唐小林，李文萃，孫達(dá)，范起業(yè)，王家鵬

（1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016；2.浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310018）

茶葉初加工車間降溫調(diào)濕分析與設(shè)計

唐小林1，李文萃1，孫達(dá)2，范起業(yè)1，王家鵬1

（1.中華全國供銷合作總社杭州茶葉研究院，浙江杭州 310016；2.浙江經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310018）

文章綜合分析了目前我國大中型茶葉企業(yè)茶葉初加工車間的溫度、濕度環(huán)境狀況，以及溫濕度環(huán)境對車間員工的健康、茶葉品質(zhì)的影響。為滿足車間員工工作時的舒適性及提升茶葉品質(zhì)的合理性，提出了茶葉初加工車間溫濕度環(huán)境要求。結(jié)合茶葉初加工實際，比較了加工車間常見降溫除濕措施的基本原理和特點，指出了茶葉初加工車間溫濕度環(huán)境控制系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)時應(yīng)注意的問題。

茶葉初加工；車間；溫度；濕度；降溫；通風(fēng)；蒸發(fā)冷卻；除濕系統(tǒng)；環(huán)境

我國是茶葉生產(chǎn)大國，總產(chǎn)量居世界第一，從鮮葉原料到成品毛茶的加工正逐步擺脫以茶農(nóng)個體加工、小型茶廠（茶葉年總產(chǎn)量在2~3噸以下）的分散加工方式向更大規(guī)模的茶葉生產(chǎn)企業(yè)聚集，茶葉加工行業(yè)面臨升級換代。近年來，隨著茶葉加工技術(shù)和加工裝備的快速發(fā)展，全國各地不斷涌現(xiàn)年產(chǎn)茶規(guī)模100噸以上的大中型茶葉加工企業(yè)。大型連續(xù)化自動化茶葉初加工生產(chǎn)線的推出，對茶葉初加工車間溫濕度環(huán)境提出新的更高的要求。

1 茶葉初加工車間溫濕度環(huán)境現(xiàn)狀分析

茶葉初加工有著突出的特點，即從高達(dá)72%~75%含水率的鮮葉原料，經(jīng)加工成含水率為5%~ 7%的成品茶，茶葉初加工過程就是一個加熱失水過程，每百公斤鮮葉原料就有近70公斤水分蒸發(fā)到車間空氣中，初加工車間生產(chǎn)時平均相對濕度高達(dá)80%以上。車間茶葉加工機械大多數(shù)都具有加熱功能，且目前茶葉加工設(shè)備熱效率普遍低于50%，基本上都不能做到余熱回收，制茶員工常常處在十分悶熱的環(huán)境中工作。

我國茶葉加工技術(shù)及裝備正處于升級換代進(jìn)程中，眾多有實力的茶葉加工企業(yè)很愿意在茶葉加工廠房和裝備更新上有更多的投入，而忽視對車間溫濕度環(huán)境的改善。首先，企業(yè)受傳統(tǒng)小規(guī)模生產(chǎn)習(xí)慣的影響，沒有認(rèn)識到作業(yè)環(huán)境因素對員工福利、成品茶品質(zhì)、生產(chǎn)效率以及能耗等影響的重要性。茶葉鮮葉原料進(jìn)廠后，都要進(jìn)行加工前處理，如綠茶的攤放、紅茶的萎凋及烏龍茶的做青等，環(huán)境溫濕度的變化直接影響在制品的品質(zhì)，溫度宜控制恰當(dāng)，如綠茶攤放為18~25℃，紅茶萎凋為30~35℃，烏龍茶做青23~25℃；相對濕度宜控制在70%~80%。茶葉在制品受熱失水的幅度和速度都有其特定的要求，如綠茶殺青后要求迅速冷卻且緩慢回潮，紅茶發(fā)酵則要求茶葉處于室溫高濕的環(huán)境，相對濕度高達(dá)93%~95%。

其次，企業(yè)往往較重視某個單一加工工序的環(huán)境溫濕度要求，而較少關(guān)注整個車間的大環(huán)境，車間建設(shè)缺乏科學(xué)合理的規(guī)劃和設(shè)計。目前國內(nèi)許多茶葉加工企業(yè)，生產(chǎn)車間建設(shè)時車間環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計建設(shè)與生產(chǎn)工藝流程、加工設(shè)備的選型配套是完全脫節(jié)的，前期沒有全面統(tǒng)一的規(guī)劃和設(shè)計，導(dǎo)致茶葉初加工車間降溫調(diào)濕不合理，時常可見生產(chǎn)線上設(shè)置調(diào)溫調(diào)濕局部小空間，大房套小房。為局部通風(fēng)排濕，全新成套的生產(chǎn)線旁各色電風(fēng)扇和風(fēng)機隨處可見。

