密集烤房不同保温材料烘烤效能研究

李昊

摘要 为进一步提升密集烤房烘烤性能，分别以泡沫保温材料和纳米涂料对密集烤房装烟室进行处理，并以普通密集烤房为对照，对比分析各处理烤房烘烤性能和效果。结果表明，铺设泡沫保温材料和涂抹纳米涂料的烤房较普通密集烤房保温性有所提升，平面温差分别降低0.85和1.19 ℃；垂直温差分别降低0.68 和1.35 ℃；烘烤时长分别缩短13 和18 h；干烟烘烤降低成本0.44和0.57元/kg，烤后烟均价分别提升0.74、1.29元/kg；感官评吸质量略有提升。经保温处理的烤房在增质提效、节能省工方面均有提升作用，但纳米涂料烤房的烘烤性能和效果要优于泡沫保温材料烤房。

关键词 密集烤房：烟叶烘烤：泡沫保温材料；纳米涂料

中图分类号 S26 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）13-0185-04

Study on Efficiency of Bulk Curing Barn of Different Insulation Materials

LI Hao

（Xiangcheng Tobacco Company，Xuchang Municipal Tobacco Company，Xiangcheng，Henan 461700）

Abstract In order to further improve the curing performance of bulk curing barn，foam curing material and nano coating were used to treat the smoke chambers of the bulk curing barns respectively.Besides，the baking performance and effect of different curing barns were contrasted and analyzed compared with the ordinary bulk curing barn.The results show that the thermal insulation property of the curing barn with foam insulation material and nano coating is improved compared with the ordinary bulk curing barn.The horizontal temperature differences reduce by 0.85 and 1.19 ℃ respectively，and the vertical temperature differences reduce by 0.68 and 1.35 ℃ respectively.The baking time was shortened by 13 and 18 h respectively.The costs per kilogram of dry tobacco reduce by 0.44 and 0.57 yuan respectively，and the average prices of flue cured tobacco increase by 0.74 and 1.29 yuan /kg respectively.Sensory evaluation quality improves slightly.The heat curing barn has the advantages of increasing quality，improving efficiency，saving energy and saving labor.But the baking performance and effect of nano coating barn are better than that of foam insulation material.

Key words Bulk curing barn；Tobacco fluecuring；Foam insulating material；Nanometer paint

隨着我国科技和经济的进步以及烤烟的规模化生产，密集烤房逐渐适应了我国烤烟生产可持续发展的新形势，代表当前烤烟设备的发展方向。从早期自然通风气流上升式烤房至当前采用的机械强制通风热循环烤房，烤房发展历程一直注重在热风循环系统以及加热系统方面的改进[1]。当前推广的密集烤房虽然在装烟量、烟叶烘烤质量、集约化程度方面体现出巨大优势，但由于密集烤房墙体建造材质大多选用导热性较强的红砖或空心砖[2-3]，烘烤过程中燃料提供的热量除用于烟叶脱水干燥，还可通过空气渗漏、墙体的传导、辐射等方式散失。研究表明，即使是一座封闭良好的全新烤房，其热能利用率也只能达到60%左右[4]。热能利用率较低会增加系统能耗，烘烤过程中热量供给不及时还会造成失水变色不协调，从而增加烤坏烟的发生概率，这些因素都在一定程度上降低了烟叶烘烤的经济效益。因此，提升烤房热能利用率，使烘烤过程中烟叶处于均匀温湿度场，对于降低烘烤成本、提升烟叶质量具有重要意义。

