国内外太阳能干燥农副产品的研究现状与展望

能源是经济建设和社会发展的重要物质基础，随着全球经济的快速增长和人民生活水平的不断提高，对能源的需求也随之增大，能源的供需矛盾将进  步加剧。从环境保护和全球可持续发展的战略出发，新能源和可再生能源的开发和利用已经成为一个全球性的重大课题。太阳能是新能源和可再生能源中最引人注目、开发研究最多、应用最广的清洁能源，可以说，未来全球能源的主流就是太阳能。 太阳能干燥是指利用太阳辐射能、利用太阳能干燥装置进行的干燥作业。具有干燥周期短、干煤效率高、干燥产品品质好等优点。实践证明，太阳能干燥是一种行之有效的方法，对发展农村经济，节约常规能源，避免环境污染，提高产品质量，改变落后的生产加工方式和农民致富都将起积极作用。
我国干燥作业涉及国民经济的广泛领域，同时也是我国的耗能大户之一，所用能源占国民经济总能耗的12%左右。料干燥过程造成的污染常常是我国环境污染的主要来源，因此干燥技术的节能与环保问题十分重要。利用太阳能进行干燥作业能有效地节约能源，保护环境。  般农产品要求的干燥温度比较低，大约在40～55℃之间，这正好与太阳能热利用领域中的低温热利用相匹配，这不仅能大大缩短干燥周期，显著提高产品质量，还不会破坏其食品的营养价值。因此应用太阳能干煤农副产品，具有广阔的发展前景。
1太阳能干燥装置的分类
太阳能干燥装置按接受太阳能及能量输入方式来分主要有四种类型：温室型、集热器型、集热器——温室型和整体式。此外，根据热空气的流动方式，我们还可以把太阳能干燥装置分为自然循环式和强制循环式。
1.1温室型太阳能干燥器
温室型干燥器的结构与栽培农作物的温室相似，温室即为干燥室，待干物料置于温室内，直接吸收太阳辐射，温室内的空气被加热升温，物料脱去水分，达到干燥的目的。温室型干燥器一般都设有排风装置，排去含湿量大的空气，缩短物料的干燥周期。由于这种干燥器结构简单，造价低廉，在山西、河北、北京、广东等地的农村被广泛应用。尤其在山西省，建成了10多座这种类型的干燥器，面积超过l000m2，用于干燥红枣、黄花菜、棉花等。
1.2集热器型太阳能干燥器
集热器型干燥器是太阳能空气集热器与干燥室组合而成的干燥装置，这种干燥器利用集热器把空气加热到60～70℃，然后通入干燥室，物料在干燥室内实现对流热质交换过程，达到干燥的目的。干燥器一般设计为主动式，用风机鼓风以增强对流换热效果。这种干燥器有以下一些特点：
①可以根据物料的干燥特性调节热风的温度；②物料在干燥室内分层放置，单位面积能容纳的物料多；③强化对流换热，干燥效果更好；④适合不能受阳光直接曝晒的物料干燥，如鹿茸、啤酒花、切片黄芪、木材、橡胶等。
1.3集热器——温室型干燥器
温室型太阳能干燥器结构简单、效率较高，缺点是温升较小，在干燥含水率高的物料时（如蔬菜、水果等），温室型干燥器所获得的能量不足以在较短的时间内使物料干燥至安全含水率以下。为增加能量以保证被干物料的干燥质量，在温室外增加一部分集热器，就组成了集热器——温室型太阳能干燥装置。物料一方面直接吸收透过玻璃盖层的太阳辐射，另一方面又受到来自空气集热器的热风冲刷，以辐射和对流换热方式加热物料，适用于干燥那些含水率较高、要求干燥温度较高的物料。
1.4整体式太阳能干燥器
整体式太阳能干燥器将太阳能空气集热器与干燥室两者合并成为一个整体。装有物料的料盘排列在干燥室内，物料直接吸收太阳辐射能，起吸热板的作用，空气则由于温室效应而被加热。干燥室内安装轴流风机，使空气在两列干燥室中不断循环，并上下穿透物料层，使物料表面增加与热空气接触的机会。在整体式太阳能干燥器内，辐射换热与对流换热同时起作用，干燥过程得以强化。吸收了水分的湿空气从排气管排出，通过控制阀门，还可以使部分热空气随进气口补充的新鲜空气回流，再次进入干燥室减少排气热损失。
2太阳能干燥农副产品的优势
(1)节省燃料：
(2)减少对环境的污染；
(3)缩短产品的干燥周期；
(4)提高产品的质量；
(5)提高优质产品成品率；
(6)投资少，回收期短。3国外太阳能干燥农副产品的研究现状
利用太阳能干燥技术的研究和推广应用工作，已在世界上许多国家展开，主要有美国、英国、法国、德国、加拿大、澳大利亚、新西兰和日本等国。太阳能干煤的推广应用大部分在热带和亚热带国家，如南非、乌干达、菲律宾、泰国、印度、孟加拉国及中国等。泰国早在20世纪80年代就推广使用一种太阳能干燥器烘干谷物，在非收获季节，还可以用于干燥胡椒、辣椒、咖啡豆、小虾等，全年都可利用。印度研制了太阳能与烟气联合的谷物干燥机，日干燥能力为650～l000kg，也有每小时干燥能力为375kg的太阳能谷物干燥机；还有用于干燥胡椒的太阳能干燥房，效果很好。此外，印度在烟草和马铃薯等农作物方面，也在推广太阳能干煤。印度尼西亚的太阳能干燥多数为温室型，也有用木屑作燃料加热水作辅助能源的组合干燥装置，干燥对象主要是谷物等农作物。
