皮，内芯棕红，外表呈花生皮色，整体形象完美，块体含水率达到18%。

与采用以往方法干燥的白枝须参相比，外销验等高出1个等级。

干燥质量的提高使中草药的价格直线攀升，而且扩大了出口的份额，增强了国际竞争能力。

太阳能干燥技术设备应用于食品和植物的深加工中，可以有效地防止菌虫对物料的侵害和变质变色现象的发生，有效地保持了物料原有的优良品质，也避免了因为干燥加工而造成的二次污染（如灰尘等污染物的污染）。

从太阳能干燥装置的规模而言，我国的太阳能干燥装置多数是采光面在200m2以下的中小型，尤其以小型居多。

目前已知最大的太阳能干燥装置是采光面积为650 m2太阳能腊味干燥装置，其次是620m2大型太阳能干燥示范装置，以及采光面积为500 m2 “东连县糖果厂的太阳能干燥装置。

如果把溶液脱水过程同固态物料脱水同样看待的话，广东省江门农药厂兴建的太阳能农药干燥装置．太阳能采光面积达3000 m2，应属世界上少有的大型太阳能干燥装置。

近20年来，我国太阳能干燥应用研究和其它太阳能热利用一样。

经历过一个由浅入深、由简单的小试到较完善的生产试验过程而发展起来的。

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。

据不完全统计，在这些项目中获得科研成果奖的有11项。

其中获国家级科学进步奖2项，获省、部级和中国科学院成果奖、科技进步奖和贡献奖7项[19]。

3太阳能干燥的优势与局限性3.1 太阳能干燥的优势3.1.1太阳能干燥与自然晾晒(大气干燥) 相比其主要优势是能较大幅度的缩短干燥时间和提高产品质量。

对于产品质量问题，在过去并不引起人们的关注，这主要是因为在过去不同质量的产品其价位差很小，人们对健康问题不太注重。

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

3.1.2太阳能干燥装置与采用常规能源的干燥装置相比具有以下优势:①节省燃料常压下蒸发一千克水，约需要2.5×103 kJ/kg的热量。

考虑到物料升温所需热量、炉子燃烧效率等各种因素，有资料估算[20]，干燥一吨农副产品，大约要消耗1吨以上的原煤，若是烟叶则需耗煤2.5吨，据统计我国烟叶年产量约为420万吨，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。

我国河南省长葛县在70年代末对太阳能烤烟的试验中能有效节约25%-30%的常规能源[20]。

②减少对环境的污染我国大气污染严重，这主要源于煤，石油等燃烧后的废气和烟尘的排放，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。