新型太陽能熱泵烘干機(jī)技術(shù)研究與開發(fā)

方鳳才 梁志堅(jiān) 周帆

【摘 要】開展新型太陽能熱泵烘干機(jī)的研究與開發(fā)，對于促進(jìn)太陽能利用、助推工、農(nóng)業(yè)節(jié)能減排及加快新能源新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有積極和重要的意義。太陽能資源，遠(yuǎn)大于人類對能源的總需求，應(yīng)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(shù)的進(jìn)步，特別是太陽能烘干技術(shù)的進(jìn)步，太陽能熱利用的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷拓展，從傳統(tǒng)的自然光照晾曬，拓展到先進(jìn)的太陽能烘干，整機(jī)技術(shù)應(yīng)用于工、農(nóng)業(yè)的烘干領(lǐng)域。

【關(guān)鍵詞】新型；太陽能熱泵；烘干機(jī)

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

0 前言

當(dāng)前，太陽能是在未來能源應(yīng)用領(lǐng)域中公認(rèn)的最重要的一種能源資源，國內(nèi)外有很多專家都預(yù)測，太陽能到2050年以后，將在能源消費(fèi)中占有極大的比例，甚至將占到能源總消費(fèi)的53%以上。因此，我們應(yīng)重視太陽能熱利用技術(shù)的研究和開發(fā)。目前，太陽能熱利用技術(shù)非常多，包括集熱技術(shù)、儲能技術(shù)、儲熱技術(shù)等。這些技術(shù)我國都有，只是有的還不夠成熟，需要進(jìn)一步研發(fā)。我們要引導(dǎo)和支持有志于此的企業(yè)參與進(jìn)來，理清我國究竟需要什么樣的太陽能技術(shù)，以及哪些技術(shù)需要進(jìn)一步研究和開發(fā)。太陽能空氣能烘干技術(shù)，是太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，對這個項(xiàng)目開展研究有積極的示范意義。

1 新型烘干機(jī)的發(fā)展及應(yīng)用技術(shù)研究

1.1 我國烘干機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r

傳統(tǒng)的農(nóng)產(chǎn)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(jié)構(gòu)簡單、建造容易、成本較低，因此在國內(nèi)有較多的人使用。

隨著人們對農(nóng)產(chǎn)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(jié)構(gòu)的太陽能干燥溫室暴露出來的問題越來越多，其主要缺點(diǎn)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(huán)境溫度高出20～30 ℃，可達(dá)到50～60 ℃；冬季只比環(huán)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(nèi)使物料干燥到安全含水率以下?？傊@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(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部的水分保留程度直接影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，如果質(zhì)量降低，農(nóng)產(chǎn)品的利潤會大大減少。因此，針對上述情況，急需研發(fā)一款新型太陽能熱泵烘干機(jī)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的烘干方式，并且要求烘干機(jī)自動化程度高、消耗能量較小、性價比高且可在較大范圍內(nèi)推廣使用。

1.2 新型太陽能熱泵烘干機(jī)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(nèi)部的空氣進(jìn)行加熱而獲得高溫空氣，高溫?zé)峥諝饨?jīng)過外加動力，如風(fēng)機(jī)驅(qū)動運(yùn)行，從集熱器與烘干室經(jīng)過，利用保溫管道輸送到烘干室中，高溫?zé)岬目諝庠诤指叩霓r(nóng)作物的表面與農(nóng)作物內(nèi)部之間進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)，使農(nóng)作物中的水分逐步汽化，并擴(kuò)散到空氣中，使農(nóng)作物中所含的水分逐步減少，最終變成干燥狀態(tài)。熱空氣與農(nóng)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(qū)動風(fēng)機(jī)的驅(qū)動下，通過保溫管道再循環(huán)回流到達(dá)太陽能集熱器繼續(xù)加熱余熱空氣，然后獲得高溫?zé)峥諝?，再提供給干燥室。經(jīng)多次反復(fù)循環(huán)，利用余熱，最終達(dá)到使農(nóng)產(chǎn)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(huán)回流的管道中，采用簡單的技術(shù)，如濕熱空氣干燥過濾技術(shù)、內(nèi)部添加過濾網(wǎng)、使用有高效藥用炭等干燥物質(zhì)，能把帶有水分的濕熱空氣中的水分過濾。這樣，濕熱空氣經(jīng)過過濾網(wǎng)后，水分會被干燥劑充分吸收?？諝飧稍镞^濾網(wǎng)安裝和更換方便，價格低廉，利用余熱循環(huán)利用技術(shù)，能有效提高烘干效率25%以上。