第三，車間建設(shè)缺少實際有效的投入。一些企業(yè)由于資金投入不足，仍然采用自然通風(fēng)，或僅在墻壁及房頂上安裝一定數(shù)量的換氣扇、通風(fēng)管道等，效果遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)的實際需要。我國茶區(qū)大多地處長江中下游及以南山區(qū)，茶葉生產(chǎn)季節(jié)正是高濕度的春季和高溫高濕的夏秋季節(jié)，加之茶葉初加工車間悶熱潮濕，車間工人工作環(huán)境堪憂。實驗證明，熱濕環(huán)境對人體心率、口腔溫度、皮膚溫度、人體能量代謝等有顯著影響。勞動強度越大熱濕環(huán)境對心率的影響越大，環(huán)境溫度由25℃上升到40℃，靜坐狀態(tài)人體心率由69 bpm上升到114 bpm；中體力勞動強度人體心率由99 bpm上升到 160 bpm；重體力勞動強度人體心率由127 bpm上升到180 bpm。35℃及以上熱濕環(huán)境，心率達(dá)到150~160 bpm時人體先兆缺氧，心率達(dá)到170~180 bpm時人體處于缺氧狀態(tài)[1]。對照標(biāo)準(zhǔn)GB 3869-1997《體力勞動強度分級》，茶葉初加工的勞動強度一般為三級，屬于中偏重體力勞動強度，而不少茶葉初加工車間的茶葉干燥作業(yè)環(huán)境溫度遠(yuǎn)在40℃以上，且相對濕度在85%以上。高溫高濕環(huán)境既不利于茶葉品質(zhì)提高，更不能滿足現(xiàn)代工廠員工的舒適度要求。

2 初加工車間環(huán)境的溫濕度要求

初加工車間除應(yīng)滿足食品加工的一般要求外，在設(shè)計環(huán)境溫濕度時應(yīng)根據(jù)茶葉加工的特性，優(yōu)先滿足車間操作員工的舒適性，再滿足提升茶葉品質(zhì)的要求。

2.1 滿足車間操作員工的舒適性

GBZ1-2010《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》對高溫作業(yè)的定義是，在高氣溫、或有強烈的熱輻射、或伴有高氣濕相結(jié)合的異常氣象條件下，WBGT指數(shù)超過規(guī)定限值的作業(yè)。WBGT英文全稱:Wet Bulb Globe Temperature，即濕球黑球溫度指數(shù)。濕球黑球溫度（WBGT）指數(shù)是用來評價高溫車間氣象條件的，它綜合考慮空氣溫度、空氣濕度、風(fēng)速和輻射熱四個因素，也是綜合評價人體接觸作業(yè)環(huán)境熱負(fù)荷的一個基本參量，單位為℃。根據(jù)GBZ2.2-2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》規(guī)定，在生產(chǎn)勞動過程中，工作地點平均WBGT指數(shù)≥25℃的作業(yè)，工作場所不同體力勞動強度WBGT限值（℃）如表1所示。

表1 工作場所不同體力勞動強度WBGT限值（℃）Table1 WBGT limit value of different physical labor intensity in workplace(℃)

假設(shè)某企業(yè)茶葉初加工車間平均氣溫為36℃，相對濕度為80%，那么，按室內(nèi)WBGT指數(shù)的計數(shù)方法（查表得到自然濕球溫度為33℃），

WBGT＝0.7 tnw+0.3 tg＝0.7×33+0.3×36=33.9（℃）

綜合考慮車間操作員工按體力勞動三級，接觸時間率為75%，對照表1 WBGT的限值為28℃，顯然已超過了限值。另人遺憾的是，目前許多大中型茶葉初加工企業(yè)，尤其是在夏秋茶季節(jié)室內(nèi)溫度甚至超過40℃，且濕度也終日保持在80%上下，可見生產(chǎn)環(huán)境離國家標(biāo)準(zhǔn)要求相差甚遠(yuǎn)。2016年8月17日15∶00時，當(dāng)天天氣為晴，室外實測氣溫32.4℃；作者在浙江某地山區(qū)茶廠車間一新建小型茶葉連續(xù)加工生產(chǎn)線工作2 h后，實測該車間局部點位的氣溫，車間內(nèi)距茶機設(shè)備2 m高1 m處的氣溫為：殺青機34℃、連續(xù)理條機34.2℃、10型茶葉烘干機42℃，車間四角平均33.2℃。

