我国太阳能干燥的研究与应用

特别推荐：《2010中国新能源与可再生能源年鉴》编印通知引言人类利用太阳能历史最悠久、应用最广泛的应属太阳能干燥。

自从人类学会狩猎、耕种、养殖以来，就学会了利用太阳能把食品、农副产品干燥加工，保存起来。

这种直接的摊晒、晾晒的干燥方法一直延续了几千。

直到现在，可算是被动式的太阳能干燥应用。

这种传统的方法干燥效率低、周期长、占地面积大，易受风沙、天气的影响，也容易受灰尘、苍蝇、虫蚁的污染，影响食品和农产品的质量，造成损失。

七十年代以来，世界各国开始重视能源问题，开展了太阳能热利用研究，其中也开始了太阳能干燥的研究。

这种以科学原理为基础，主动地利用太阳能对产品进行干燥的工艺和技术，是本文所讨论的太阳能干燥的范围。

在我国，太阳能干燥首先是在一些生产单位搞起来的，如山西省稷山县姚村的红枣干燥、北京市大兴县青云店的小麦干燥、海南岛岭脚热作场的橡胶干燥等等。

从1976—1986年10 年问，据不完全统计，分别由几十个单位建成了近 60座试验性的和生产性的太阳能干燥装置，总采光面积达5000多m2,太阳能干燥应用呈现出十分兴旺的发展趋势。

但由于一开始对太阳能干燥的规律和机理缺乏系统的基础性研究，这期间建造的太阳能干燥装置有一定的盲卧注，系统设计不够合理，干燥器结构不尽完善，使用寿命短，太阳能干燥试验装置存在低水平重复现象。

太阳能干燥直接为工农业生产服务的应用前景，以及在发展过程中存在的问题，引起了国家有关部门和科研单位的重视。

中国太阳能学会热利用专业委员会组织专家对我国太阳能干燥的现状和发展进行了调研和论证，为我国太阳能干燥的研究目标和发展方向，以及制定七五”科技攻关计划提供了科学的依据。

为了提高太阳能干燥的研究和应用水平，太阳能干燥”被列为国家七五”重点科技攻关项目三级课题，对太阳能干燥领域进行系统的、全面的探索和研究，内容包括应用基础性研究和示范性工程。

七五”计划结束时，太阳能干燥项目圆满完成，取得了一批重大科研成果，其中包括，物料干燥特性试验研究，太阳能空气集热研究，太阳能空气集热器热性能试验方法，太阳能干燥器评价方法的研究，以及建成了多座大中型太阳能干燥示范装置。

可以说，太阳能干燥的研究和应用在七五”期间达到了它的鼎盛时期，无论是理论研究，还是应用技术都具有较高的水平，在国际上也有一定的地位。

进入九十年代，太阳能干燥主要朝技术开发和实际应用方向发展，据不完全统计，到目前为止，全国太阳能干燥装置总采光面积约为15000m2,成绩是巨大的。

但与近千万平方米保有量的太阳能热水器相比，太阳能干燥的发展就显得落后了。

这其中有各种各样的原因：首先，太阳能干燥没有很好地实现产品化、商品化，没有形成规模化产业，当然，这也与太阳能干燥应用多样化、不容易统一的特点有关；其次，太阳能干燥有较强的技术性，特别是与干燥工艺有密切关系。

从事太阳能干燥的不少科研单位由于经费问题和体制的改变，停止了太阳能干燥的开发和推广工作，而应用的对象大多在技术力量薄弱的农村，不容易掌握新的技术，造成技术与用户之间的脱节；第三，与千家万户一年四季都能使用的太阳能热水器不一样，太阳能干燥应用在农村有很强的季节性，使用率不高，应用在工业上，需要的能量一般都很大，单纯利用太阳能又解决不了问题。

