初樂 趙巖 楊若因 葛邦國 馬超 呂緒強(qiáng)

太陽能干燥的應(yīng)用

初樂1趙巖1楊若因2葛邦國1馬超1呂緒強(qiáng)1

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

本文主要介紹了太陽能干燥的優(yōu)勢及其在國內(nèi)外的利用狀況，并對我國太陽能資源的應(yīng)用及發(fā)展進(jìn)行了展望。

太陽能干燥；優(yōu)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(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略物資。現(xiàn)今世界能源結(jié)構(gòu)中所利用的能源主要仍是煤炭、石油、天然氣，這些常規(guī)能源的大量開發(fā)和使用，已造成了嚴(yán)重的大氣污染和生態(tài)環(huán)境的破壞。從環(huán)境保護(hù)和全球可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略出發(fā)，新能源和可再生能源的開發(fā)和利用已經(jīng)成為一個(gè)全球性的重大課題。在我國是指除常規(guī)能源和大型水利發(fā)電之外的生物質(zhì)能、風(fēng)能、太陽能、小水電、海洋能、地?zé)崮?、氫能等能源資源。

據(jù)國外有關(guān)資料報(bào)道，用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)干燥作業(yè)的能耗要占國民經(jīng)濟(jì)總能耗的5%-10%。2001年我國的總能耗為13.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，若以此計(jì)算則我國每年用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)干燥的能源約為0.66-1.32億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

太陽能干燥(solar drying )是以太陽能代替常規(guī)能源來加熱干燥介質(zhì)（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(shí)現(xiàn)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(shí)干燥物周圍的溫度仍然是環(huán)境溫度。盡管自古以來，人們就已利用太陽光干燥農(nóng)產(chǎn)品，然而對太陽能干燥技術(shù)的研究僅僅從20世紀(jì)50年代末才開始。

2、太陽能干燥的優(yōu)勢

2.1 與自然干燥相比

(1)較大幅度的縮短干燥時(shí)間

(2)提高產(chǎn)品質(zhì)量

對于產(chǎn)品質(zhì)量問題，在過去并不引起人們的關(guān)注，這主要是因?yàn)檫^去不同質(zhì)量的產(chǎn)品價(jià)位差小，營養(yǎng)、健康沒有受到關(guān)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(nèi)，溫度太高會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量和營養(yǎng)價(jià)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(huì)發(fā)生糊化或焦化，影響物料品質(zhì)。在太陽能干燥過程中，一般干燥溫度不會(huì)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(huì)對食品的品質(zhì)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(guī)能源干燥相比

(1)節(jié)省燃料

干燥一噸農(nóng)副產(chǎn)品，要消耗1噸以上的原煤。目前大多采用農(nóng)民自制的土烤房進(jìn)行干燥，能耗很大，若采用太陽能干燥則節(jié)能效果非常明顯。

(2)保護(hù)環(huán)境

我國大氣污染嚴(yán)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(nóng)業(yè)產(chǎn)品，在節(jié)約化石燃料的同時(shí)，又可以緩解環(huán)境壓力。

(3)運(yùn)行費(fèi)用低

在設(shè)備運(yùn)行時(shí)，采用常規(guī)能源的機(jī)械干燥設(shè)備其燃料的費(fèi)用是很高的。若采用太陽能干燥，設(shè)備投資二者相差不大，但是其運(yùn)行時(shí)利用的是免費(fèi)的太陽能資源，可節(jié)約大量運(yùn)行費(fèi)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(jī)械干燥裝置還存在安全隱患。

3、國內(nèi)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(shù)的研究和推廣應(yīng)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(jì)50年代，美國等國家就利用太陽能進(jìn)行谷物干燥并進(jìn)行了深入研究。七八十年代，美國、德國、英國、法國等發(fā)達(dá)國家就在本國和一些發(fā)展中國家建立了不同規(guī)模的太陽能干燥試驗(yàn)裝置，初期以小型為主，也有較大規(guī)模的太陽能干燥系統(tǒng)。在美國太陽能干燥設(shè)備已有一定批量的商業(yè)性生產(chǎn)，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(yè)性應(yīng)用，然而在歐洲商業(yè)性的太陽能干燥室則較少。