病理學(xué)檢查 (右額部)灰白灰紅色組織一塊，大小3.5 cm×3 cm×2 cm，可見少許腦膜，略光滑，切面灰黃灰紅色，質(zhì)中，內(nèi)見豐富血竇及多發(fā)囊狀擴(kuò)張血管影，形態(tài)符合血管母細(xì)胞瘤。

實驗表明，人體可以耐受的室內(nèi)溫度夏季的上限為28~30℃，而工業(yè)車間由于空氣流速的增大，溫度可能更高，甚至超過人體可以耐受的溫度。國外的一項調(diào)查表明，室內(nèi)溫度在25℃左右時，腦力勞動者的工作效率達(dá)到了最高值；對于舒適性空調(diào)來說，人體感覺的最佳相對濕度為60%~ 70%。清華大學(xué)的一項研究表明，當(dāng)濕度處于70% ~90%之間，空氣溫度在28~29℃左右，其空氣流速必須達(dá)到1.0~1.2 m/s時，人體才會感到滿意。綜合考慮，茶葉初加工車間室內(nèi)設(shè)計溫度不宜超過31~32℃，相對濕度宜控制在70%~80%之間，空氣流速宜在1.0~1.2 m/s。

2.2 符合茶葉品質(zhì)形成工藝要求

茶葉初加工，有占鮮葉重量近3/4的水分要通過一系列加工作業(yè)蒸發(fā)至車間空氣中，而每一工序失水的工藝要求則各不相同。現(xiàn)分別就典型綠茶和紅茶加工過程中關(guān)鍵控制點的環(huán)境溫濕度工藝要求作一簡要概述。

綠茶加工的關(guān)鍵工序在于鮮葉攤放、殺青、揉捻、干燥。高含水量的鮮葉進(jìn)入茶廠后，首先要進(jìn)行攤放，攤放時間一般為4~8 h，期間要求茶葉處于緩慢均勻失水，攤放到位的芽葉含水率為70%左右，要求攤青空間溫度在18~25℃，相對濕度65%~75%。攤青后要立即殺青，殺青葉的含水率一般在65%左右，如果采用熱風(fēng)或滾筒殺青機殺青，殺青葉外干內(nèi)濕，需要迅速冷卻并攤涼回潮，這時則要快速排除殺青產(chǎn)生的水蒸汽，又要使殺青葉迅速散熱冷卻保持綠色，還要使其處于一種低溫保濕的環(huán)境之中緩慢回潮，以利于下一工序的揉捻或做形。綠茶揉捻時由于葉細(xì)胞組織的破碎，大量茶汁外溢，如果環(huán)境濕熱，則茶葉色澤極易變黃。綠茶干燥往往分多次多種方式進(jìn)行，主要有烘、滾、炒等，此階段消耗熱能最大，大量的水蒸汽排放在空氣中。茶葉干燥時，在干燥設(shè)備2~3 m范圍內(nèi)的相對濕度多在90%左右，氣溫也超過40℃，干燥設(shè)備熱輻射較強烈。

加工環(huán)境的溫濕度對紅茶加工萎凋、揉捻、發(fā)酵和干燥等每一階段的品質(zhì)形成都有很大的影響。鮮葉萎凋一般需要12~16 h以上，萎凋葉含水量達(dá)60%為宜，空氣相對濕度宜控制在80%~85%之間，溫度宜控制在20~28℃，要求鮮葉失水均勻。紅茶發(fā)酵溫度宜控制在22~28℃為佳，不應(yīng)超過30℃，濕度宜控制在90%~95%。紅茶干燥也是分多次進(jìn)行，首次干燥，要求高溫、快速，迅速制止多酚氧化酶的活性，此階段因茶葉失水量大，初干車間相對濕度達(dá)90%左右，要求迅速有效地降溫排濕。后續(xù)干燥工序，歷時約1 h到1.5 h，茶葉在制品含水率將逐步從22%~25%降到5%~6%，要求加工環(huán)境處于低濕的狀態(tài)。

3 降溫調(diào)濕方式分析與選擇

為保證車間一線員工的工作福利，提高工作效率，企業(yè)在車間環(huán)境設(shè)計和建設(shè)時都會統(tǒng)籌考慮有效的降溫調(diào)濕措施。車間常見降溫調(diào)濕的方式，主要有通風(fēng)降溫、機械制冷降溫及蒸發(fā)冷卻降溫等。