近年来针对提升烤房热能利用率的技术或材料已有很多研究，Danford[5]设计了一种新型密集型烟叶烘烤和干燥设备，该设备中的逆流余热回收换热器可从废气中回收热量，节省大量的能源。宋朝鹏等[4]将纳米涂料喷涂于密集烤房装烟室内壁，和未做处理的烤房进行对比，结果表明，纳米涂料处理的烤房用电量和耗煤量均有所降低；整体热效率提升10.75%，并有效缩短烘烤时长、增加烤后烟上中等比例，1 hm2烟田烟农增收29 643.75元。卢军等[6]在密集烤房中添加泡沫保温材料，结果表明，使用泡沫保温材料处理的烤房在缩短烘烤耗时、能耗以及提升烤后烟叶经济性状方面均表现出较大优势。以往研究均集中在材料的应用效果方面，不同保温处理之间的对比分析尚未见报道。笔者在密集烤房中分别铺设泡沫保温材料和涂抹纳米涂料，同时以普通密集烤房为对照，对比分析2种保温材料在烘烤性能和效果方面的差异，旨在为进一步提升密集烤房烘烤效果、增加烟农收益提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2016—2017年在河南省襄城县紫云镇开展，供试品种为中烟100，试验田土壤肥力中等，前茬作物为芝麻。田间管理按优质烤烟栽培生产技术规范进行，分别选取成熟度、颜色均匀一致的下部叶（5～6位叶）、中部叶（11～12位叶）、上部叶（15～16位叶）进行3次烘烤试验。

1.2 试验设计

于试验点密集烤房群中选择规格一致的气流上升式烤房3座（装烟室模式为2路3层设计，装烟室规格为8.0 m×2.7 m×3.5 m，烘烤能力1.33 hm2）。以三段式烘烤工艺[7]为基础，结合当地烟叶烘烤特性对烘烤过程中温湿度做适当调整。试验设3个处理：CK，普通密集烤房；T1，密集烤房装烟室铺设泡沫保温材料；T2，密集烤房装烟室内壁涂抹纳米涂料。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 空载试验保温性能测试。

关闭3座烤房的装烟门，添加相同质量的燃煤，循环风机模式调至高速挡，同时点火，每2 h记录1次温湿度表盘显示的温度，直至烤房中温度趋于稳定时结束。

1.3.2 平面温差和垂直温差。

参照王建安等[8]的方法在烤房中每个层位悬挂9个温度计，共27个检测位点（图1），每2 h记录1次数据。

垂直温差△t垂=（|t1′-t1″|+…+|t9′-t9″|）/9 （1）

平面温差△t平n=（tmax′-tmin′） （2）

式中，t1′～ t9′为顶棚温度计读数，t1″～t9″为底棚与其相对应的各温度计读数，n（1，2，3）代表烤房棚次。

1.3.3 烘烤耗时及能耗统计。烘烤时长和能耗计算参照《烟叶烘烤原理》[9]进行统计。

1.3.4 经济性状。参照YC/T 291—2009进行烤后烟叶等级划分。

1.3.5 感官评吸质量。聘请河南农业大学烟草学院8位相关专家，参照国家标准YC/T 530—2015烤烟烟叶质量风格特色感官评价方法，按“九分制”评分标准对各处理的各部位烟叶进行打分。

1.4 数据处理 数据统计和作图用 SPSS 17.0和Microsoft Excel 2010软件。

2 结果与分析

2.1 空载升温效果

从图2可以看出，空载条件下各试验烤房温度变化均呈现相同的变化趋势。0～10 h为燃料燃烧供热阶段，烤房中温度在此阶段不断上升，但上升速率有所不同，T1、T2、CK 3个处理在此阶段平均升温速率分别为436、3.86、3.43 ℃/h。各处理烤房温度均在10 h左右达到最高值，其中表现为T1>T2>CK。由于燃料消耗完毕，烤房中温度和外界温度差值较大，因此在10～18 h存在快速掉温阶段，18 h之后烤房中温度经缓慢下降后趋于稳定状态，在掉温阶段各处理烤房温度均表现为T1>T2>CK的趋势。综合各处理烤房升温掉温情况，可以看出保温材料处理的烤房较普通烤房在升温速度以及保温性能方面均有提升，且以納米涂料处理的烤房效果最高。

2.2 烘烤耗时

由图3可知，对照处理烘烤时长分别高出 T1和 T2 2个处理13和18 h，且差异达到显著水平（P<005），2个保温材料处理烤房烘烤时长为T1>T2，二者差异不显著。烘烤时间长短反映了烘烤劳动强度和能耗高低，如果以对照普通烤房用工强度设定为1，结合T1和T2 2个处理烘烤耗时，用工强度分别节省0.11和0.14个。因此，烤房装烟室中增设保温材料在一定程度上可以降低劳动强度和烘烤成本，且纳米涂料涂抹烤房在节省烘烤耗时方面的效果优于泡沫保温材料处理的烤房。

