煙葉烘烤密集烤房不同太陽能集熱器集熱和節(jié)能效果探究

1、煙葉烘烤密集烤房不同太陽能集熱器集熱和節(jié)能效果探究摘要：為比較不同太陽能集熱器的集熱效果，利 用照度計(jì)和溫濕度顯示器對5種接裝于氣流下降式密集烤房 上的太陽能集熱器性能進(jìn)行了測定；同時，進(jìn)行了煙葉烘烤 耗煤量對比試驗(yàn)。結(jié)果表明，透光覆蓋材料的透光率和保溫 性能、集熱介質(zhì)類型等對集熱器的集熱效果均具有一定的影 響。1. 3 mm pc耐力板的透光率(73.01%73. 71%)大于1. 5 mm pc耐力板(71.96%),也大于4.0 mm pc中空陽光板 (66.41%)；黑色碎石的集熱效果好于土壤；pc中空陽光板 的保溫性能明顯好于pc耐力板?？偟膩砜?，太陽能輔助供 熱密集烤房均具有明顯的

2、節(jié)能效果，平均節(jié)煤率為15. 08%, 其中以透光覆蓋材料為pc中空陽光板、集熱介質(zhì)材料為黑 色碎石的集熱器節(jié)煤率最高(17.28%)。關(guān)鍵詞：煙葉烘烤；密集烤房；太陽能集熱器；節(jié)能效 果中圖分類號：ts44+1； ts43； tk519文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文 章編號：0439-8114 (2013) 10-2340-04最新的研究結(jié)果1-4表明，煙葉密集烤房接裝低成本 的日光溫室型太陽能集熱器后利用太陽能輔助烘烤煙葉可 明顯節(jié)能減排、降低烘烤成本。但是日光溫室型太陽能集熱 器的集熱效果受到很多因素的影響，如當(dāng)?shù)氐奶栞椛鋸?qiáng) 度、天氣狀況、集熱器覆蓋材料的透光率、集熱器的反光率、 集熱介質(zhì)的黑度和比

3、熱容以及質(zhì)量（決定集熱器的吸熱和蓄 熱能力）、集熱器的保溫性能、集熱器的規(guī)格與擺放朝向5, 6等。為了選擇集熱效果最佳的集熱器組合，課題組對接裝 于氣流下降式密集烤房的5個規(guī)格相同、但覆蓋材料和集熱 介質(zhì)組合不同的太陽能集熱器的集熱效果進(jìn)行了測定，并對 這些太陽能輔助供熱密集烤房的實(shí)際烘烤節(jié)能效果進(jìn)行了 比較，以期為密集烤房選擇適宜的太陽能集熱器提供理論依 據(jù)。1材料與方法1. 1材料及設(shè)備安裝試驗(yàn)于20092011年在貴州省長順縣廣順鎮(zhèn)冷壩村煙 葉烘烤場進(jìn)行。5個供試的日光溫室型太陽能集熱器均接裝 于氣流下降式密集烤房的上面，呈東西方向擺放，規(guī)格相同, 長度為& 5 m、寬度為3.

4、1 m,采用空心水泥磚和標(biāo)準(zhǔn)磚砌 集熱器圍護(hù)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)兩面均采用水泥沙漿粉刷嚴(yán)密，其南 墻矮于北墻，東西兩頭為斜墻，頂面向南下方的斜角為15° o 5個集熱器的透明覆蓋材料組合和集熱介質(zhì)組合都不同，其 中1號集熱器的覆蓋材料為4.0 mm厚的pc中空陽光板，集 熱介質(zhì)為10 cm厚的黑色碎石；2號集熱器的覆蓋材料為1.5 mm厚的pc耐力板，集熱介質(zhì)為10 cm厚的當(dāng)?shù)馗赏粒?3號 集熱器的覆蓋材料為1.3 mm厚的pc耐力板，集熱介質(zhì)為10 cm厚的當(dāng)?shù)匕胧胪粱旌衔铮?號集熱器的覆蓋材料為1.3 mm厚的pc耐力板，集熱介質(zhì)為10 cm厚的黑色碎石；5號 集熱器的覆蓋材料為1.3