3.1 通風(fēng)降溫

3.2 機械式制冷通風(fēng)降溫

機械式制冷通風(fēng)降溫即通常所指的空調(diào)系統(tǒng)，其送風(fēng)溫度較低，可以滿足一般加工車間的溫濕度要求。但由于初始投資和運行成本高，且對車間本身的隔熱、密閉要求高，車間內(nèi)混濁氣體難以及時排出室外，所以一般企業(yè)車間都不使用。由于其降溫效果的突出優(yōu)勢，一些有實力且特別注重茶葉色澤的茶葉企業(yè)都將揉捻機組安裝在專門的空調(diào)房內(nèi)。

3.3 蒸發(fā)冷卻降溫

蒸發(fā)冷卻降溫即利用水蒸發(fā)過程中與空氣發(fā)生熱質(zhì)交換對空氣降溫，蒸發(fā)冷卻又分為直接蒸發(fā)冷卻和間接蒸發(fā)冷卻。利用循環(huán)水直接與空氣接觸，水的蒸發(fā)使得空氣與水的溫度降低，而空氣的含濕量增加，這一增濕、降溫、等焓過程稱為直接蒸發(fā)冷卻（簡稱DEC）。利用DEC處理后的空氣或水通過換熱器冷卻另一股空氣 （一次空氣），其中一次空氣不與水直接接觸，實現(xiàn)等濕冷卻過程稱為間接蒸發(fā)冷卻（簡稱為IEC）。

采用水作制冷劑，且系統(tǒng)中不使用高能耗的壓縮機，經(jīng)研究蒸發(fā)冷卻降溫運行能耗約為常規(guī)空調(diào)設(shè)備的1/5，節(jié)能達(dá)70%以上，設(shè)備成本低，約為常規(guī)空調(diào)設(shè)備的1/2[1]；由于水蒸發(fā)對空氣降溫的同時，也去除了空氣中的灰塵、有害氣體和其他污染物，實現(xiàn)了對空氣的凈化，所以蒸發(fā)冷卻是一項環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)和可提高室內(nèi)空氣質(zhì)量的實用技術(shù)[2]。

當(dāng)室外為高濕度情況時，不能直接采用蒸發(fā)冷卻來降溫。蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)與除濕技術(shù)相結(jié)合，原因是夏季室外空氣的含濕量過大，單靠蒸發(fā)冷卻無法得到滿意的送風(fēng)狀態(tài)。此外，夏季茶葉初加工車間濕負(fù)荷大，蒸發(fā)冷卻自身沒有除濕能力，無法降低室外空氣的含濕量以滿足送風(fēng)要求。如果能將室外空氣（或室外與室內(nèi)的混合空氣）用除濕劑經(jīng)吸收或吸附處理成干燥空氣，就可以用蒸發(fā)冷卻來實現(xiàn)車間內(nèi)舒適性空氣調(diào)節(jié)。

3.4 降溫除濕系統(tǒng)

目前，空氣除濕方法主要分冷卻法和化學(xué)法。在除濕系統(tǒng)設(shè)計上采用液體吸收式除濕較多，氯化鈣（化學(xué)式為CaCl2）溶液是常用制冷除濕介質(zhì)。液體除濕蒸發(fā)冷卻降溫結(jié)合可形成有效的降濕除濕系統(tǒng)。

液體除濕降溫系統(tǒng)是對現(xiàn)行直接蒸發(fā)降溫系統(tǒng)無除濕功能的有效補充，其原理如圖1所示[3]。室外空氣在進(jìn)入室內(nèi)前，先被氯化鈣溶液噴淋除濕，以降低其相對濕度。除濕之后，空氣穿過濕簾進(jìn)行蒸發(fā)降溫。

圖1 降溫除濕系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖Fig.1 Dehumidifying and cooling system structure diagram

液體除濕降溫系統(tǒng)工作原理：高溫高濕的空氣（1）在風(fēng)機產(chǎn)生的負(fù)壓下，由進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入噴淋室（2）；空氣在噴淋室內(nèi)上升的過程中與由噴頭噴出的除濕液 （氯化鈣溶液）逆向流動并進(jìn)行熱質(zhì)交換，濕度降低，經(jīng)除濕后的空氣（3）在風(fēng)機的作用下通過濕簾（4）進(jìn)行蒸發(fā)降溫，被降溫的空氣進(jìn)入室內(nèi)（5）；與室內(nèi)空氣進(jìn)行熱交換，達(dá)到室內(nèi)降溫的目的，最后由風(fēng)機（6）排出室外。經(jīng)實驗，當(dāng)進(jìn)口空氣的溫度在33℃以上，進(jìn)口空氣的相對濕度在70%以上，溶液的溫度在25~34℃之間，溶液的濃度在40%~46%之間時，系統(tǒng)能達(dá)到理想的除濕效果。