2.3 平面温差与垂直温差

从表1可以看出，对照普通烤房平均平面温差分别高出T1和T2 2个处理0.85和1.19 ℃，且CK处理和T1、T2处理差异均达到极显著水平，2个保温材料处理之间差异不显著；垂直温差较平面温差进一步增大，3个处理表现相同趋势，T1和T2处理分别较CK处理降低16.71%和33.17%，且各处理之间差异均达到极显著水平。可见，经保温材料处理的烤房装烟室的各个位点在烘烤过程中稳温性较普通烤房均有所提升，从而使烤房内各个位置烟叶所处的温湿度环境近似相同，促进烟叶失水和变色相协调，对提升烟叶的整体烘烤质量具有重要意义，纳米涂料较泡沫保温材料在减小烤房温差方面存在一定优势。

2.4 烘烤能耗

为消除装烟量对烘烤成本的影响，数据统计后计算出1 kg干烟叶产出所需燃料用量及耗电量。由表2可知，T1和T2处理在耗煤量和耗电量方面较对照均有所降低，其中T1和T2处理在燃料成本方面较CK处理分别减少了0.42、0.52元/kg，耗电成本方面较CK处理分别减少了0.02和0.05元/kg。综合烘烤成本包括煤炭使用成本和用电成本，T1和T2处理较CK处理降低幅度分别达到17.05%和22.09%。

2.5 烤后烟经济性状

烟叶质量的高低决定了烟叶烘烤的经济效益，和烟农的利益直接相关，同时也可以作为衡量烤房性能的关键指标之一。从表3统计的不同处理烤房烤后烟叶各等级可以看出，相对于 CK处理，T1和T2处理上等烟比例较对照处理提高的幅度分别为7.43%和1087%；下等烟比例降低幅度分别为10.92%和15.14%，虽然中等烟比例较对照有所降低，但由于上等烟、下等烟比例的差异最终使均价分别提高0.74和1.29元/kg。 可见，经保温处理的烤房可以在一定程度上提升上等烟比例，降低烤坏烟比例，且纳米涂料处理的烤房提升烟叶质量的效果高于泡沫保温材料烤房。

2.6 感官质量评价

从表4可以看出，各处理感官评吸质量的各项评价指标得分均比较接近，经保温材料处理的烤房在香气量和香气质2个指标得分方面较对照略有提升，和余金龙等[10]研究结果一致。此外可以看出，T1和T2 2个处理的C3F在燃烧性方面较对照有所提升，可能是由于烟叶部位特性[11]和感官评吸人员的主观性所致[12]。整体来看，T1和T2 2个处理在感官评吸质量方面得分较为接近，略好于对照。

3 结论与讨论

该试验结果表明，经保温材料处理的烤房在烘烤性能和效果方面均优于普通密集烤房。在装烟室内铺设泡沫保温材料较普通密集烤房烘烤成本降低0.44元/kg，缩短烘烤耗时13 h左右，烤后烟均价提升0.74元/kg。而装烟室内壁涂抹纳米材料较普通密集烤房烘烤成本可降低0.57元/kg，缩短烘烤耗时18 h左右，烤后烟均价提升1.29元/kg。均表现出明显的提质增效、省工降本作用。纳米涂料在保温性能、缩短烘烤耗时、节省烘烤能耗、增加烤后烟经济性状方面均优于泡沫保温材料，平面温差不同保温处理之间差异不显著，垂直温差差异达到极显著水平，但保温材料处理对于烤后烟感官评吸质量提升效果并不明显。

纳米涂料在降低烤房温差方面表现出的明显优势主要是由于纳米涂料自身电磁学性能、光学性能、流体学性能所致[13]。特别是纳米微粒的吸收带普遍存在“蓝移”现象[14]，热能通过漫射的方式在烤房中各个位置自由流动。而现有泡沫保温材料大多通过泡沫的密闭性达到物理保温效果[15]，最终导致泡沫保温材料和纳米涂料在促进烤房中温度均衡性方面出现较大差异。综合来看，密集烤房经保温处理后在烟叶烘烤的省工、降本、提质、增效方面均有一定程度的提升作用，但材料本身的挥发性对烟叶品质以及安全性的影响仍需进一探究。

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