新型太陽能熱泵烘干機技術研究與開發

方鳳才 梁志堅 周帆

【摘 要】開展新型太陽能熱泵烘干機的研究與開發，對于促進太陽能利用、助推工、農業節能減排及加快新能源新興產業的發展具有積極和重要的意義。太陽能資源，遠大于人類對能源的總需求，應用前景十分廣闊。地球上的能源中有超過90%都是來自太陽能。隨著太陽能熱利用技術的進步，特別是太陽能烘干技術的進步，太陽能熱利用的應用領域正在不斷拓展，從傳統的自然光照晾曬，拓展到先進的太陽能烘干，整機技術應用于工、農業的烘干領域。

【關鍵詞】新型；太陽能熱泵；烘干機

【中圖分類號】TK515 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）11-0040-03

0 前言

當前，太陽能是在未來能源應用領域中公認的最重要的一種能源資源，國內外有很多專家都預測，太陽能到2050年以后，將在能源消費中占有極大的比例，甚至將占到能源總消費的53%以上。因此，我們應重視太陽能熱利用技術的研究和開發。目前，太陽能熱利用技術非常多，包括集熱技術、儲能技術、儲熱技術等。這些技術我國都有，只是有的還不夠成熟，需要進一步研發。我們要引導和支持有志于此的企業參與進來，理清我國究竟需要什么樣的太陽能技術，以及哪些技術需要進一步研究和開發。太陽能空氣能烘干技術，是太陽能熱利用產業的發展方向，對這個項目開展研究有積極的示范意義。

1 新型烘干機的發展及應用技術研究

1.1 我國烘干機的發展狀況

傳統的農產品干燥方法，通常利用少量的人工建立一個簡單的玻璃干燥溫室，靠太陽光的直射獲得熱量。這種太陽能干燥溫室的結構簡單、建造容易、成本較低，因此在國內有較多的人使用。

隨著人們對農產品的烘干溫度、濕度、水分保留等的要求越來越高。這種簡單結構的太陽能干燥溫室暴露出來的問題越來越多，其主要缺點是干燥器的溫升較小。一般情況下，干燥器在夏季的溫度要比環境溫度高出20～30 ℃，可達到50～60 ℃；冬季只比環境溫度高出10～20 ℃。由于這個原因，如果被干燥物料的含水率較高，溫室型太陽能干燥器所提供的熱量有時就不能夠在較短的時間內使物料干燥到安全含水率以下?？傊?，這種簡單的太陽能干燥溫室會隨著天氣的變化，其溫度的波動也大，尤其是在天氣不好的情況下，而且不能精確地控制烘干程度。農產品內部的水分保留程度直接影響農產品的質量，如果質量降低，農產品的利潤會大大減少。因此，針對上述情況，急需研發一款新型太陽能熱泵烘干機，代替傳統的烘干方式，并且要求烘干機自動化程度高、消耗能量較小、性價比高且可在較大范圍內推廣使用。

1.2 新型太陽能熱泵烘干機的烘干原理

太陽能集熱板通過日光的照射，不斷地吸收陽光的熱量，不斷地給內部的空氣進行加熱而獲得高溫空氣，高溫熱空氣經過外加動力，如風機驅動運行，從集熱器與烘干室經過，利用保溫管道輸送到烘干室中，高溫熱的空氣在含水分高的農作物的表面與農作物內部之間進行傳熱、傳質，使農作物中的水分逐步汽化，并擴散到空氣中，使農作物中所含的水分逐步減少，最終變成干燥狀態。熱空氣與農作物的濕熱交換過程中，烘干室的熱空氣溫度下降，而余下的熱空氣在驅動風機的驅動下，通過保溫管道再循環回流到達太陽能集熱器繼續加熱余熱空氣，然后獲得高溫熱空氣，再提供給干燥室。經多次反復循環，利用余熱，最終達到使農產品干燥的目的。充分利用太陽輻射能，有效地提高干燥的溫度，縮短了干燥時間，解決了干燥物品被污染等問題。熱空氣濕熱交換過程中含有水分，在循環回流的管道中，采用簡單的技術，如濕熱空氣干燥過濾技術、內部添加過濾網、使用有高效藥用炭等干燥物質，能把帶有水分的濕熱空氣中的水分過濾。這樣，濕熱空氣經過過濾網后，水分會被干燥劑充分吸收?？諝飧稍镞^濾網安裝和更換方便，價格低廉，利用余熱循環利用技術，能有效提高烘干效率25%以上。

