不同排湿方式的空气能热泵密集烤房烘烤效果对比研究

摘要 为探究湖北襄阳地区新能源烤房的降本增效烘烤效果，开展3种不同排湿方式空气能热泵烤房与生物质烤房的烘烤效果对比试验。试验共设4个处理：S 移动式生物质颗粒密集烤房为对照（CK）；S2，开放式空气能热泵密集烤房；S3，密闭式空气能热泵密集烤房；S4，复合式空气能热泵密集烤房。对各处理的负载烘烤效率、烘烤关键温度控制、烘烤成本、烟叶常规化学成分、烤后烟叶经济性状进行对比分析，验证烘烤效果。结果表明：与生物质烤房相比，新能源热泵烤房烘烤效率稍低，但关键烘烤温度控制更精准，烘烤成本减少；新能源热泵烤房的单位干烟平均成本仅为1.20～1.52元/kg，远低于生物质烤房，下降了0.69～1.01元/kg，降幅高达31.22％～45.70％，每炕烟能节省386.7～543.3元；热泵烤房烟叶内在质量化学成分协调性提升，以密闭式和复合式效果更加；密闭式空气能热泵密集烤房上等烟比例显著提升了5.92百分点，烟叶均价显著增加了2.27元/kg，总产值最佳。总体来看，热泵密集烤房与生物质密集烤房相比，省工降本，提质增效，具有十分良好的推广前景。

关键词 烤烟；排湿方式；空气能；热泵烤房；生物质密集烤房

中图分类号 TS 44  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）20-0169-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.20.041

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Comparison of the Baking Effect of an Air Energy Heat Pump Intensive Baking Room Using Different Humidity Removal Methods

CHEN Yong-wei， TIAN Hui-wen， CHEN Yong-de et al

（Xiangyang Branch of Hubei Tobacco Corporation， Xiangyang， Hubei 441000）

Abstract In order to explore the cost reduction and efficiency improvement baking effect of new energy baking houses in Xiangyang， Hubei， comparative experiments on the baking effects of three different dehumidification methods of air energy heat pump baking room and biomass baking room were conducted. A total of 4 treatments were set up in the experiment， with S1 （CK） mobile biomass particle dense baking house as the control;S2 open air energy heat pump dense baking room;S3 closed air energy heat pump dense baking room;S4 composite air energy heat pump dense baking room. The load baking efficiency， key baking temperature control， baking cost， conventional chemical composition of tobacco leaves， and economic benefits of cured tobacco leaves for each treatment are compared and analyzed to verify the baking effect. The results show that compared with biomass baking rooms， the baking efficiency of new energy heat pump baking rooms is slightly lower， but the key baking temperature control is more precise， and the baking cost is reduced;the average cost of dry smoke per unit in the new energy heat pump drying room is only 1.20-1.52 yuan/kg， which is much lower than that in the biomass drying room， with a decrease of 0.69-1.01 yuan/kg， a decrease of 31.22%-45.70%， and a savings of 386.7-543.3 yuan per unit of smoke. The chemical composition coordination of the internal quality of tobacco leaves in the heat pump drying room is improved， and the effect is better with closed and composite methods. The proportion of high-quality tobacco in the closed air enerygy heat pump intensive curing room significantly increased by 5.92 percentage point， and the average price of tobacco leaves significantly increased by 2.27 yuan/kg， with the best total output value. Overall， compared with biomass intensive baking houses， heat pump intensive baking houses save labor， reduce costs， improve quality and efficiency， and have a very good promotion prospect.

Key words Flue-cured tobacco;Dehumidification method;Air energy;Heat pump baking room;Biomass intensive baking room

烟叶的调制是把烟叶从农业产品加工成工业可用产品的一个关键过程，这个烘烤干燥过程需要大量消耗热能，我国在2005年开始推广使用卧式密集烤房，多以烟煤为主供能，因此产生了大量燃煤燃烧排放的SO2、CO2、CO及粉尘等，造成严重的环境污染［1-3］。近年来，国家对生态环境的保护越来越重视，探索低能耗、低排放的环境友好型烟叶烘烤生产方式，已成为各烟区在生产环节探索节能减排的主要方向，其中尤以烘烤环节最多，涉及电力、煤炭及污染物排放［4-5］。

空气能热泵烤房，利用热泵机组作为设备主机将空气源热泵加热排湿或采用制冷方式除湿，从而达到干燥要求，是一种更安全、环保、节能的烘烤方法［3，6］。根据干燥机组不同，排湿结构方式主要分为开放式、密闭式、复合式。工作原理的区别主要为：①开式热泵干燥，以空气源热泵加热空气，采用热风加热排湿；②闭式热泵干燥，采用制冷方式除湿，以冷凝热进行再加热的冷凝除湿干燥;③复合式热泵干燥，可按需求切换成开式或闭式的空气源热泵冷凝除湿干燥［7-8］。