据相关资料报道，国外已建成一批采光面积超过500m2的大型太阳能干燥器，其中美国4座、印度2座、阿根廷1座，这标志着太阳能干燥在世界上已
经进入生产应用阶段。由于全球的能源和环境问题日益突出，近十年来太阳能干燥技术的应用有较大的发展。国际太阳能干燥技术的推广应用情况有以下几个特点：
(1)太阳能干煤对象以谷物、烟草、水果等农副产品为主，其次是木材。
(2)太阳能干燥的发展方向是提高太阳能干燥装置的热效率和降低成本。
(3)注重实用性，尽量使用廉价材料。例如以干沙做吸热体，用塑料薄膜做透光材料。
(4)许多国家对太阳能、风能等新能源的开发和推广应用都有相应的鼓励和扶持政策。例如在瑞典对节能干燥技术有15%的财政资助。德国、美国、澳大利亚、日本及印度尼西亚等国，对太阳能干燥实行免税、减税、补贴、无息或贴息贷款等优惠措施。
4国内太阳能干燥农副产品的研究现状
随着全球常规能源日益紧缺和人们充分利用新能源的意识不断增强，国家通过大量投入，把太阳能干燥与利用列入我国科技攻关计划，使该项研究发展较快，除了开展如杂粮类、果品类、蔬菜类以及木材的太阳能干燥试验和应用研究，还进行了如中草药、茶叶、鲜花植物叶片、食品（如鱼、腊肠等）、天然橡胶、污泥等物质的干燥工艺的研究和干燥设备的开发与研制，并得了一些科研成果，有的已经将这些新技术投放市场，进入了技术应用的推广阶段，取得了较大的经济与社会效益。
从太阳能干燥装置的规模而言，我国的太阳能干煤装置多数是采光面在200m2以下的中小型，尤其以小型居多。目前已知最大的太阳能干燥装置是采光面积为650m2太阳能腊味干燥装置，其次是620m2大型太阳能干燥示范装置，以及采光面积为500m2的湖南省东连县糖果厂的太阳能干燥装置。
我国有较丰富的太阳能资源，约有2/3的国土年辐射时间超220小时，年辐射总量超过5000MJ/m2。全年照射到我国的太阳能相当于目前全年的煤、石油、天然气和各种柴草等全部常规能源所提供能量的2000多倍。近20年来，中国太阳能干燥的应用研究和其他太阳能热利用一样，经历了一个由浅入深，由简单小试到较完善生产试验而发展起来。据不完全统计，到目前为止我国已建各种类型的太阳能干燥装置200多座，总采光面积近20000m2。太阳能干燥已广泛地应用于工农业生产的干燥作业。在这些项目中获得科研成果奖的有11项，其中获国家级科学进步奖2项，获省、部级和中国科学院成果奖、科技进步奖和贡献奖7项，取得了良好的社会效益和经济效益。
5太阳能干燥农副产品发展前景
我国是农业生产和出口的大国之一，农产品资源丰富，物种多样。各地为了促进经济的发展，纷纷将本地区具有资源优势及开发利用前景的农产品作为地方支柱产业发展，然而，由于我国现有的农副产品加工技术含量低，产品质量不高，产品附加值低，从而导致产品缺乏市场竞争力，直接影响到产业的可持续发展。
产品干燥是产品加工过程中的一个重要工艺过程，采用常规能源干燥农产品，投资大，需消耗大量能源，以致农产品成本增高，并造成不同程度的环境污染。采用太阳能干燥农副产品能节约常规能源，避免环境污染，提高产品质量，改变落后的生产加工方式。因此我国应用太阳能干燥农副产品，发展前景广阔。
总体而言，国内太阳能干燥在食品领域的应用还处于起步阶段，有许多需要完善的地方，实用性、自动化和工业化是其主要的发展方向。我们尚需对太阳能干煤系统、太阳能空气集热器加热系统的优化设计，太阳能与常规能源的结合方式，各种不同物料的太阳能干煤新工艺及其优化干燥工艺条件的自控系统等课题，展开进一步研究，以使太阳能干燥这项技术，更好地适应现代化生产干燥作业的需要。
综上所述，太阳能干燥农副产品是一项值得大力开发的应用技术，特别是在当前国家推行节能减排的形势下更应优先推广应用。太阳能干煤系统研究取得的成果及其推广应用于工农业生产的实践表明，太阳能干煤农副产品在技术经济上是可行的，具有良好的应用前景。
崔璐1，王香英2，窦志浩1，谢辉1，万祝宁1，谭勇1
（1．海南省农业科学院农产品加工设计研究所，海口571100;
2．中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所，儋州571737）
农产品加工2010.14