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干燥作業涉及國民經濟的廣泛領域，所用能源占國民經濟總能耗的12%左右，在干燥生產過程中推廣節能應用具有重大的經濟和社會意義。近年來國內外紛紛進行新能源和可再生能源干燥的研究和推廣，例如利用太陽能、生物質熱源、熱泵、地熱等方式進行干燥，取得了較好的實效，太陽能干燥具有突出優點，同時太陽能具有隨機性、間歇性特點，連續進行的干燥作業需要配備輔助熱源。 

    熱泵具有節能、穩定、無污染排放等優點，在我國的很多地區可以全年運行，是一種理想的太陽能輔助干燥熱源，近年來太陽能-熱泵干燥方式得到廣泛的研究和生產應用。 

1、實驗設備 

    圖1和圖2為太陽能-熱泵聯合干燥系統干燥房和熱源系統的實物照片。干燥系統建于廣東佛山市三水區樂平鎮，屬于熱帶季候風氣候，全年平均氣溫和最低氣溫高于零度，太陽能-熱泵熱源可以滿足全年任何時段的24小時連續干燥需求。

    聯合系統干燥系統結構示意圖如圖3所示，其中換熱柜內部安裝有換熱器和離心風機，干燥房內部由布風孔板隔開為上下兩層，底層送風，物品在上層干燥，循環風流動方向如圖中箭頭所示。運行時，當干燥房中的熱風濕度超過設定值，控制系統自動開啟熱回收器排放濕空氣并與新風換熱，降低室內熱空氣濕度。在干燥房中溫度發生變化后，通過邏輯計算控制流量調節閥的開度改變換熱器中流過的熱水流量，維持物品干燥的吸熱和散熱平衡，實現恒溫干燥。

    在干燥房的頂部安裝有雙層玻璃蓋板，干燥某些需要有陽光照射的物品時（如臘腸、臘肉等），蓋板在保證陽光投射的同時，有效防止頂部散熱。雙層蓋板中間的空氣夾層在降低干燥房頂部傳熱系數，減少散熱損失，對比單層玻璃蓋板，其頂部散熱損失降低幾十倍。在夜晚或者物料禁止陽光照曬的情況下，蓋板下面的遮擋板鋪開防止太陽直曬。通過玻璃蓋板的使用，干燥房變成類似太陽能集熱器的功能，提高了太陽能的利用率。 

    使用太陽能供熱時，在小水箱水溫超過設定值后，大小水箱間的閥門打開進行流動，保持小水箱水溫恒定和蓄熱。陰天或者夜晚時小水箱水溫不能滿足使用要求，開啟熱泵循環加熱大水箱中的水。 

本次實驗用到的裝置和儀器參數見表1。 

2、系統測試數據 

    干燥系統通過計算機視窗操作實現對運行參數的自動記錄和控制設定，通過軟硬件配合實現自動智能控制。預設參數包括水箱溫度、干燥房溫濕度、排氣濕度、干燥時間、熱源控制模式等，開發的控制界面如圖4所示。 

    被干燥物品為初始含濕量為95%的新鮮蔬菜，均勻放置于干燥房內的不銹鋼多層置料板上。主要測量參數包括：太陽能總輻射強度，干燥房內和環境的干濕球溫度，測量樣品的重量。即時測量的集熱器傾斜面上太陽能總輻射強度值隨時間變化如圖5所示。 

    被干燥菜干重量隨時間變化如圖6所示。隨著干燥過程的進行，被干燥蔬菜的含水量逐漸降低，其重量變化曲線斜率先增加后降低。前期平緩的原因在于干燥房初始溫度低，在室溫逐漸增加的過程中，蔬菜中水分蒸發速率隨溫度升高而增加，為升速干燥階段。干燥房內溫度達到設定值后，隨著干燥作業的進行，干燥曲線斜率基本不變，為恒速干燥階段。在樣品干燥出一定水分后，干燥出的水分中結合水所占的比率增加，干燥難度增大，此時樣品中水分蒸發速率隨著樣品含水量的降低而降低，干燥曲線斜率降低。 

    系統干燥后的菜干實物照片如圖7所示。干燥后的菜干潔凈，品相好，無粉碎，在空氣中放置多天后未腐爛變質。干燥運行18個小時，完全采太陽能熱源，未曾開啟熱源。初始干燥前菜干重量為200kg，干燥后菜干中的水分蒸發90.86%，干燥過程中水泵和風機總電耗為79.5KW.h。傳統干燥方式的能耗與蒸發水分的汽化潛熱之比為2-3，本次干燥所耗電能和蒸發水分的汽化潛熱之比為0.63左右，具有顯著節能效果。

    本次建設的干燥系統的保溫性能、換熱效率和干燥量具有很大改善余地，未能發揮干燥系統的最佳使用性能，在推廣使用過程中其節能性可以進一步提升。 

3、熱回收效果 

    為評估干燥過程中的熱回收器的運行效果，控制熱回收器為手動操作狀態。測量計算干燥過程中熱回收器回收的能量值Qs和能量熱收比K。 

Qs=∑Ws X t (1)

K=Ws/Wi     (2)

Ws=△h X v X p (3)

其中，Ws為熱回收器運行過程中回收的能量功率，KW；

K為測量的時間間隔，S；

Wi為熱回收器運行功耗，KW；

△h為濕空氣在熱回收系統進出口間的焓差，KJ/kg；

V為濕空氣排放的體積流量，m3/h；

p為濕空氣排放時的密度，kg/m3； 

    將實驗數據帶入計算公式（1）、（2），求得熱回收器的回收熱量功率如圖8。隨著干燥作業的進行，干燥物品的濕度降低，排放濕空氣的焓值降低，熱回收器熱量回收的功率降低，而熱回收器運行耗功不變，能量熱回收比的數值逐漸降低。 

    統計熱回收器每小時回收能量值可知，在干燥測試的350分鐘時間內，熱回收器回收量42.61kj，回收能量與自身耗功比為29，可見熱回收器的安裝運行具有可觀經濟效益和良好的節能效果。 

4、結論 

    我們設計一套太陽能-熱泵聯合干燥系統，以真空管集熱器所采集的太陽能作為主要干燥熱源，以高溫熱泵烘干機作為輔助備用熱源，采用智能控制軟硬件實現24小時連續恒溫干燥。 

    利用本系統對新鮮蔬菜進行干燥測試表明，設計的系統運行穩定，干燥后的菜干品相優秀。通過智能控制，實驗過程中溫度波動被有效的限制在要求范圍內，滿足恒溫要求；采用蓄能水箱，有效延長了太陽能熱源的使用時長；熱回收器的采用產生顯著節能效果以及經濟效益。