5、 mm厚的pc耐力板，集熱介質(zhì)為10 cm厚的當(dāng)?shù)馗赏?。各集熱器均在密集烤房門端上方集熱器斜墻上設(shè)置冷 風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、在密集烤房加熱室上方集熱器斜墻上設(shè)置熱風(fēng)出 風(fēng)口，并設(shè)置引風(fēng)道包圍集熱器熱風(fēng)出風(fēng)口和密集烤房進(jìn)風(fēng) 口，將集熱器內(nèi)的熱空氣自動引入密集烤房的加熱室中，以 減少煙葉烘烤過程中使用烤房火爐提供的熱量，從而達(dá)到節(jié) 能減排、降低成本的目的。供試煙葉品種：20092010年為云煙85 (nicotiana tabacum l. cv. yunyan 85), 2011 年為 k326 (n. tabacum l. cv. k326)o1. 2方法采用tes-1332a型數(shù)位式照度計(jì)(臺灣泰仕電

6、子工業(yè)股 份有限公司)測定集熱器內(nèi)外的光照度，在集熱器中點(diǎn)處水 平位置安放光檢測器，每次測定均從整點(diǎn)開始，從測定日的 8 : 0018： 00,每隔lh測定1次，全天共測11次。因?yàn)?光照度是動態(tài)變化的，測定時需在集熱器外面附近同一高度 再水平放置另一臺同型號照度計(jì)的光檢測器，同時讀取集熱 器內(nèi)外的光照度數(shù)值，以準(zhǔn)確計(jì)算透光率。采用dlk-iii型數(shù)碼煙葉烤房溫濕度顯示器(云南達(dá)麗康 科技開發(fā)有限公司)測定集熱器內(nèi)外的溫度、空氣相對濕度, 將顯示器傳感器的干球和濕球探頭置于各集熱器的中點(diǎn)處， 同時測定環(huán)境的溫度、空氣相對濕度。采用沒有接裝太陽能集熱器的氣流下降式密集烤房作 為對照(ck)進(jìn)行烘

7、烤耗煤量對比試驗(yàn)。太陽能輔助供熱密 集烤房與對照烤房均同時采烤，裝煙量相同，烘烤工藝相同, 并各自單獨(dú)稱取用煤量。2結(jié)果與分析2.1不同集熱器的透光率在透光覆蓋材料向南下方的斜角相同的條件下，試驗(yàn)測 定的5個集熱器實(shí)際透光率日變化結(jié)果見圖1。從圖1可見, 各集熱器的實(shí)際透光率隨時間進(jìn)程的變化非常明顯；如在測 定日的8 ： 0010 : 00呈下降趨勢，10 : 0013 : 00呈上升 趨勢，在13 : 00達(dá)到最大值之后又呈下降趨勢；這表明光 線類型、光照度和照射角度對集熱器的透光率均具有明顯的 影響。實(shí)際測定時，測定日的上午光強(qiáng)較弱，主要是漫射光, 集熱器反射的光較少，透光率相對較高；隨著

8、時間的進(jìn)程， 直射光逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于入射角較小，照射到覆蓋 材料上面的光被反射的比例較大，集熱器的透光率因而下 降；不過之后隨著入射角度的增大，集熱器覆蓋材料反射光 線的比例又變小，透光率呈明顯增大趨勢；到13 : 00之后, 光線的入射角又逐漸變小，集熱器覆蓋材料反射光線的比例 又增大，使透光率呈明顯的下降趨勢。透光覆蓋材料的材質(zhì) 和厚度對集熱器的透光率也有一定的影響。試驗(yàn)進(jìn)行的測定 日11次透光率測定的平均值以3個1.3 mm厚的pc耐力板 較高(73.01%73. 71%),均高于1. 5 mm厚的pc耐力板 (71.96%),當(dāng)然其差異不大；而4. 0 mm厚的pc中空陽光 板