1.3 太陽能及熱泵協同聯動利用技術

在天氣晴朗的情況下，優先利用太陽能系統供熱；在陰雨天或弱陽光天氣的情況下，則啟動空氣源熱泵系統來輔助供熱；在多云或氣溫較低的晴天，可同時開啟太陽能供熱系統和熱泵烘干機聯合工作，通過太陽能集熱器和熱泵的協同聯動工作，可以把更多的熱量傳送到干燥室內而不會影響農作物的烘干時間。利用這種太陽能和熱泵互補技術，可以很好地保證干燥室內農產品所需的烘干溫度，為農產品的烘干質量提供可靠的保障。其中，熱泵烘干機是節能的關鍵設備，在太陽能不充足的情況下可單獨運行；而在太陽能充足的時候，太陽能集熱器供熱系統則是聯合干燥系統中最重要的輔助供熱設備，在干燥過程中，可取得比較理想的干燥質量、節能效果和環境效益。系統的工作過程，由微機監控系統實現自動控制，使得系統運行更穩定、更節能。太陽能干燥與熱泵干燥都屬于節能干燥技術，二者相結合的聯合技術，既發揮了2種方法的優點，又克服了太陽能干燥受氣候影響大的缺陷。太陽能和熱泵聯動干燥室如圖1所示。

1.4 高效集熱器制作技術

集熱器板蓋采用新型雙層玻璃板蓋技術，四周由雙層鋼化玻璃封閉，兩層鋼化玻璃之間有空隙，由墊塊墊起并抽真空，鋼化玻璃內表面涂有低反射涂層。該鋼化玻璃可提高承壓能力，透光率達90%以上，能提高熱效率。雙層玻璃中間的高真空窄縫增強了隔熱性，減少了對流傳導熱損失，提高集熱效率15%；集熱器的外殼由鋁合金材料組成，質量比較輕，堅固耐用，美觀大方，價格低廉，而且便于運輸和安裝；集熱器里面的四周鋪上隔熱層，隔熱層采用新型高性能聚氨酯組合物，使隔熱性能提高30%。新型研發平板集熱器上的吸熱板采用薄鋁板，表面涂有一層新涂料（新配方添加劑由硒硫化鎘粉和氧化銅粉來配置吸收劑，溶劑為乙醇、丙酮或環己酮，還新加入增塑劑、抗老化劑、氧化劑、復合劑、防沉劑），該新涂料對太陽光的吸收率可達到94%，反射率控制在5%±3%，使得集熱板集熱效率比普通涂層的吸熱板提高35%以上。

1.5 干燥室高效保溫技術研究

傳統的干燥室是由普通的紅磚或者彩鋼板材制作，保溫效果極差，熱量不易保存，熱量容易傳到外界，熱量損失太大，烘干效率低，烘干效果不好，影響農產品的烘干品質。廣西吉寬太陽能設備有限公司自主研發的新型高效聚氨酯保溫材料由組分異氰酸酯和聚醚多元醇混合發泡而得，還加入二甲醚、無機阻燃劑、玻璃纖維、殼聚糖和膨脹珍珠巖等主要原料。干燥室四周采用公司自有發明技術，即聚氨酯保溫材料噴涂，該材料環保，噴涂整體無逢，保溫性能良好，平均導熱系數≤0.023 8[W/（m·K）]；減少熱量損失70%以上。

2 新型烘干機與同類產品對比

新型烘干機與一些品牌產品的技術性能參數對比見表1。

3 結論

有關部門預測，到2025年，全球能源消耗量將比2002年增長53%，工業國家的能源消耗量以每年1.3%的速度增長，包括中國和印度在內的亞洲發展中國家的能源消耗量將比目前增長1倍，占全球能量需求增長量的40%和發展中國家增長量的70%。傳統能源的日益枯竭，人類生存環境的惡化，發展清潔可再生的新能源是人類可持續發展的唯一出路。

參 考 文 獻

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[責任編輯：鐘聲賢]