新型太阳能热泵烘干机技术研究与开发

方凤才 梁志坚 周帆

【摘 要】开展新型太阳能热泵烘干机的研究与开发，对于促进太阳能利用、助推工、农业节能减排及加快新能源新兴产业的发展具有积极和重要的意义。太阳能资源，远大于人类对能源的总需求，应用前景十分广阔。地球上的能源中有超过90%都是来自太阳能。随着太阳能热利用技术的进步，特别是太阳能烘干技术的进步，太阳能热利用的应用领域正在不断拓展，从传统的自然光照晾晒，拓展到先进的太阳能烘干，整机技术应用于工、农业的烘干领域。

【关键词】新型；太阳能热泵；烘干机

【中图分类号】TK515 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）11-0040-03

0 前言

当前，太阳能是在未来能源应用领域中公认的最重要的一种能源资源，国内外有很多专家都预测，太阳能到2050年以后，将在能源消费中占有极大的比例，甚至将占到能源总消费的53%以上。因此，我们应重视太阳能热利用技术的研究和开发。目前，太阳能热利用技术非常多，包括集热技术、储能技术、储热技术等。这些技术我国都有，只是有的还不够成熟，需要进一步研发。我们要引导和支持有志于此的企业参与进来，理清我国究竟需要什么样的太阳能技术，以及哪些技术需要进一步研究和开发。太阳能空气能烘干技术，是太阳能热利用产业的发展方向，对这个项目开展研究有积极的示范意义。

1 新型烘干机的发展及应用技术研究

1.1 我国烘干机的发展状况

传统的农产品干燥方法，通常利用少量的人工建立一个简单的玻璃干燥温室，靠太阳光的直射获得热量。这种太阳能干燥温室的结构简单、建造容易、成本较低，因此在国内有较多的人使用。

随着人们对农产品的烘干温度、湿度、水分保留等的要求越来越高。这种简单结构的太阳能干燥温室暴露出來的问题越来越多，其主要缺点是干燥器的温升较小。一般情况下，干燥器在夏季的温度要比环境温度高出20～30 ℃，可达到50～60 ℃；冬季只比环境温度高出10～20 ℃。由于这个原因，如果被干燥物料的含水率较高，温室型太阳能干燥器所提供的热量有时就不能够在较短的时间内使物料干燥到安全含水率以下。总之，这种简单的太阳能干燥温室会随着天气的变化，其温度的波动也大，尤其是在天气不好的情况下，而且不能精确地控制烘干程度。农产品内部的水分保留程度直接影响农产品的质量，如果质量降低，农产品的利润会大大减少。因此，针对上述情况，急需研发一款新型太阳能热泵烘干机，代替传统的烘干方式，并且要求烘干机自动化程度高、消耗能量较小、性价比高且可在较大范围内推广使用。

1.2 新型太阳能热泵烘干机的烘干原理

太阳能集热板通过日光的照射，不断地吸收阳光的热量，不断地给内部的空气进行加热而获得高温空气，高温热空气经过外加动力，如风机驱动运行，从集热器与烘干室经过，利用保温管道输送到烘干室中，高温热的空气在含水分高的农作物的表面与农作物内部之间进行传热、传质，使农作物中的水分逐步汽化，并扩散到空气中，使农作物中所含的水分逐步减少，最终变成干燥状态。热空气与农作物的湿热交换过程中，烘干室的热空气温度下降，而余下的热空气在驱动风机的驱动下，通过保温管道再循环回流到达太阳能集热器继续加热余热空气，然后获得高温热空气，再提供给干燥室。经多次反复循环，利用余热，最终达到使农产品干燥的目的。充分利用太阳辐射能，有效地提高干燥的温度，缩短了干燥时间，解决了干燥物品被污染等问题。热空气湿热交换过程中含有水分，在循环回流的管道中，采用简单的技术，如湿热空气干燥过滤技术、内部添加过滤网、使用有高效药用炭等干燥物质，能把带有水分的湿热空气中的水分过滤。这样，湿热空气经过过滤网后，水分会被干燥剂充分吸收。空气干燥过滤网安装和更换方便，价格低廉，利用余热循环利用技术，能有效提高烘干效率25%以上。