9、明顯較低(66.41%),這主要是因?yàn)槠渖厦嬗泻芏嗥鸸潭?作用的構(gòu)件增大了反光率，因而降低了透光率。2.2不同集熱器的集熱效果集熱器內(nèi)的溫度高低反映了集熱器集熱效果的不同，而 集熱器的集熱效果由太陽輻射強(qiáng)度、透光覆蓋材料的透光率 和保溫能力、集熱介質(zhì)的吸熱蓄熱性能、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性 能等因素綜合決定。在試驗(yàn)中，5個集熱器內(nèi)的溫度日變化 結(jié)果見圖2。從圖2可見，各集熱器內(nèi)的溫度隨時間進(jìn)程的 變化非常明顯，在測定日的8 : 0014 : 00呈明顯上升趨勢, 在14： 00達(dá)到最大值(此時與環(huán)境溫度的最大值差距可達(dá) 35. 740. 5 °c),而后則呈下降趨勢。測定日11次測定的 溫度

10、平均值高低排序?yàn)?號集熱器(53.7 °c). 4號集熱器 (52. 6 °c)、5 號集熱器(51. 4 °c)、3 號集熱器(50. 9 °c)、 2號集熱器(49.7 °c).環(huán)境溫度(29.4 °c),各集熱器在 測定日11次測定的溫度平均值高于環(huán)境溫度20.3 24.3 °c,表明各集熱器均具有明顯的集熱效果。進(jìn)一步分 析表明，1號集熱器與4號集熱器的集熱介質(zhì)是相同的，都 為黑色碎石，但覆蓋材料的透光率4號集熱器的1.3 mm厚 的pc耐力板明顯大于1號集熱器的4.0 mm厚的pc中空陽 光板，而1號集熱器的集熱效

11、果好于4號集熱器，說明1號 集熱器覆蓋材料4.0 mm厚的pc中空陽光板的保溫能力明顯 好于4號集熱器的1. 3 mm厚的pc耐力板；4號集熱器與5 號集熱器的覆蓋材料相同，都為1.3 mm厚的pc耐力板，但 4號集熱器的溫度高于5號集熱器，說明黑色碎石作為集熱 介質(zhì)的集熱效果好于當(dāng)?shù)馗赏粒?2號集熱器和5號集熱器的 集熱介質(zhì)相同，都為當(dāng)?shù)氐母赏?，覆蓋材料的材質(zhì)也相同， 都為pc耐力板，但pc耐力板的厚度不同，顯然1.3 mm厚 的pc耐力板的透光率高于1.5 mm厚的pc耐力板，但保溫 能力不如后者，所以5號集熱器的集熱效果好于2號集熱器。 2.3不同集熱器的空氣相對濕度在煙葉烘烤過程中，煙

12、葉水分產(chǎn)生的大量水汽必須通過 進(jìn)入密集烤房的空氣吸納和排出。所以進(jìn)入密集烤房的空氣 相對濕度越低，空氣越干燥，吸納水汽的能力就越強(qiáng)，排出 相同水汽需要進(jìn)入密集烤房的空氣就越少，消耗的能量也就 越少，越能減少燃料消耗和降低烘烤成本。在試驗(yàn)中，5個 集熱器內(nèi)及環(huán)境的空氣相對濕度日變化結(jié)果見圖3。由圖3 可見，5個集熱器內(nèi)的空氣相對濕度均隨著測定日時間的進(jìn) 程而呈明顯的下降趨勢，并且在16： 00達(dá)到最低，之后呈 上升趨勢。測定日11次測定的空氣相對濕度平均值高低排 序?yàn)榄h(huán)境相對空氣濕度（59. 2%）. 5號集熱器（38. 2%）. 4 號集熱器（36. 8%）、3號集熱器（34. 4%）、2號集

