Solar dehydrator/太陽能脫水器

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太陽能脫水機（或太陽能乾燥機）可讓使用者在不消耗能源或造成污染的情況下保存食物，而其他乾燥技術則會產生這些影響。

數千年來，農產品和其他產品一直依靠陽光和風力在露天晾曬。其目的要么是為了保存以備後用，例如食品；要么是生產過程的組成部分，例如木材、煙草和洗衣。在工業化地區和產業，露天晾曬如今已基本被機械化乾燥機所取代。機械化乾燥機配備鍋爐加熱進氣，並由風扇以高速強制空氣通過。機械化乾燥比露天晾曬速度更快，佔用土地更少，通常也能獲得更好的產品品質。但機械化設備價格昂貴，且運作需要大量的燃料或電力。

本技術簡報中的「太陽能乾燥」指的是利用太陽能進行乾燥的方法，但不包括露天「日曬乾燥」。太陽能乾燥機的優點在於其乾燥效率可能高於日曬乾燥，且運作成本低於機械乾燥機。目前已有多種設計方案在技術上得到驗證，雖然尚未廣泛應用，但人們對其發展潛力仍抱持樂觀態度。

圖 1 展示了一種著名的太陽能脫水機。它是為滿足大米的特定需求而設計的，但其原理也適用於其他產品和設計類型，因為去除水分的基本需求是相同的。

空氣通過自然對流進入乾燥器。空氣在通過集熱器時被加熱，然後在吸收米中的水分時部分冷卻。米既透過空氣加熱，也直接透過陽光加熱。

暖空氣比冷空氣能容納更多的水分，因此所需的水分量取決於它在集熱器中加熱到的溫度，以及它進入集熱器時所含的水分量（絕對濕度）。

表 1 顯示了空氣的吸濕能力如何受其初始濕度和隨後加熱到的溫度的影響。

大多數乾燥製程的目標是將產品的水分含量降低到特定值。水分含量（濕基）以水的重量佔總重量的比例表示。米的水分含量通常需要從24%降低到14%。因此，要乾燥一噸米，必須去除100公斤的水。

如果加熱空氣的「吸收能力」為 8g/m3，那麼乾燥一噸米需要 100/0.0008 = 12,500/m3 的空氣。

蒸發水所需的熱量為2.26千焦/公斤。因此，蒸發100公斤水大約需要250兆焦耳（70度）的能量。乾燥機對太陽能熱輸入沒有固定要求。這是因為進入乾燥機的環境空氣可以釋放部分內能來蒸發水（在此過程中溫度會降低）。事實上，如果環境空氣足夠乾燥，則無需額外熱輸入。

然而，額外的熱量有兩個好處。首先，如果空氣溫度較高，所需的熱量就會減少。其次，稻米本身的溫度可能是重要因素，尤其是在乾燥後期，此時水分必須從稻米中心「吸收」到表面。稻米本身的溫度主要取決於空氣溫度，但也取決於稻米直接接收到的太陽輻射量。

在自然對流系統中，空氣流動是由於乾燥機內部的暖空氣比外部的冷空氣密度小造成的。這種密度差異會在穀物層兩側產生微小的壓力差，從而迫使空氣穿過穀物層。穀物層高度（h1）和出口高度（h2）越高，這種效果越強。 h2 增加的影響小於 h1 增加的影響，因為空氣在穿過穀物層時會被冷卻。

表2列出了各種情況下的近似密度。

可以看出，如果進入的空氣只被加熱 10-30°C，那麼在乾燥機頂部設置煙囪幾乎不會產生任何影響，除非它能有效地起到太陽能集熱器的作用，顯著提高空氣溫度。

需要注意的是，即使密度差高達 0.05 kg/m²，由此產生的壓力差僅為每米煙囪 0.5 Pa（五百萬分之一大氣壓）。相較之下，強制對流系統通常的壓力差為 100-500 Pa。

