干燥作业涉及国民经济的广泛领域，所用能源占国民经济总能耗的12%左右，在干燥生产过程中推广节能应用具有重大的经济和社会意义。近年来国内外纷纷进行新能源和可再生能源干燥的研究和推广，例如利用太阳能、生物质热源、热泵、地热等方式进行干燥，取得了较好的实效，太阳能干燥具有突出优点，同时太阳能具有随机性、间歇性特点，连续进行的干燥作业需要配备辅助热源。 

    热泵具有节能、稳定、无污染排放等优点，在我国的很多地区可以全年运行，是一种理想的太阳能辅助干燥热源，近年来太阳能-热泵干燥方式得到广泛的研究和生产应用。 

1、实验设备 

    图1和图2为太阳能-热泵联合干燥系统干燥房和热源系统的实物照片。干燥系统建于广东佛山市三水区乐平镇，属于热带季候风气候，全年平均气温和最低气温高于零度，太阳能-热泵热源可以满足全年任何时段的24小时连续干燥需求。

    联合系统干燥系统结构示意图如图3所示，其中换热柜内部安装有换热器和离心风机，干燥房内部由布风孔板隔开为上下两层，底层送风，物品在上层干燥，循环风流动方向如图中箭头所示。运行时，当干燥房中的热风湿度超过设定值，控制系统自动开启热回收器排放湿空气并与新风换热，降低室内热空气湿度。在干燥房中温度发生变化后，通过逻辑计算控制流量调节阀的开度改变换热器中流过的热水流量，维持物品干燥的吸热和散热平衡，实现恒温干燥。

    在干燥房的顶部安装有双层玻璃盖板，干燥某些需要有阳光照射的物品时（如腊肠、腊肉等），盖板在保证阳光投射的同时，有效防止顶部散热。双层盖板中间的空气夹层在降低干燥房顶部传热系数，减少散热损失，对比单层玻璃盖板，其顶部散热损失降低几十倍。在夜晚或者物料禁止阳光照晒的情况下，盖板下面的遮挡板铺开防止太阳直晒。通过玻璃盖板的使用，干燥房变成类似太阳能集热器的功能，提高了太阳能的利用率。 

    使用太阳能供热时，在小水箱水温超过设定值后，大小水箱间的阀门打开进行流动，保持小水箱水温恒定和蓄热。阴天或者夜晚时小水箱水温不能满足使用要求，开启热泵循环加热大水箱中的水。 

本次实验用到的装置和仪器参数见表1。 

2、系统测试数据 

    干燥系统通过计算机视窗操作实现对运行参数的自动记录和控制设定，通过软硬件配合实现自动智能控制。预设参数包括水箱温度、干燥房温湿度、排气湿度、干燥时间、热源控制模式等，开发的控制界面如图4所示。 

    被干燥物品为初始含湿量为95%的新鲜蔬菜，均匀放置于干燥房内的不锈钢多层置料板上。主要测量参数包括：太阳能总辐射强度，干燥房内和环境的干湿球温度，测量样品的重量。即时测量的集热器倾斜面上太阳能总辐射强度值随时间变化如图5所示。 

    被干燥菜干重量随时间变化如图6所示。随着干燥过程的进行，被干燥蔬菜的含水量逐渐降低，其重量变化曲线斜率先增加后降低。前期平缓的原因在于干燥房初始温度低，在室温逐渐增加的过程中，蔬菜中水分蒸发速率随温度升高而增加，为升速干燥阶段。干燥房内温度达到设定值后，随着干燥作业的进行，干燥曲线斜率基本不变，为恒速干燥阶段。在样品干燥出一定水分后，干燥出的水分中结合水所占的比率增加，干燥难度增大，此时样品中水分蒸发速率随着样品含水量的降低而降低，干燥曲线斜率降低。 

    系统干燥后的菜干实物照片如图7所示。干燥后的菜干洁净，品相好，无粉碎，在空气中放置多天后未腐烂变质。干燥运行18个小时，完全采太阳能热源，未曾开启热源。初始干燥前菜干重量为200kg，干燥后菜干中的水分蒸发90.86%，干燥过程中水泵和风机总电耗为79.5KW.h。传统干燥方式的能耗与蒸发水分的汽化潜热之比为2-3，本次干燥所耗电能和蒸发水分的汽化潜热之比为0.63左右，具有显著节能效果。

    本次建设的干燥系统的保温性能、换热效率和干燥量具有很大改善余地，未能发挥干燥系统的最佳使用性能，在推广使用过程中其节能性可以进一步提升。 

3、热回收效果 

    为评估干燥过程中的热回收器的运行效果，控制热回收器为手动操作状态。测量计算干燥过程中热回收器回收的能量值Qs和能量热收比K。 

Qs=∑Ws X t (1)

K=Ws/Wi     (2)

Ws=△h X v X p (3)

其中，Ws为热回收器运行过程中回收的能量功率，KW；

K为测量的时间间隔，S；

Wi为热回收器运行功耗，KW；

△h为湿空气在热回收系统进出口间的焓差，KJ/kg；

V为湿空气排放的体积流量，m3/h；

p为湿空气排放时的密度，kg/m3； 

    将实验数据带入计算公式（1）、（2），求得热回收器的回收热量功率如图8。随着干燥作业的进行，干燥物品的湿度降低，排放湿空气的焓值降低，热回收器热量回收的功率降低，而热回收器运行耗功不变，能量热回收比的数值逐渐降低。 

    统计热回收器每小时回收能量值可知，在干燥测试的350分钟时间内，热回收器回收量42.61kj，回收能量与自身耗功比为29，可见热回收器的安装运行具有可观经济效益和良好的节能效果。 

4、结论 

    我们设计一套太阳能-热泵联合干燥系统，以真空管集热器所采集的太阳能作为主要干燥热源，以高温热泵烘干机作为辅助备用热源，采用智能控制软硬件实现24小时连续恒温干燥。 

    利用本系统对新鲜蔬菜进行干燥测试表明，设计的系统运行稳定，干燥后的菜干品相优秀。通过智能控制，实验过程中温度波动被有效的限制在要求范围内，满足恒温要求；采用蓄能水箱，有效延长了太阳能热源的使用时长；热回收器的采用产生显著节能效果以及经济效益。