目前，空气热泵干燥设备已经广泛应用于食品加工、陶瓷烘焙、纺织制品及干燥农产品等领域［9-10］。相关研究表明，热泵烤房根据逆卡诺原理，利用空气能热泵机组作为设备主机，将空气源热泵进行加热排湿，抑或采用制冷方式进行除湿，经过系统高效集热整合，达到烟叶生产所需的干燥要求，该烘烤方法具备清洁高效、可再生优势，所烤烟叶均质化程度高，烤后烟叶物理、外观、化学成分更佳，易烘烤出更多的上等烟。胡晓东等［4］研究发现，热泵烤房的装烟室温差控制更加精确，在水平和垂直面温度差值减少，有利于整炕烟叶都在最佳温度进行调制，促进烟叶质量提升，增加中上等烟比例。田效园等［11］研究认为，热泵烤房显著节约成本，烟叶等级及评吸质量提升明显。

因此，热泵密集烤房在推动现代烟草农业高质量发展方面具有良好前景［12-13］。但受各烟区生态环境与主栽品种不同的限制，执行的烘烤工艺与烤房性能没有完全匹配，无法将热泵烤房性能优势完全发挥。因此，通过不同排湿方式的空气能热泵烤房烘烤效果对比，开展不同排湿方式热泵烤房的烘烤工艺、能耗与烤后烟叶质量研究，旨在进一步推进烟叶烘烤质量提升，为新型能源空气源热泵烤房的推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料 试验于 2023 年在湖北省枣阳市吴店镇玉皇庙村十月九烘烤工厂进行。供试烤烟品种为湘烟3号，田间管理按照当地优质烟叶生产技术规范执行。供试烟叶为田间鲜烟素质一致、正常成熟采收的中部叶（自下而上第8～12片叶），各处理均为同一天采摘、夹烟、入坑和点火。各处理烤房规格均为 8.00 m×2.70 m×3.50 m，符合国烟办综〔2009〕418号标准。

1.2 试验设计 试验设 4 个处理，分别为：S 移动式生物质颗粒密集烤房（CK）；S2，开放式空气能热泵密集烤房；S3，密闭式空气能热泵密集烤房；S4，复合式空气能热泵密集烤房（表1）。

烘烤工艺采取当地常规的中部烟3段10步烘烤曲线。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 负载烘烤效率。测定各处理烤房的鲜、干烟叶重量，不同烘烤阶段用时、总烘烤用时、计算单位干烟烘烤用时。

1.3.2 烘烤关键温度统计。使用烤房监控仪，对每房烟叶10个烘烤工艺关键稳温点进行记录，并与目标温度进行对比，分析目标温度与实际温度的差异。

1.3.3 烘烤成本对比分析。上烤前随机抽取 10 夹烟叶称重并挂牌标记，烤后对干烟称重，计算鲜干比，以此测算整房干烟重量。在各处理烤房分别安装独立电表，于同一天用同一批鲜烟素质一致的烟叶装炕后，采用统一的中部叶3段10步烘烤工艺，烘烤结束后，统计各处理燃料用量。记录每炕烟叶烤前、烤后的电表读数，测算每炕烟叶耗电量。

1.3.4 化学成分分析。采用连续流动分析仪测定烟叶常规化学成分。

1.3.5 烤后烟叶经济性状。参照中华人民共和国国家标准GB 2635—1992《烤烟》对烤后烟叶进行分级，确定烟叶等级，并根据当地烤烟收购价格确定均价。

1.4 数据分析与处理 采用Microsoft Excel 2016软件进行试验数据整理及作图，采用SPSS 24.0软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理的烟叶烘烤效率 由表2可知，各处理烘烤效率存在显著差异，以S1处理的烘烤总用时最少，S1与S3处理各时期烘烤用时均存在显著差异。S1、S2、S3处理烘烤总用时之间存在显著差异，其中S1较S2、S3、S4处理分别缩短了7、13、10 h。可见，热泵烤房因加热源方式不同和生物质颗粒烤房的烘烤效率存在显著差异，可能是在中后期高温烘烤时，电能供热受制于功率限制，而生物质颗粒燃烧仅需加大火力供热。S1处理单位时间内烘烤干烟量比 S2、S3、S4处理分别增加0.08、0.33、0.17 kg/h。可见，生物质烤房与热泵烤房相比，生物质颗粒烤房的烘烤效率较高。

2.2 烘烤关键温度控制 由表3可知，在变黄期（42 ℃ 以前） 各处理温度均能控制在±0.50 ℃ 范围内。定色期至干筋期烧大火阶段，对比 S1处理，热泵密集烤房温度仍然基本控制在±0.50 ℃以内，温度控制较为精准。S3处理各个阶段温差基本控制在±0.30 ℃以内，温度控制效果最佳，说明密闭式热泵烤房受外界影响较小，温度控制最为稳定，而生物质颗粒烤房可能受人工添加燃料的影响，在烧大火阶段温度控制偏差稍大。

2.3 烘烤成本 由表4 可知，S1处理的烟叶鲜干比高于空气能热泵处理，而烘烤时长低于空气能热泵处理，说明生物质颗粒烤房的烘烤周期较快，但是对烘烤干物质积累有一定影响。烘烤总成本方面，热泵烤房S2、S3、S4处理均远低于移动式生物质颗粒密集烤房S1（CK），省工降本效果十分显著，分别节省了543.30、386.70、514.30元。干烟平均烘烤成本方面，各处理表现为S1＞S3＞S4＞S2，S2、S3、S4处理比S1处理干烟平均烘烤成本分别下降了45.70%、31.22%、42.99%。说明使用空气能热泵密集烤房干烟平均烘烤成本明显下降，且开放式和复合式的平均烘烤成本更低。