1.3 太陽能及熱泵協(xié)同聯(lián)動利用技術(shù)

在天氣晴朗的情況下，優(yōu)先利用太陽能系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)和熱泵烘干機(jī)聯(lián)合工作，通過太陽能集熱器和熱泵的協(xié)同聯(lián)動工作，可以把更多的熱量傳送到干燥室內(nèi)而不會影響農(nóng)作物的烘干時間。利用這種太陽能和熱泵互補(bǔ)技術(shù)，可以很好地保證干燥室內(nèi)農(nóng)產(chǎn)品所需的烘干溫度，為農(nóng)產(chǎn)品的烘干質(zhì)量提供可靠的保障。其中，熱泵烘干機(jī)是節(jié)能的關(guān)鍵設(shè)備，在太陽能不充足的情況下可單獨(dú)運(yùn)行；而在太陽能充足的時候，太陽能集熱器供熱系統(tǒng)則是聯(lián)合干燥系統(tǒng)中最重要的輔助供熱設(shè)備，在干燥過程中，可取得比較理想的干燥質(zhì)量、節(jié)能效果和環(huán)境效益。系統(tǒng)的工作過程，由微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動控制，使得系統(tǒng)運(yùn)行更穩(wěn)定、更節(jié)能。太陽能干燥與熱泵干燥都屬于節(jié)能干燥技術(shù)，二者相結(jié)合的聯(lián)合技術(shù)，既發(fā)揮了2種方法的優(yōu)點(diǎn)，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(lián)動干燥室如圖1所示。

1.4 高效集熱器制作技術(shù)

集熱器板蓋采用新型雙層玻璃板蓋技術(shù)，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(nèi)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(dá)90%以上，能提高熱效率。雙層玻璃中間的高真空窄縫增強(qiáng)了隔熱性，減少了對流傳導(dǎo)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(zhì)量比較輕，堅(jiān)固耐用，美觀大方，價格低廉，而且便于運(yùn)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(fā)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(huán)己酮，還新加入增塑劑、抗老化劑、氧化劑、復(fù)合劑、防沉劑），該新涂料對太陽光的吸收率可達(dá)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(shù)研究

傳統(tǒng)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(nóng)產(chǎn)品的烘干品質(zhì)。廣西吉寬太陽能設(shè)備有限公司自主研發(fā)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(fā)泡而得，還加入二甲醚、無機(jī)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(fā)明技術(shù)，即聚氨酯保溫材料噴涂，該材料環(huán)保，噴涂整體無逢，保溫性能良好，平均導(dǎo)熱系數(shù)≤0.023 8[W/（m·K）]；減少熱量損失70%以上。

2 新型烘干機(jī)與同類產(chǎn)品對比

新型烘干機(jī)與一些品牌產(chǎn)品的技術(shù)性能參數(shù)對比見表1。

3 結(jié)論

有關(guān)部門預(yù)測，到2025年，全球能源消耗量將比2002年增長53%，工業(yè)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(nèi)的亞洲發(fā)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(fā)展中國家增長量的70%。傳統(tǒng)能源的日益枯竭，人類生存環(huán)境的惡化，發(fā)展清潔可再生的新能源是人類可持續(xù)發(fā)展的唯一出路。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：鐘聲賢]