太陽能干燥的推廣應(yīng)用大部分在熱帶和亞熱帶國家如南非、斐濟(jì)、烏干達(dá)、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(tái)灣省)等。泰國早在20世紀(jì)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(jié)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(guī)能源配合干燥煙葉，試驗(yàn)證明，能有效地節(jié)約30%～40%的常規(guī)能源。甚至在馬來西亞這樣的高溫多雨地區(qū)也在推廣使用簡易廉價(jià)的太陽能干燥裝置，因?yàn)樘柲芨稍镅b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(lián)合的谷物干燥機(jī)，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(nóng)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(shù)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(nóng)作物。

據(jù)相關(guān)報(bào)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(biāo)志著太陽能干燥在世界上已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用階段。由于全球能源和環(huán)境問題日益突出太陽能干燥技術(shù)的應(yīng)用近年來有較大的發(fā)展。

3.2 國內(nèi)利用狀況

我國對太陽能熱利用研究起步較晚。大規(guī)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(tǒng)的基礎(chǔ)性研究，所設(shè)計(jì)的干燥器及系統(tǒng)不盡完善，干燥試驗(yàn)裝置存在低水平重復(fù)現(xiàn)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(fā)展較快，由于這種干燥器結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，在山西、河北、河南、北京、廣東等地的農(nóng)村很快發(fā)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(jì)90年代中后期，對太陽能干燥的研究應(yīng)用進(jìn)入了低谷，原因主要有：當(dāng)時(shí)社會(huì)各界對節(jié)能與環(huán)境保護(hù)的重視力度不夠，且中國農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)尚處于起步階段，對太陽能干燥農(nóng)產(chǎn)品的需求不大；中國太陽能豐富地區(qū)往往是經(jīng)濟(jì)落后、科技不發(fā)達(dá)地區(qū)，缺乏開發(fā)太陽能干燥裝置的資金和技術(shù)支持；人們對產(chǎn)品質(zhì)量重視不夠，缺乏改善產(chǎn)品質(zhì)量的動(dòng)力。

近10年來，由于能源、環(huán)境形勢的影響，中國太陽能干燥技術(shù)的應(yīng)用又有了較大的發(fā)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(zhì)的太陽能干燥試驗(yàn)和應(yīng)用研究，以及各類干燥設(shè)備的開發(fā)與研制，并取得了一些科研成果，有的已經(jīng)將這些新技術(shù)投放市場，進(jìn)入了技術(shù)應(yīng)用的推廣階段。

從太陽能干燥裝置的規(guī)模而言，中國的太陽能干燥多數(shù)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(yīng)用研究經(jīng)歷了一個(gè)由淺入深，由簡單的小試到較完善的生產(chǎn)試驗(yàn)的過程而發(fā)展起來。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的干燥作業(yè)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4、應(yīng)用前景

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，在生活水平提高的同時(shí)，人們對自身健康的重視加大，且在環(huán)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(fā)達(dá)國家在這方面做了大量工作，發(fā)展中國家的印度，甚至落后國家的新幾內(nèi)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(nóng)產(chǎn)品及生物資源豐富，物種多樣，特別是在廣大的西部地區(qū)，這些地區(qū)的經(jīng)濟(jì)增長主要依賴于農(nóng)副產(chǎn)品的開發(fā)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(zhì)，增加技術(shù)含量。干燥作為其中的關(guān)鍵工藝之一，常規(guī)能源干燥投資大，需消耗大量能源致使產(chǎn)品成本增高，并造成不同程度的環(huán)境污染。相反，一般農(nóng)產(chǎn)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(lǐng)域中的低溫?zé)崂孟嗥ヅ洌揖哂锌s短干燥周期、提高產(chǎn)量質(zhì)量等優(yōu)勢。因此，利用太陽能干燥農(nóng)副產(chǎn)品，具有廣闊的發(fā)展前景。

總體而言,國內(nèi)太陽能干燥在食品領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段,實(shí)用性、自動(dòng)化和工業(yè)化是太陽能應(yīng)用的發(fā)展方向。目前研制太陽能干燥裝置的難點(diǎn)是提高干燥過程中熱能的利用率?，F(xiàn)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(fèi),這同樣是我們研究努力的方向。