許多產品都會因溫度過高而受損。其中，豆類（35°C）、米（45°C）以及所有用作種子的穀物（45°C）受到的限制最為嚴格。

透過使用風扇產生氣流，乾燥時間可縮短至原來的三分之一。此外，所需的集塵器面積可減少高達 50%。因此，在給定產品吞吐量的情況下，所需的集塵器面積可減少 5-6 倍。日處理量為一噸的乾燥機初始成本約為 1500-2000 英鎊。風扇運行 6 小時大約消耗 500 瓦的功率，因此，每噸乾燥大米的電費（以 0.07 英鎊/千瓦時計算）約為 0.20 英鎊。

帳篷式、箱式和櫃式乾燥機的顯著特徵是乾燥室和集熱器合而為一，如圖 3 所示。這使得初始成本更低。然而，乾燥時間並不總是比露天乾燥短很多。 （可能是因為目前對利用自然對流的重視程度不夠。）乾燥機的主要目的是防止灰塵、污垢、雨水、風或害蟲侵擾，通常用於水果、魚類、咖啡或其他損耗率較高的產品。此外還有許多其他類型的乾燥機。溫室乾燥機是帳篷式乾燥機的升級版。箱式乾燥機可能採用隔熱材料以實現更高的溫度。儲料箱式乾燥機兼具乾燥和長期儲存的功能。太陽能木材乾燥窯可能配備熱水儲存裝置，以便對乾燥速率進行必要的控制。太陽能乾燥還是露天乾燥？

首先，太陽能乾燥的一個重要優勢是能夠保護產品免受雨水、昆蟲、動物以及可能含有糞便的灰塵的侵害。有些太陽能乾燥系統還能避免陽光直射。其次，更快的乾燥速度可以降低黴菌滋生的可能性。第三，更高的乾燥溫度意味著更徹底的乾燥，這可以大大延長儲存時間（但前提是儲存過程中不能再次受潮）。最後，更複雜的太陽能乾燥機可以對乾燥速率進行一定程度的控制。

選擇不同類型的太陽能乾燥器取決於當地需求，尤其是使用規模。如果目標是小農戶，那麼初始投資成本可能是主要限制因素，塑膠覆蓋的帳篷式或箱式乾燥器可能更合適。

然而，未來可能會出現一種趨勢，即採用更集中的乾燥方式，以便更有效率地利用設備。這樣一來，玻璃罩較高的初始成本或許就能被接受，而且可以利用電網電力來運行風扇，從而在給定的收集面積下獲得更快的處理速度。

對於中等規模和資本成本而言，自然對流式稻米烘乾機是一種成熟的設計。

選擇使用太陽輻射還是燃料來加熱空氣，主要取決於較高的初始成本和持續的燃料成本之間的權衡，這需要針對每個地點進行分析。在某些情況下，燃燒稻殼或其他燃料的機會成本可能較低。一噸米可產出200公斤稻殼。與太陽輻射加熱相比，燃料加熱通常能更好地控制乾燥速率，並且能夠實現連續乾燥。如果需要同時採用這兩種方法，可以考慮採用太陽能預熱空氣的組合系統。

這裡列出了所有Appropedia原創的太陽能脫水機製作或建造專案。您也可以創建自己的項目，只需在項目資料框的“實例”參數中添加“太陽能脫水機”即可。

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• 食品烘乾獲利指南：小型企業指南，巴里·阿克斯特爾著，ITDG出版社，2002年
• 建立食品乾燥業務：循序漸進指南，Fabrice Thuiller 著，ITDG 出版社，2002 年
• 太陽能乾燥器，英聯邦科學委員會，1985年
• 太陽能乾燥：食品保藏的實用方法，國際勞工組織，1988年
• 為小型企業發展生產太陽能乾燥果蔬，NRI 1996
• 試試烘乾吧！托盤乾燥技術推廣案例研究，Barrie Axtell 和 Alex Bush 著，IT 出版社，1991 年。