1.3 太阳能及热泵协同联动利用技术

在天气晴朗的情况下，优先利用太阳能系统供热；在阴雨天或弱阳光天气的情况下，则启动空气源热泵系统来辅助供热；在多云或气温较低的晴天，可同时开启太阳能供热系统和热泵烘干机联合工作，通过太阳能集热器和热泵的协同联动工作，可以把更多的热量传送到干燥室内而不会影响农作物的烘干时间。利用这种太阳能和热泵互补技术，可以很好地保证干燥室内农产品所需的烘干温度，为农产品的烘干质量提供可靠的保障。其中，热泵烘干机是节能的关键设备，在太阳能不充足的情况下可单独运行；而在太阳能充足的时候，太阳能集热器供热系统则是联合干燥系统中最重要的辅助供热设备，在干燥过程中，可取得比较理想的干燥质量、节能效果和环境效益。系统的工作过程，由微机监控系统实现自动控制，使得系统运行更稳定、更节能。太阳能干燥与热泵干燥都属于节能干燥技术，二者相结合的联合技术，既发挥了2种方法的优点，又克服了太阳能干燥受气候影响大的缺陷。太阳能和热泵联动干燥室如图1所示。

1.4 高效集热器制作技术

集热器板盖采用新型双层玻璃板盖技术，四周由双层钢化玻璃封闭，两层钢化玻璃之间有空隙，由垫块垫起并抽真空，钢化玻璃内表面涂有低反射涂层。该钢化玻璃可提高承压能力，透光率达90%以上，能提高热效率。双层玻璃中间的高真空窄缝增强了隔热性，减少了对流传导热损失，提高集热效率15%；集热器的外壳由铝合金材料组成，质量比较轻，坚固耐用，美观大方，价格低廉，而且便于运输和安装；集热器里面的四周铺上隔热层，隔热层采用新型高性能聚氨酯组合物，使隔热性能提高30%。新型研发平板集热器上的吸热板采用薄铝板，表面涂有一层新涂料（新配方添加剂由硒硫化镉粉和氧化铜粉来配置吸收剂，溶剂为乙醇、丙酮或环己酮，还新加入增塑剂、抗老化剂、氧化剂、复合剂、防沉剂），该新涂料对太阳光的吸收率可达到94%，反射率控制在5%±3%，使得集热板集热效率比普通涂层的吸热板提高35%以上。

1.5 干燥室高效保温技术研究

传统的干燥室是由普通的红砖或者彩钢板材制作，保温效果极差，热量不易保存，热量容易传到外界，热量损失太大，烘干效率低，烘干效果不好，影响农产品的烘干品质。广西吉宽太阳能设备有限公司自主研发的新型高效聚氨酯保温材料由组分异氰酸酯和聚醚多元醇混合发泡而得，还加入二甲醚、无机阻燃剂、玻璃纤维、壳聚糖和膨胀珍珠岩等主要原料。干燥室四周采用公司自有发明技术，即聚氨酯保温材料喷涂，该材料环保，喷涂整体无逢，保温性能良好，平均导热系数≤0.023 8[W/（m·K）]；减少热量损失70%以上。

2 新型烘干机与同类产品对比

新型烘干机与一些品牌产品的技术性能参数对比见表1。

3 结论

有关部门预测，到2025年，全球能源消耗量将比2002年增长53%，工业国家的能源消耗量以每年1.3%的速度增长，包括中国和印度在内的亚洲发展中国家的能源消耗量将比目前增长1倍，占全球能量需求增长量的40%和发展中国家增长量的70%。传统能源的日益枯竭，人类生存环境的恶化，发展清洁可再生的新能源是人类可持续发展的唯一出路。

参 考 文 献

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[责任编辑：钟声贤]