太陽能幹燥

從機理上說，乾燥過程是利用熱能使固體物料中的水分汽化並擴散到空氣中去的過程，物料表面獲得熱量后，將熱量傳入物料內部，使物料中所含的水分從物料內部以液態或氣態方式進行擴散，逐漸到達物料表面，然後通過物料表面的氣膜而擴散到空氣中去，使物料中所含的水分逐步減少，最終成為乾燥狀態。因此，乾燥過程實際上是一個傳熱、傳質的過程。

按照傳熱和加熱方式的不同，乾燥方式主要可分為四種：傳導乾燥、對流乾燥、輻射乾燥和介電加熱乾燥。

太陽能幹燥就是使被乾燥的物料，或者直接吸收太陽能並將它轉換為熱能，或者通過太陽集熱器所加熱的空氣進行對流換熱而獲得熱能，繼而再經過以上描述的物料表面與物料內部之間的傳熱、傳質過程，使物料中的水分逐步汽化並擴散到空氣中去，最終達到乾燥的目的。

為要完成這樣的過程，必須使被乾燥物料表面所產生水汽的壓強大於乾燥介質中水汽的分壓。壓差越大，乾燥過程就進行得越快。因此，乾燥介質必須及時地將產生的水汽帶去，以保持一定的水汽推動力。如果壓差為零，就意味著乾燥介質與物料的水汽達到平衡，乾燥過程就停止。

太陽能幹燥通常採用空氣作為乾燥介質。在太陽能幹燥器中，空氣與被乾燥物料接觸，熱空氣將熱量不斷傳遞給被乾燥物料，使物料中水分不斷汽化，並把水汽及時帶走，從而使物料得以乾燥。

充分利用太陽輻射能，有效地提高幹燥的溫度，縮短了乾燥時間，解決了乾燥物品被污染等問題，使產品的質量等級有所提高。一般農副產品和食品的乾燥，要求溫度水平較低，大約在40－70℃之間，這正好與太陽能熱利用領域中的低溫利用相適應，可以大量節省常規能源，經濟效益顯著，簡易的太陽能幹燥設備投資少、收效大，普遍受到歡迎。例如山西省秸山縣，利用太陽能幹燥紅棗，乾燥速度提高三倍以上，乾燥時的爛棗率顯著下降，由10－20%下降到2－3%。干棗的外形豐滿，質量有顯著的提高，產品的售價也提高了。