13、熱器（33. 8%）、 1號集熱器（30. 6%）o由此可以預(yù)見，太陽能輔助供熱密集 烤房排濕耗能將大大少于直接采用環(huán)境空氣排濕的對照耗 能。2.4不同集熱器的節(jié)能效果各參試密集烤房3年9炕（次）平均1 kg干煙葉耗煤 量比較情況見圖4。從圖4可見，對照密集烤房lkg干煙葉 耗煤量為1.91 kg,明顯高于5個太陽能輔助供熱密集烤房 的1 kg干煙葉耗煤量水平（1.581.68 kg）o在節(jié)煤率方 面，5個太陽能輔助供熱密集烤房的平均節(jié)煤率為15. 08%, 其中1號集熱器的最高，其節(jié)煤率為17.28%, 4號集熱器節(jié) 煤率為16. 23%, 5號集熱器節(jié)煤率為15. 18%, 3號集熱器節(jié)

14、煤率為14. 66%, 2號集熱器節(jié)煤率為12. 04%,這與前面集熱 器的集熱能力高低排序相對應(yīng)；說明太陽能輔助供熱方式對 于密集烤房的節(jié)能效果非常明顯。3小結(jié)與討論1）試驗(yàn)接裝于氣流下降式密集烤房上面的日光溫室型 太陽能集熱器均具有明顯的集熱效果，各集熱器測定日11 次測定的溫度日變化平均值高于環(huán)境溫度20. 324. 3 °co2）在相同地點(diǎn)，規(guī)格和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的日光溫室型太陽能 集熱器中，集熱效果主要由透光覆蓋材料的透光率和保溫性 能、集熱介質(zhì)的吸熱和蓄熱能力決定。試驗(yàn)實(shí)測結(jié)果表明， 透光率欠佳的覆蓋材料如果保溫能力好，則集熱器的總體集 熱效果并不欠佳。作為低成本的日光溫室型太陽

15、能集熱器的 優(yōu)化組合是：以保溫性能好的pc中空陽光板為采光覆蓋材 料，以吸熱性能好、比熱容較大的黑色碎石為集熱介質(zhì)，以 保溫性能好的價(jià)格較低的中空水泥磚為圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要材料。3）接裝了日光溫室型太陽能集熱器的密集烤房與對照 普通密集烤房相比，均具有明顯的節(jié)能減排、降低成本效果。 各太陽能輔助供熱密集烤房3年試驗(yàn)的平均節(jié)煤率為 12. 04%17. 28%,這與集熱器的集熱能力高低相對應(yīng)。太陽 能輔助供熱密集烤房總平均節(jié)煤率為15.08%,并相應(yīng)地減少 了相當(dāng)于15. 08%的廢氣排放量，烘烤成本也將大大降低。從 實(shí)測結(jié)果可見，集熱器內(nèi)的溫度大大高于環(huán)境，而空氣相對 濕度也大大低于環(huán)境。對照密集烤

16、房直接使用相對低溫、高 濕的環(huán)境空氣進(jìn)行通風(fēng)排濕，排濕需要的空氣量大，進(jìn)入密 集烤房后需要被加熱，要提高的溫度高，因此排濕能耗較大; 而太陽能輔助供熱密集烤房使用集熱器內(nèi)相對高溫、低濕特 性的空氣進(jìn)行通風(fēng)排濕，第一能在溫度高于裝煙室內(nèi)溫度時 加熱煙葉，從而減少煙葉烘烤所需能量中燃料提供的能量； 第二能在溫度低于裝煙室溫度時，需要被加熱的溫差也明顯 小于環(huán)境空氣，即需要消耗的能量明顯少于環(huán)境空氣；第三 是減少了排濕需要的空氣量，降低了排濕能耗；第四是集熱 器兼具避雨作用，可減少降雨時密集烤房頂部蒸發(fā)水分的耗 熱量。故太陽能輔助供熱密集烤房節(jié)能效果明顯。參考文獻(xiàn)：1 李余湘，朱貴川，徐增漢，等密集烤房利用太陽 能輔助烘烤煙葉的效果j.貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011, 39 (3)： 84-86.2 陸新莉，徐增漢，吳邦元，等氣流上升式太陽能 密集烤房烘烤煙葉的研究j安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011, 39(