4 結(jié)語

在茶葉初加工車間設(shè)計建設(shè)之中，要全面了解茶葉初加工突出特性，充分考慮溫濕度環(huán)境對車間操作員工的舒適性和提升產(chǎn)品品質(zhì)的重要性，并以此為基礎(chǔ)全面系統(tǒng)地設(shè)計車間溫濕度環(huán)境。在設(shè)計和建設(shè)中應(yīng)綜合考慮以下幾個突出問題：（1）參照國家相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)先考慮車間操作員工尤其是在進(jìn)行干燥作業(yè)時的舒適性，可以考慮采用蒸發(fā)冷卻降溫+工位送風(fēng)的方式，這種方式節(jié)能、降溫梯度小，其熱舒適性也較好。（2）充分考慮茶葉初加工各個關(guān)鍵控制點的最佳溫度、濕度及風(fēng)速等，根據(jù)不同工序茶葉在制品品質(zhì)形成的特點，采取相對獨立的降溫調(diào)濕措施，如給綠茶揉捻安裝獨立空調(diào)，采用超聲波霧化設(shè)備保持紅茶發(fā)酵間的濕度等，最大限度滿足提升茶葉品質(zhì)的要求。（3）鑒于目前茶葉加工裝備熱效率偏低的特點，采取新技術(shù)新工藝等綜合措施，提高熱能回收利用率，凈化車間空氣，達(dá)到一攬子解決車間的降溫調(diào)濕問題。（4）考慮到現(xiàn)階段茶葉加工行業(yè)正處于升級換代的關(guān)鍵時期，無論是新車間的建設(shè)還是舊車間的改造，都要系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計車間溫濕度環(huán)境控制系統(tǒng)，有條件能一次性建設(shè)固然更好，如暫時無條件可先行規(guī)劃或一次設(shè)計分階段實施?？傊?，企業(yè)應(yīng)根據(jù)實際情況科學(xué)合理地設(shè)計建設(shè)好茶葉初加工車間的溫濕度環(huán)境控制系統(tǒng)。

[1] 孫于萍.基于敏感參數(shù)的高溫高濕環(huán)境人體生理響應(yīng)研究[D].天津:天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，2012.

[2] 黃翔，徐方成，武俊梅.蒸發(fā)冷卻空調(diào)技術(shù)在節(jié)能減排中的重要作用[J].制冷與空調(diào)，2008，8（4）:17-20.

[3]陳傳艷，張衍林，艾平.溫室除濕降溫系統(tǒng)多因子的正交試驗分析 [J].華中師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2010，44（1）: 96.

Analysis and Design of Cooling and Humidity Adjusting in Tea Primary Processing Workshop

TANG Xiao-lin1，LI Wen-cui1，SUN Da2，F(xiàn)AN Qi-ye1，WANG Jia-peng1
（1.Hangzhou Tea Research Institute，CHINA COOP，Hangzhou 310016，China；2.Zhejiang Economics and Trade Polytechnic，Hangzhou 310018，China）

This paper made a comprehensive analysis of the environment condition of primary processing workshop in China's large and medium-sized tea enterprises，including the temperature and humidity，and its effect on the employees'health and tea quality.Based on the analysis，the requirement of temperature and humidity in tea primary processing workshop was put forward in order to satisfy employees'comfort needs and meet the standard of tea quality.Then，combined with the actual tea primary processing，the basic principles and characteristics of the cooling and humidity adjusting measures were compared.Finally，it pointed out the problems to be paid more attention during the design and construction of temperature and humidity control system in tea primary processing workshop.

Tea primary processing；Workshop；Temperature；Humidity；Cooling；Ventilation；Evaporative cooling；Dehumidification system；Environment

TB491；S571.1

A

2095-0306（2016）06-0028-05

中國茶葉加工 2016（6）:28-31，42

2016-08-26

國家科技支撐課題“茶葉現(xiàn)代化加工與資源增值關(guān)鍵技術(shù)升級及新產(chǎn)品研發(fā)示范”（2011BAD01B03）；浙江省“十二五”農(nóng)業(yè)重點成果轉(zhuǎn)化工程項目（2012T202-04）

唐小林（1962-），男，安徽宿松人，教授級高級工程師，主要從事茶葉加工工藝、裝備研究。