太陽能幹燥器是將太陽能轉換為熱能以加熱物料並使其最終達到乾燥目的的完整裝置。太陽能幹燥器的型式很多，它們可以有不同的分類方法。

按物料接受太陽能的方式進行分類，太陽能幹燥器可分為兩大類。

1、直接受熱式太陽能幹燥器

被乾燥物料直接吸收太陽能，並由物料自身將太陽能轉換為熱能的乾燥器。通常為稱為輻射式太陽能幹燥器。

2、間接受熱式太陽能幹燥器

首先利用太陽集熱器加熱空氣，再通過熱空氣與物料的對流換熱而使被乾燥物料獲得熱能的乾燥器。通常亦稱為對流式太陽能幹燥器。

按空氣流動的動力類型進行分類，太陽能幹燥器也可分為兩大類

1、主動式太陽能幹燥器

需要由外加動力（風機）驅動運行的太陽能幹燥器。

2、被動式太陽能幹燥器

不需要由外加動力（風機）驅動運行的太陽能幹燥器。

按乾燥器的結構型工及運行方式進行分類，太陽能幹燥器有以下幾種形式：

1、太陽能溫室型乾燥器

2、集熱器型太陽能幹燥器

3、集熱器——太陽能溫室型乾燥器

4、整體式太陽能幹燥器

5、其他型式的太陽能幹燥器

這類乾燥溫室與拉物溫室在結構原理上基本相似，只是要求不斷排濕，並對保溫要求更高一些，如圖1、所示。溫室坐北向南，採光面傾角為當地地現緯度較好。牆體為雙層磚牆，夾心保溫牆，溫室內牆面袋有鋁箱，以減少輻射熱能損失。溫室前底部和后頂部，分別開有進風口和排風口，並在孔口處安裝有個節閥門，以便控制通風量。溫室內設物料架，用來攤班物料。這類溫室型太陽能幹燥器，適用於當物料所要求的乾燥溫度較低，而又允許直接接受陽光曝晒的條件下使用，溫室型乾燥器結構簡單，建造容易、造價較低，可因地制宜，綜合利因而在國內外有較為廣泛的應用。這類乾燥器，彼乾燥物料能直接吸收在陽光，加速自身水分汽化，因而熱利用效率較。物料乾燥靠太陽輻射熱，引起的定向流動空氣流，帶走汽化水分，而達到乾燥的目的。無需處加動力，故又稱被動式太陽能幹燥器。這種溫室型乾燥器，在印度康普進行了較長時間的試驗，當地年日照4000多小時，夏季最高氣溫達45℃，冬季最低氣溫為10℃，該乾燥器用於桃、梅和葡萄等水果及蔬菜的乾燥，乾燥溫度可達60-80℃，乾燥時間分離為11小時，18小時和四天不等。每次可放置新鮮物料3-5kg，乾燥產品質量優良，無塵埃，昆蟲等污染。溫室型太陽能幹燥的過程：太陽光透過玻璃蓋層直接照射在溫室內的物料上，物料通過集熱器吸熱板的作用，吸收太陽能后被加熱，同時部分陽光為溫室內壁所吸收，室內溫度逐漸上升，從而保使物料水分蒸發。通過進排氣孔，使新鮮空氣進入，溫空氣排出，形成不斷循環，使被乾燥物料除去水分，得到乾燥。為減少溫室頂部熱損失，可在頂玻璃蓋層下增加一層或兩層透明塑膜，利用層間空氣層提高保溫性能。為減少頂部熱損失，還可用一颱風杭使新鮮冷空氣從上部進入，穿過物料層后，從底部排出。玻璃蓋將由於對空氣發生予熱作用而降溫，同時還可以降低物料的表面溫度，因此頂部熱損失就會減少。例如圖2，為山西省 山縣桃村建造的溫室型太陽能幹燥器，該裝置，坐北向南，長9m，寬5.5m，餘光傾角為35度（當地地理緯度為35.5度）採光面積為53m2，前牆和部分東西側牆，透光面積均安裝一層3mm厚的玻璃。牆壁為複合保溫牆，中間填充保溫材料蛭石粉，乾燥室的牆壁塗刷摻有炭黑的黑色油漆，以提高陽光的吸收率。乾燥室前部有三個進風口，上部靠近后牆處裝有四個排氣煙囪，供排濕用。乾燥室分為六層，各層按陛梯形逐漸升高，為排除工人高溫操作之苦，每層裝有長90cm，寬80cm，並能沿軌道滑行的托盤10個（可裝紅棗2-3T）。

可分為兩個陛段： （1）預熱陛段：早晨放入紅棗，關閉進風口和排氣煙囪，使乾燥器的溫度逐漸上升，上升溫度不宜升的過快，過高紅棗表皮急劇脫水收縮，而棗體內部水分仍保持在體內，造成紅棗破皮裂口。 （2）排溫陛段：紅棗本身的溫度升高后，表面水分不斷蒸發，棗內的水分也逐漸向表面擴散，室內空氣溫度急劇增加。此時，要打開進風口和排氣煙囪，加速氣流的循環，以利排溫排溫的時間為15分鐘左右。同時還要不斷地翻動紅棗，以保持乾燥均勻。夜間關閉進風口和排氣煙囪，在玻動上覆蓋草簾，保持室溫。利用太陽能幹燥紅棗，爛棗率僅佔2-3%，而自然乾燥紅棗，爛棗率約為10-20%，有時適上天氣不好甚至離達。太陽能幹燥紅棗的優點： a. 可以縮短乾燥時間，紅棗在太陽能幹燥室內烘2天，再晾曬棚內，需要晾曬45-60天。 b. 利用太陽能幹燥紅棗較自然乾燥便於貯藏。因為太陽能幹燥室內溫度較高，迫使棗內信食心蟲爬出棗外，被殺死在乾燥室內。 c. 紅棗的顏色稍紅，外形豐滿。 d. 紅棗的含糖量有一定的提高。 e. 過去用火炕乾燥紅棗，由於溫度不均，紅棗外形多皺，帶暗紅色，品嘗時略帶集味，太陽能幹燥，提高了紅棗的質量，深受消費者歡迎。其他如石家莊地區，也建過一座面積為：212m2的溫室型太陽能幹燥器，用於乾燥兔皮每次可乾燥4000張，烘乾室最高溫度達68℃，比室外氣溫高出34℃，日至均熱效率為19%，該工程投資1.5萬元，一年即可收回成本。利用太陽能幹燥兔皮，也提高了兔皮的質量，改善了環境衛生，有利於環境保護

