李晗 侯欣 于濤 譚效磊 劉文濤 王興春 徐秀紅 劉迎超 楊趁義 王玉軍

摘要：為探究熱泵密集烤房烘烤過程中干濕球溫度響應(yīng)情況以及與燃煤密集烤房的差異，優(yōu)化熱泵密集烤房烘烤環(huán)境，在熱泵密集烤房與燃煤密集烤房內(nèi)用SSN-22溫濕度自動記錄儀測量烤房不同空間、不同時(shí)間的干濕球溫度并與設(shè)定值對比分析。結(jié)果表明：①熱泵密集烤房烘烤過程中的干球溫度響應(yīng)度略小于燃煤密集烤房烘烤過程中的干球溫度響應(yīng)度。②熱泵密集烤房烘烤過程中的濕球溫度響應(yīng)度大于燃煤密集烤房烘烤過程中的濕球溫度響應(yīng)度。③熱泵密集烤房與燃煤密集烤房烘烤過程中水平方向的干濕球溫度響應(yīng)度高于垂直方向的干濕球溫度響應(yīng)度。④熱泵密集烤房與燃煤密集烤房烘烤過程中的干球溫度響應(yīng)度高于濕球溫度響應(yīng)度。提高熱泵密集烤房供熱能力和通風(fēng)能力是提高煙葉烘烤質(zhì)量的重要措施。

關(guān)鍵詞：熱泵密集烤房;干球溫度;濕球溫度;響應(yīng)度

中圖分類號：S572.092?文獻(xiàn)標(biāo)識號：A?文章編號：1001-4942（2019）12-0015-05

Abstract?In order to explore the differences of wet and dry bulb temperature responses between heat pump and coal-fired bulk curing barn， and optimize the baking environment of heat pump curing barn， the wet and dry bulb temperatures of different spaces and times in?curing barns were measured by SSN-22 temperature and humidity automatic recorder， and were contrasted?with the set value. The results showed that the dry bulb temperature response degree of heat pump bulk curing barn was slightly smaller than that of coal-fired bulk curing barn during the curing process. But the wet bulb temperature response degrees of the two curing barns were contrast to the dry bulb. The wet and dry bulb temperature response degrees of different curing barns in horizontal diretion were higher than those in vertical direction. The dry bulb temperature response degrees of the two curing barns were higher than the wet bulb temperature response degrees. Improving the heating capacity and ventilation capacity of heat pump barn were the important measure to improve the curing quality of tobacco leaves.

Keywords?Heat pump curing barn; Dry bulb temperature; Wet bulb temperature; Response degree

煙葉烘烤是烤煙生產(chǎn)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，目前我國烤煙主要的烘烤設(shè)備是燃煤密集烤房[1，2]。該類型烤房存在自動化水平低、控溫難、用工多、勞動強(qiáng)度大、污染重等問題[3-5]。而熱泵密集烤房以空氣熱能供熱，綠色環(huán)保，自動化程度高，安全性和可控性高;熱泵密集烤房烘烤的煙葉化學(xué)成分比例更為協(xié)調(diào)，烘烤質(zhì)量更高;熱泵密集烤房能夠顯著減少用工和降低烘烤成本[6-13]。熱泵密集烤房能夠克服燃煤密集烤房應(yīng)用之缺陷，對實(shí)現(xiàn)我國煙草行業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展具有重要意義[13，14]。

在烤房溫濕度變化方面前人做了一定研究。歐陽進(jìn)等[15]使用Fluent 軟件對普通燃煤密集烤房風(fēng)速場與溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬，最終得出了進(jìn)風(fēng)量與烤房中風(fēng)速分布的關(guān)系。劉浩等[16]設(shè)計(jì)出基于ARM和Matlab的燃煤密集烤房溫濕度場的測量及可視化分析系統(tǒng)。相關(guān)研究表明：氣流上升式與氣流下降式燃煤密集烤房在烘烤過程中不同時(shí)間、空間上的溫濕度均存在差異[17-19]。潘建斌等[12]研究表明，熱泵密集烤房性能較好，平面溫差和垂直溫差較小，風(fēng)速適宜，通風(fēng)排濕順暢。

但對于熱泵密集烤房烘烤全過程干濕球溫度響應(yīng)的研究卻鮮有報(bào)道。干濕球溫度響應(yīng)度是烤房響應(yīng)設(shè)計(jì)烘烤曲線的程度，也就是烤房實(shí)際干濕球溫度與設(shè)計(jì)干濕球溫度的符合程度。為探究熱泵密集烤房供熱能力、干濕球溫度是否達(dá)到設(shè)計(jì)干濕球溫度，本試驗(yàn)對熱泵密集烤房與燃煤密集烤房烘烤過程中不同空間、不同時(shí)間的干濕球溫度響應(yīng)情況進(jìn)行對比研究，旨在為熱泵密集烤房烘烤工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?供試材料