这都是影响太阳能干燥推广应用的客观原因。

总的来说，太阳能干燥的技术是成熟的，应用于农副产品的加工，能提高产品质量、缩短干燥周期、减少能耗，有较好的经济和社会效益，值得大力提倡和推广。

本文将回顾和介绍我国20年来太阳能干燥基础研究和开发应用的发展过程与取得的成果。

由于从事该项研究和应用工作的单位很多，报道难免挂一漏万，敬请原谅。

1物料干燥特性的研究太阳能干燥的对象我们称之为物料。

不同物料有不同的干燥特性，即使是同一种物料在不同干燥阶段也会表现出不同的特性。

因此，只有掌握了干燥过程物料的内部特性，才能确定合理的干燥工艺。

物料的内部因素包括物料自身的成分、结构、形状、含水量、湿分与物料的结合形式，以及导热系数、比热容等热物理参数。

干燥工艺的本质是一个传热、传质的过程，禾U 用干燥介质的物理特性，如温度、相对湿度、比热容等，配合不同的物料在不同的干燥阶段，组织气流、设定风速以及与物料的接触方式等等。

只有掌握了内在的规律性，才能达到保证产品质量、节约能源，取得最佳经济效益的目的。

为此，物料干燥特性的研究”列入国家七五”科技攻关项目，由天津大学热能研究所主持，中国农业科学院气象研究所、中国科学院广州能源研究所、上海机械学院太阳能室等单位参加承担了该项任务。

根据攻关任务的要求，天津大学设计建造了物料干燥特性试验台” 该装置使用200mm200mm风道系统，有加热、加湿设备，配有空气流量（流速）、温度、相对湿度和物料温度、重量等参数测量的传感器和数字显示仪表，并采用微机实现试验工况的自动调节控制。

在此装置上，天津大学做了生姜、虾仁、月见草油胶丸、胡萝卜脯、红薯条、香菇、山楂、苹果、鸭梨、陈皮、丹参、虾饲料、脉通丸、蚊香、玉米粒、花生仁、香肠等17种物料的干燥特性。

中国农业科学院气象研究所做了人参、西洋参、金针菇、生地、金养麦、天麻、猴头菇7 种物料的干燥特性。

中国科学院广州能源研究所做了西红柿干燥特性试验。

上海机械学院做了当归、佛手片、芦笋、桔皮4种物料试验。

上述物料包括了名贵中药、中成药片、药丸、食用菌、水产、果脯、蔬菜、饲料、日用品、粮食、腊味、油料等13种门类共29个品种。

根据所获得的大量的数据，绘制了相应的物料干燥特性曲线，建立了有关物料的干燥数学模型，提出了合理干燥工况的建议。

所得的物料干燥特性，不仅对这些物料本身有实用意义，而且对同类物料也有一定的参考价值，同时也为太阳能干燥装置的设计、建造和运行提供了科学依据。

1984年，清华大学也对两种中药材（黄芪、甘草软片）的干燥特性进行了实验研究。

在不同温度、湿度状况下测定它们的w — T[w――湿基含水率（％） , T――干燥时间（h）〕和R一 w [R ――干燥速率，（g/m2, h〕的关系曲线，得出平衡含水率。