集熱器型乾燥系統，將集熱器與乾燥室分開。集熱器可以把空氣加熱到較高的溫度。乾燥速度比溫室型的高，而單獨的乾燥室，又可以加強保溫和不使物料直接陽光曝晒。因此集熱器型乾燥系統可以在更大的範圍內滿足不同物料的乾燥工藝要求。集熱器多系用平板型空氣集熱器，作乾燥系統的集熱器。提高空氣流速，強化傳熱，以降低吸熱板的溫度，是提高集熱器效率的重要途徑，但是在集熱器的結構和聯接方式上，應同時注意降低空氣的流動阻力，以減少動力消消耗。為了彌補日照的間歇性和不穩定性等缺陷，大型乾燥系統常袋沒蓄熱設備，以提高太陽能利用的程度，並用常規能源作為輔助供熱設備，以保證物料得以連續地進行乾燥。為一大型穀物乾燥系統的示意圖，該系統由空氣集熱器，乾燥室，熱交換器和輔助加熱器五部分組成，該系統的面積為1885m2的單層玻璃蓋板空氣集熱器，以供應乾燥室的熱空氣。另有面積為350m2的空氣集熱器，供應卵石蓄熱器。為了回收廢氣溫的熱量，設置了一個迴轉式再生預熱器，以利用廢氣予熱進簇系統的新鮮空氣。再生預熱器位於風杭的入口側，新鮮空氣由21℃預熱到43℃，再送入空氣集熱器中加熱至66℃，然後再進入乾燥室。由於乾燥室出來的廢氣溫度為49℃，放熱給再生預熱器后，略高於環境的溫度排出系統，與此同時，蓄熱器由350m2的空氣集熱器加熱，使畜熱器內的河卵石溫度最後達到66℃。這個系統的典型工程狀是：從上午9時到下午4時，由1885m2的太陽能空氣集熱器向乾燥室供熱。下午4時到午夜12時，由蓄熱器向乾燥室供熱，蓄熱器供熱維持66℃到第二天2時半，蓄熱器的溫度將下降到50℃左右，則使用輔助熱源（燃油爐）繼續加熱到上午9時，因此，乾燥室每天由太陽能供熱量達17.5小時即佔70%。在此系統中，再生預熱器，利用廢氣溫保證了空氣所需全部加熱升溫的5%，大大減輕了空氣集熱器的加熱升溫負荷。因此，在太陽能幹燥系統中，研究 熱器回收利用是很有意義的由於廢氣的相對濕度不是太高，一些乾燥系統採用部分廢氣（例如用30-50%）迴流，與熱空氣混合使用，以回收廢熱。

溫室熱太陽能幹燥系統，這是由太陽能空氣集熱器和溫室組合而成的一種乾燥系統。它的乾燥室就是具有透明蓋層的溫室。用空氣集熱器加熱的空氣來增強溫室的乾燥過程。為渡口市的一座乾燥中成藥的集熱器，溫室型的太陽能幹燥系統。空氣集熱器與地面成30度傾角（即當地的地理緯度），四周用角鋼作骨架，底面和側面用兩層鋼板焊接，蓋板為普通玻璃，集熱器內放三層塗以里塗料的鋼絲網，和少量的鐵屑做為吸熱體。溫室為一豎直的長方形容器，置於集熱器後上部，與集熱器聯接，四周用角鋼作骨架，頂層和南部用雙層玻璃覆蓋，其餘各面的鋼板之間填充玻璃棉保溫（現在用聚苯板更好些），室內放置四層料盤，溫室內壁塗黑塗料上部排風口，通過控制閥排出濕空氣。工作時將待乾燥的物料放置在料盤上，一方面直接吸收，透過溫室玻璃射入的太陽輻射，在升溫的同時，水分不斷汽化；另一方面，經太陽能空氣集熱器加熱后的熱空氣，從溫室底部進入后，穿透料層，使物料與溫室的溫度得到進一步提高，加快了物料內部水分向表層擴散汽化，同時加快了溫室內空氣流動的速度，增強排溫能力，總之，強化了乾燥過程。渡口製藥廠，過去用蒸汽乾燥中成藥，每乾燥100kg，要消耗標準煤152kg，而利用太陽能幹燥中藥材，3m3的乾燥容積，在較好的天氣，一次可乾燥濕藥丸31kg，節約標準煤47kg。常規乾燥時，一個周期12小時，利用太陽能幹燥僅用7.5小時，太陽能幹燥的中成藥符合國家衛生標準，同時還減少了環境污染。另外洛陽的“唐三彩”泥胎乾燥系統，也是採用的這種系統，它由151m2太陽能空氣集熱器和72m2輕質保溫烘乾房組成，通過雙迴路操作系統的控制和泥胎自身的蓄熱能力，可以實現開路，閉路或廢氣部分回收等方式的晝夜連續操作，太陽能保證率達83%。

1、空氣熱量在乾燥過程中利用比較充分，因此乾燥效率比較高。 2、廢氣回收，使工質空氣溫含量增加的同時，空氣循環量增加，較高的氣流速度，不但可以補償由於乾燥推動力減少即造成的乾燥過程速度下降，而且使乾燥物料的質量得以保證。 3、必須依靠動力設備才能保證廢氣回收的正常進行。 4、這種乾燥系統可使乾燥作業在空氣相對溫度範圍變化不大情況下進行，而且乾燥過程氣溫變化不大，乾燥速度比較均勻，因此特別適合即些只能在濕空氣下進行乾燥的作業，如農產品、食品、橡膠、皮革的乾燥等。五、太陽能幹燥系統的設計 乾燥太陽能溫室與普通種植溫室結構原理相同，白天應儘可能及吸收太陽能，使室溫升高，有利於乾燥作業的進行。氣溫同的是保溫的性能要求更高，在不斷排溫的同時，能保持較高的溫度，以適應不同物料乾燥的要求。