試驗(yàn)于2018年8月至2019年8月在山東省臨沂市沂水縣富官莊鎮(zhèn)金旭煙農(nóng)合作社進(jìn)行。

供試煙葉：選取同地塊生長狀況、成熟度一致的烤煙品種中煙100的中上部煙葉。

供試烤房：氣流上升式熱泵密集烤房、氣流上升式燃煤密集烤房（自動加煤）。裝煙室均為：8.0 m×2.7 m ×3.5 m。

主機(jī)規(guī)格：熱泵密集烤房主機(jī)采用山東啟邦博冠科技發(fā)展有限公司提供的雙7匹壓縮機(jī)系統(tǒng)，最大制熱量45 kW，最大輸入功率15.6 kW。

測試儀器：深圳宇問加壹傳感系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)的 SSN-22溫濕度自動記錄儀。

裝煙方式：采用煙夾方式，掛煙3層，每個(gè)烤房裝煙336夾，每夾煙葉質(zhì)量（10±0.5）kg，煙夾均勻分布在裝煙室內(nèi)。

1.2?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

干球溫度與濕球溫度的測定：將9個(gè)溫濕度自動記錄儀均勻放置于烤房裝煙室內(nèi)掛煙架的上、中、下三層，每層前、中、后部各1個(gè)，靠近烤房門的裝煙室區(qū)域?yàn)榍安浚拷訜崾业难b煙室區(qū)域?yàn)楹蟛?，具體位置如圖1所示。以燃煤密集烤房作為對照烤房，均按照“8點(diǎn)式精準(zhǔn)烘烤工藝”進(jìn)行烘烤，烘烤工藝如表1所示。記錄各點(diǎn)干濕球溫度，繪制出折線圖，并與設(shè)定干濕球溫度進(jìn)行對比，分析烘烤過程中干濕球溫度響應(yīng)情況。

1.3?數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與作圖。所用數(shù)據(jù)為兩年試驗(yàn)的平均值。

2?結(jié)果與分析

2.1?熱泵密集烤房與燃煤密集烤房干球溫度響應(yīng)度

2.1.1?水平方向干球溫度響應(yīng)度?對烤房裝煙室內(nèi)水平方向前、中、后部干球溫度數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（每部位均為上、中、下三層平均值），其分布及變化動態(tài)見圖2。

由圖2A可知，熱泵密集烤房水平方向干球溫度與設(shè)定干球溫度差值在變黃前期較小，即響應(yīng)度較高，溫度差在0.9℃以內(nèi);變黃后期開始變大，即響應(yīng)度變低，最大溫度差為1.47℃。定色期前期溫度差最大，達(dá)2℃;定色后期及干筋前期溫度差又逐漸變小，在0.5℃內(nèi)。干筋中期烤房內(nèi)溫度差又逐漸變大，達(dá)到最大溫度差2.74℃，干筋后期溫度差又逐漸變小，在0.47℃以內(nèi)。三個(gè)部位變化動態(tài)以前部最為明顯。

由圖2B可知，燃煤密集烤房水平方向干球溫度與設(shè)定干球溫度差值在變黃期較小，溫度差在0.8℃以內(nèi);定色期溫度差變大，最大溫度差為0.8℃;干筋前期變小，干筋中后期設(shè)定溫度達(dá)到68℃時(shí)，溫度差達(dá)到最大，為1.67℃。烘烤結(jié)束時(shí)溫度差又變小，在0.47℃左右。

綜合比較，水平方向的干球溫度響應(yīng)度燃煤密集烤房要大于熱泵密集烤房，且熱泵烤房干球溫度差值主要為負(fù)值，而燃煤烤房干球溫度差值主要為正值。

2.1.2?垂直方向干球溫度響應(yīng)度?對烤房裝煙室內(nèi)垂直方向上、中、下層干球溫度數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（每層均為前、中、后三點(diǎn)平均值），其分布及變化動態(tài)見圖3。

由圖3A可知，熱泵密集烤房垂直方向干球溫度與設(shè)定干球溫度差值在變黃前期較穩(wěn)定，溫度差在0.83℃以內(nèi);定色期溫度差開始變大，最大溫度差為1.63℃;干筋期烤房溫度達(dá)到68℃時(shí)溫度差達(dá)到最大，為4℃，烘烤結(jié)束時(shí)溫度差在0.5℃左右。

由圖3B可知，燃煤密集烤房垂直方向干球溫度與設(shè)定干球溫度差值在變黃前期較大，最大差值為1.7℃，變黃后期逐漸縮小到1.23℃以內(nèi);定色期溫差先變大后變小，最大溫度差為2.27℃，定色后期溫度差在1.23℃以內(nèi);干筋期溫度差先變大后變小，當(dāng)溫度達(dá)到68℃時(shí)溫度差最大，為2.53℃;烘烤結(jié)束時(shí)溫度差穩(wěn)定在0.5℃左右。