研究的结果可帮助选定太阳能干燥装置的工作温度、湿度、干燥周期和采光面积等参数。

2太阳能空气集热器的研究太阳能空气集热器是一种利用太阳能把空气加热升温的装置，把热风送入装有物料的干燥室，就组成了集热器型干燥器。

空气集热器是太阳能干燥工艺中最常用的关键的部件，太阳能空气集热器产生的热风也可以用作采暖用途，因此，应当作全面的理论分析和实用性研究。

太阳能空气集热器的研究”也列为七五”科技攻关项目的课题。

清华大学、天津大学、华中理工大学、中国科技大学、中国科学院广州能源研究所、北京市太阳能研究所、上海市能源研究所单位对太阳能空气集热器进行了大量的研究工作。

主要是研究各种新型的太阳能空气集热器，集热器的传热分析和计算模型，以及太阳能空气集热器定型设计、实现商品化和小批量生产。

清华大学完成了射流。

抽吸式和波纹 -抽吸式两种新型空气集热器的研究，他们工作做得很细致，通过流型试验，发现波纹流道的波谷中仍存在旋涡死区，不利于强化传热。

因此提出了在波谷加上抽吸缝的波纷抽吸式空气集热器。

通过测定吸热板上的温度分布和流体进出口温度，得到射流段和抽吸段的传热与流阻计算公式。

利用这些公式便可算出空气集热器的全部性能数据。

为了验证这些数据又进行了空气集热器室外试验，进一步证实上述两种空气集热器的热工性能十分优异，并申请了专利。

天津大学提出既可以加热水，又可以加热空气，或同时能加热水和空气的两用太阳能集热器。

这种集热器的集热板由吸热管和V型槽吸热板组成，吸热管置于V型板的顶部，水在管内流动，V型槽与底部组成的三角形通道为空气流道。

他们以这种集热器进行了传热分析和实验研究，得出了不同运行状态下的瞬时效率公式，并提出双工质运行较单工质运行有利的结论。

此外，天津大学还对拉网床太阳能空气集热器进行了较全：面的分析和实验研究，并提出了采用单层盖板和双层盖板分别适用的范围。

华中理工大学对空气集热器进行了比较系统的理论分析，并建立了试验台架进行实验研究。

分析研究了：四种集热板结构形式与不同的流道形式（单流道、复流道、多流道），其流动阻力和传热性能，建立了平板型太阳能空气集热器的理论计算模型。

理论计算与实验数据取得了比较好的一致性。

研究结果认为，以增大空气流量来提高集热器效率的方法是不可取的，由此会降低空气出口温度和增加风机功耗，应当采取强化传热和增加传热面积的措施，如加装肋片或采用波纹集热板的方法，他们还针对肋片式和带肋片的V型板集热器，建立了二维动态模型。

中国科技大学完成了效率较高的波纹形多孔吸热体太阳能空气集热器研究。

此外，宁夏新技术应用研究所与澳大利亚沃伦港大学机械系合作，对点播式太阳能空气集热器的传热与阻力特性进行了较深入的研究，可作为点播式空气集热器性能预测及优化设计参考。

北京市太阳能研究所经过几年的努力，完成了拼装式空气集热器商品化的攻关任务，小批量生产了175个单元，空气集热器面积达210m2并设计了三种标准阵列太阳能空气集热器，先后应用于长城催化厂的泥胚干燥以及北京林业大学的木材干燥。

生产空气集热器的冲压模具全套配齐，形成了批量生产的能力。

广州能源所对V形波纹板空气集热器的热工性能及其优化结构参数进行了研究，做出佯机并为天津肉联厂生产了110m2空气集热器。

此外还研制了交错波纹板式和单层扩展表面多孔板式空气集热器。

上海市能源所研制了梯形交错波纹板式空气集热器，并完成了200m2太阳能空气集热器阵列的设计。

这几个单位都致力于太阳能空气集热器定型设计、实现商品化和小批量生产。

3太阳能干燥器的研究及其应用我国各地试验的各种太阳能干燥装置有多种形式，大体上可分为：温室型、集热器型、集热器与温室结合型、整体式和抛物面聚光型等。

下面分别介绍这几种类型干燥装置的结构、特性、用途和干燥效果，以及一些应用实例。

3.1温室型太阳能干燥装置温室型干燥器的结构与栽培农作物的温室相似，温室即为干燥室，待干物料置于温室内，直接吸收太阳辐射，温室内的空气被加热升温，物料脱去水分，达到干燥的目的。

温室型干燥器一般都设有排风装置，排去含湿量大的空气，加快物料的干燥周期。

由于这种干燥器结构简单，造价低廉，在山西、河北、北京、广东等地的农村很快发展起来。

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。

山西省稷山、大同等地，从1977年起就开始了利用太阳能干燥器对红枣、黄花菜、辣椒、棉花等农产品进行干燥的试验，成功使这些农产品干燥到安全储存的湿度，而且干得快，产品质量好，腐烂损失少，增加了收入。

例如稷山县姚村第八生产队54m：的温室型干燥装置，用于干燥红枣，一次投料 800kg，上午温室闭气闷晒，中午至下午打开排气口间歇通风，晚间部分关闭排气阀，晴天两天可烘干出料，再晾干15天，就可使红枣含水率降低到安全储存水分（40%左右），而采用传统的自然晾干法则需要45一60天。