|
TEPELNÉ ČERPADLO V SUŠÁRNÁCH ZEMĚDĚLSKÝCH PRODUKTŮ
V Číně vyvinuli novou sušárnu zemědělských produkty, tentokrát na principu tepelného čerpadla. Tyto sušárny vynikají nízkou spotřebou energie, plynulým vysušovacím procesem a programovatelným řídicím systémem. Uvedené charakteristiky splňují předpoklady jednoduché obsluhy, což je důležité pro oblíbenost u zemědělců. Nová sušárna byla navržena pro dehydrataci zemědělských plodin s vysokou hospodářskou hodnotou. I proto autoři prognózují relativně krátkou dobu návratnosti (do dvou let).
Už před koncem osmdesátých let byly sušárny s tepelným čerpadlem využívány v čínském dřevařské průmyslu. Během doby rostla potřeba obdobné technologie i pro zpracovaní zemědělských komodit. Při konvenčních metodách sušení zemědělských produktů se totiž v Číně využívá buď přímého slunečního svitu nebo jednoduchých kamen. Oba způsoby však obvykle znamenají horší jakost a také nižší celkovou produkci. Proto byla v roce 1997 vyvinuta sušárna využívající tepelné čerpadlo i pro zemědělské komodity. Postaral se o to Institut pro obnovitelné zdroje v čínském Guangzhou. Cílem projektu bylo sušárnu postavit a v praxi ověřit funkčnost a ekonomiku sušárny tradičního jihočínského ovoce a jiných zemědělských komodit.

Znázorněný model sušárny popisuje obecný princip zařízení s využitím tepelného čerpadla. Nejběžněji jde o jednokompresorový typ čerpadla, který využívá pracovní kapalinu R-22 (možné použít i R-134A).
Vzduch vycházející ze sušicí komory se dělí na čtyři skupiny:
 |
jedna část odchází do okolního prostředí,
|
 |
druhý tok se vrací přímo na vstup před sušicí komoru a tvoří vnitřní uzavřený cyklus,
|
 |
třetí proud je smíchán se studeným vzduchem (z odpařovače) a spolu s čerstvým vzduchu je veden přes kondezátor do sušící komory,
|
 |
poslední část se vrací přes odpařovač a kondezátor opět do sušící komory.
|
Smíchaný vzduch (3. a 4. část) prochází kondenzátorem, kde je přihřát ještě dříve než se spojí s hlavním proudem vzduchu (2. část). Elektrický ohřívač je umístěn před suchou komorou a užíván pro další předehřátí vzduchu v případě, že je to vyžadováno.
Před návrhem sušárny byl hledán optimální průběh dehydratačního procesu na mnoha modelech. Cílem bylo najít stav, kdy dochází k největšímu odpařování vody, což je dost složité a závisí to na teplotě a vlhkosti vzduchu, rychlosti jeho proudění a proschlosti sušených materiálů. Použití matematického modelu se tak stává velmi obtížné a musí být samostatně sestavován pro každou komoditu.
Během souvislého vysoušecího procesu se teplota vzduchu v komoře zvyšuje a relativní vlhkost vzduchu přiváděného do komory se naopak snižuje. Během sušícího procesu je tak pro stejné množství odpařené vody třeba stále více a více energie.Tuto energii právě multiplikuje tepelné čerpadlo. Proměnlivá rychlost vzduchu je pro jednotlivé fáze sušení či různé komodity řízena pomocí ventilátorů.
Aby bylo možné sušit různé plodiny s různými strukturami a obsahem vlhkosti, muselo být tepelné čerpadlo vybaveno programovatelným řídícím systémem instalovaným obvykle na jedné z izolovaných zdí sušící komory. Řídící systém je zde podmínkou, protože jedině tak lze dlouhodobě zajistit konstantní podmínky (například teplota vzduchu, vlhkost a sušina výrobku).
ČINNOST A TESTOVÁNÍ
Tepelné čerpadlo bylo ověřeno na dvou typických čínských produktech: nasolená pomerančová kůra a lolang (ovoce jižní Číny). První studie byla prováděna s nasolenou pomerančovou kůrou. Na jeden test se do sušící komory vložilo 450 kg hmoty s vlhkostí 77 %, teplota vzduchu během hydratačního procesu kolísala mezi 28 °C a 52 °C. Uvedené rozmezí teplot je zapotřebí, aby voda z jádřince mohla lépe prostoupit na povrch slupky, který je pórovitý. Během pokusu se odpařilo 8,6 kg vody za hodinu při průměrném příkonu 0,57 kWh na 1 kg odpařené vody (2,050 kJ/kg H2O). Celý proces vysoušení trval 34 hodin a spotřebovalo se při něm mnohem méně energie než při konvenčních metodách. Výsledný produkt - sušená pomerančová slupka - měl dobrou barvu a vyvážené procento sušiny. Čínská zpracovatelská společnost, v jejíchž prostorech test probíhal, dokonce shledala, že při pokusu bylo dosaženo lepší kvality než u jejich současných technologiích.
EKONOMICKÉ ASPEKTY
Vzhledem k faktu, že investice do tepelného čerpadla není obvykle nijak levná záležitost, závisí i zde větší rozmach uvedené technologie na ekonomice provozu sušárny. Autoři ekonomickou výhodnost sušárny prezentují na příkladu druhé komodity – jihočínského ovoce longan. Investiční náklady na sušárnu činí v přepočtu asi 181 000 Kč. Ekonomická analýza citlivosti ukázala, že doba návratnosti investovaných prostředků je vysoce závislá na rozdílu cen sušené a čerstvé produkce (viz obrázek – příklad longan). V Guangzhou se průměrná cena čerstvého longan pohybuje kolem 40 Kč/kg a sušený longan se pak prodává od 160 do 220 Kč/kg v závislosti na kvalitě výrobku. Při předpokladu, že longan sušené za pomoci tepelného čerpadla patří mezi kvalitnější na trhu, je lze ocenit minimálně 180 Kč za kg sušeného longan. Při této ceně vychází doba návratnosti vložených prostředků do dvou let.
POSTŘEHY ZÁVĚREM
Na základě provedené studie lze konstatovat několik poznámek:
 |
za optimální provoz sušárny lze označit situaci, kdy se spotřebovává maximálně 0,57 kWh energie na 1 kg odpařené vody,
|
 |
dehydratační proces probíhá nezávisle na podmínkách počasí a jeho výhodou je vysoká kvalita produktů a nízká spotřeba energie,
|
 |
koncem roku 1999 bylo v Číně nainstalováno 50 sušáren s tepelnými čerpadly (provincie Guangdong, Shandong a Zhejiang),
|
 |
v provincii Guangdong je produkce zemědělských komodit a ryb odhadována na 10 miliónů tun ročně, z toho se cca 10% zpracovává dehydratačním procesem. Jestliže by se polovina z těchto 10 % sušila v popsaných zařízení, znamenalo by to 22 000 tisíc instalací sušáren s celkovým výkonem tepelných čerpadel 40 MW.
|
Kontakt na autora řešení:
Prof. K. H. Guo, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Central Martyrs Road, Guangzhou, 510070, China, Tel: +86-20-87305777, Fax: +86-20-87779767, E-mail: guokh@ms.giec.ac.cn.
Jiří Dvořák
lea2@ecn.cz
| |