綜合比較，除烤房快速升溫到68℃時(shí)外，其它時(shí)間熱泵密集烤房在垂直方向的干球溫度響應(yīng)度要大于燃煤密集烤房。兩類烤房均為中部響應(yīng)度最高，而上、下部響應(yīng)度相對較低，且上部干球溫度差值主要為負(fù)值，下部干球溫度差值主要為正值。

2.2?熱泵密集烤房與燃煤密集烤房濕球溫度響應(yīng)度

2.2.1?水平方向濕球溫度響應(yīng)度?通過對烤房裝煙室內(nèi)水平方向前、中、后濕球溫度數(shù)值統(tǒng)計(jì)（每部位均為上、中、下三層平均值），其分布及變化動態(tài)見圖4。

由圖4A可知，熱泵密集烤房水平方向濕球溫度與設(shè)定濕球溫度差值在變黃期保持相對穩(wěn)定，最大溫度差為1.05℃;定色期溫度差波動較大，最大溫度差為1.1℃;干筋前期溫度差較大，為0.96℃，干筋后期濕球溫度差逐漸穩(wěn)定;烘烤結(jié)束時(shí)濕球溫度差在0.3℃左右。

由圖4B可知，燃煤密集烤房水平方向濕球溫度與設(shè)定濕球溫度差值在變黃期較小，最大為0.97℃，變黃后期差值逐漸變大，最大為2.27℃;定色期溫度差變小但波動較大，最大差值為1.07℃;干筋前期溫度差波動較小，但干筋后期差值及波動性又變大，最大差值為1.71℃;烘烤結(jié)束時(shí)濕球溫度差在0.5℃左右。

綜合比較，熱泵密集烤房水平方向的濕球溫度響應(yīng)度大于燃煤密集烤房水平方向的濕球溫度響應(yīng)度。

2.2.2?垂直方向濕球溫度響應(yīng)度?通過對烤房裝煙室內(nèi)垂直方向上、中、下層濕球溫度數(shù)值統(tǒng)計(jì)（每層均為前、中、后三點(diǎn)平均值），其分布及變化動態(tài)見圖5。

由圖5A可知，熱泵密集烤房垂直方向濕球溫度與設(shè)定濕球溫度差值在變黃期較小且保持相對穩(wěn)定，最大溫度差為0.93℃;定色期差值和波動性變大，最大溫度差為1.03℃;整個(gè)干筋期濕球溫度波動性仍較大，干筋前期溫度差達(dá)到最大，為1.07℃，干筋后期溫度差逐漸變小;烘烤結(jié)束時(shí)濕球溫度差在0.2℃左右。

由圖5B可知，燃煤密集烤房垂直方向濕球溫度與設(shè)定濕球溫度差值在變黃期較大，變黃前期最大溫度差為0.97℃，變黃后期最大溫度差為2.27℃;定色期差值變小，最大溫度差為1.0℃;干筋期差值先變大后變小，最大溫度差為1.71℃;烘烤結(jié)束時(shí)濕球溫度差在0.5℃左右。變黃后期至干筋期，濕球溫度的波動性均較大。

綜合比較，熱泵密集烤房垂直方向的濕球溫度響應(yīng)度大于燃煤密集烤房在垂直方向的濕球溫度響應(yīng)度。

3?討論

熱泵密集烤房與燃煤密集烤房在烘烤過程中不同時(shí)間、不同區(qū)位與設(shè)定的干濕球溫度均存在一定差異。熱泵密集烤房的干濕球溫度響應(yīng)度總體要比燃煤密集烤房高，這與前人的研究結(jié)果基本一致[14]。但在烤房需熱強(qiáng)度迅速增大階段，熱泵密集烤房在水平方向和垂直方向升溫速度要比燃煤密集烤房慢，即響應(yīng)度較低。我們推測原因?yàn)闊岜妹芗痉康墓釓?qiáng)度有限，在烤房需熱量較少時(shí)無明顯差異，但當(dāng)需熱量較大時(shí)，升溫速度相對較慢所致。因此我們可以更換更大功率的風(fēng)機(jī)和主機(jī)，增強(qiáng)熱泵密集烤房的供熱能力和通風(fēng)能力，以此來提高煙葉烘烤質(zhì)量。

4?結(jié)論

本試驗(yàn)中，熱泵密集烤房在烘烤過程中的干球溫度響應(yīng)度略小于燃煤密集烤房在烘烤過程中的干球溫度響應(yīng)度，且熱泵烤房干球溫度差值主要為負(fù)值，而燃煤烤房干球溫度差值主要為正值;熱泵密集烤房在烘烤過程中的濕球溫度響應(yīng)度大于燃煤密集烤房在烘烤過程中的濕球溫度響應(yīng)度;熱泵密集烤房與燃煤密集烤房在烘烤過程中水平方向的干濕球溫度響應(yīng)度高于垂直方向的干濕球溫度響應(yīng)度;熱泵密集烤房與燃煤密集烤房在烘烤過程中干球溫度響應(yīng)度高于濕球溫度響應(yīng)度;熱泵密集烤房在烘烤過程中變黃期干濕球溫度響應(yīng)度高于定色期和干筋期。

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