Solární sušárna travních semen

Solar drying of grass seeds

V. Sladký

Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha 6 - Řepy

Abstract: A “solar” double sheet metal roof of processing and storing building with 2000 m2 can be used by efficiency 10 - 15 % and gain from 35 up to 100 W/ m2, with + 4 - 7 o C higher temperature of drying air to upgraiding the drying technology of grass seeds and other agricultural goods. The effective time of drying prolonges from 3 - 4 up to 8 - 10 hours in a day, while in this time degrees the relative air moisture content by 15 - 18 % below 60 %, what is needed to get a 13 - 15 % water content in good. The solar roof cann be made very cheep in a frame of general reconstruction of the building.

Keywords: grass seeds, solar drying

Abstrakt: Kvalitní travní semena ve vyrovnaných partiích jsou stále dobrým obchodním artiklem. Kombajnová sklizeň podmiňuje následné pečlivé sušení pro zachování klíčivosti. OSEVA a.s. Choceň vybudovala dle technického doporučení VUZT novou solární sušárnu travních semen s příhřevem vzduchu o cca 4 - 7 oC z dvojité plechové střechy provozní budovy, který i při nízké účinnosti využití sluneční energie 10-15 % splňuje požadavky na optimální podmínky sušení.

Úvod: Vyčleňování části zemědělské půdy z výroby potravin vede k zatravňování ploch. Stoupají požadavky na travní semena pro zkrášlení krajiny a sídlišť. Plánují se plochy k pěstování "energetických" travin - ostřic a rákosovin. Žádané jsou jen kvalitní, vyrovnané partie semen schválených druhů. Toho se dosahuje kooperací velkého počtu pěstitelů s integrujícím, zpracovatelským a obchodním podnikem, který musí být vybaven vyhovující technikou pro ošetření, sušení a merkantilní prezentaci zboží.

Travní semena sklízená sklízecími mlátičkami, bývají po sklizni mnohem vlhčí, se zelenými částicemi, s nevyrovnanou zralostí jemných semen a nižším výnosem. Ruční technologie s dosoušením na pokosu, resp. ve snopcích, byly opuštěny pro vysoké náklady a riziko ztrát. Nové technologie využívají umělé dosoušení provětráváním přihřátým vzduchem. Nutnost příhřevu vzduchu při sušení travních semen spočívá v tom, že travní semeno se na trvalou skladovací vlhkost nižší než 15 % dosuší pouze vzduchem, jehož relativní vlhkost je nižší než 60 % a to je v době druhé poloviny července, srpna a září pouze několik hodin denně. Dlouhodobé provětrávání venkovním vzduchem s vyšší relativní vlhkostí pouze zabraňuje samozáhřevu semen, plesnivění, ale obsah vody nesnižuje.

Technické řešení sušárny semen

Sušárna travních semen, vybudovaná v. OSEVA a.s Choceň za technické pomoci VÚZT Praha se liší od všech stávajících sušáren, využívajících fosilní paliva k příhřevu vzduchu pro rychlé a bezpečné snížení obsahu vody z cca 25 až 30 % (někdy i 40 %) na požadovaných 15 (a někdy i 13 %). Sušárna je částečně integrována do provozní haly, která slouží k dalšímu ošetření travních semen i jiných zrnin a olejnin, což umožnilo, aby se část opláštění haly využilo pro solární příhřev sušícího vzduchu. V rámci rekonstrukce haly byla upravena střecha tak, že byl zdvojen střešní plášť. Vzniklý vzduchový kanál o hloubce 180 mm a ploše, včetně střechy sušárny, 2 040 m2, je schopen převést část energie dopadajícího slunečního záření do vzduchu k dosoušení semen. Vznikl tak solární ohřívač vzduchu o průměrném tepelném výkonu kolem 130 kW, což odpovídalo výkonu před tím používaného ohřivače na zemní plyn, jehož spotřeba dříve činila 25 až 40 m3 za hodinu, při nákladech v roce 1994 89,- až 140,- Kč/h. ( Ceny v roce 2002 by činily 180 až 290 Kč/h). Účinnost se čekala kolem 10-20 %, předpokládalo se však, že příhřev 3 - 4 °C a snížení relativní vlhkosti sušícího vzduchu o 15-18 % bude pro šetrné dosoušení travních semen dostatečné.

Sušárna travních semen pozůstává z:

. příjmové násypky semen o kubatuře cca 30 m3 se spodním šnekovým dopravníkem,

elevátory, soustavy pásových dopravníků pro naplnění libovolného dosoušecího žlabu;

. osmi dosoušecích žlabů o rozměrech jednoho žlabu: šířka 2,5 m délka 18,0 m hloubka 1,5 m obsah 45,0 m3 s nosnou roštovou podlahou pokrytou jemným pletivem (s náplní cca 18 tun),

. osmi dosoušecích radiálních ventilátorů o příkonu elektromotorů po 7,5 kW, výkonem po 4,5 až 5,5 m3 vzduchu/s);

. 16 elektricky dálkově stavitelných žaluzií pro usměrňování a řízení dosoušecího vzduchu a vyloučení vzduchových zkratů mezi dosoušecími kanály;

. solárního ohřívače vzduchu, tvořeného dvojitou plechovou střechou o ploše 2 040 m2, který je bezprostředně napojen na prostor, ve kterém jsou umístěny dosoušecí ventilátory;

. pomocného (původního) teplovzdušného ohřívače na spalování zemního plynu OTV STAR 200 o tepelném výkonu do 200 kW; uchovaného jako reservy,

. manipulačního a čechracího zařízení pro urovnávání, čechrání a vyhrnování travních semen z dosoušecích žlabů;

. soustavy dopravních pasů pro následnou dopravu suchého semene od dosoušecích žlabů na čistící stroje;

. soustavy kontrolního a ovládacího zařízení v ovládacím velínu.

Provoz sušárny semen Choceň v roce 1994

S opravou provozní haly a výstavbou sušičky travních semen v Chocni začalo na jaře 1994, ale již v červenci bylo možno naskladnit první travní semena a zahájit zkušební provoz, který trval až do konce září. Kromě cca 200 tun travních semen s průměrnou vstupní vlhkostí kolem 27 % (max. 40 %) bylo usušeno ještě 90 tun hořčice, s vlhkostí kolem 15 %. Celkem bylo za cca 2,5 měsíce odsušeno 33,5 t vody, spotřebováno na pohon ventilátorů 13 860 kWh elektrické energie a při zkouškách TVA jen necelých 500 m3 zemního plynu. Na manipulaci včetně čistění semen bylo spotřebováno 5 364 kWh.

Sušení travních semen patří k nejnáročnějším pro příměsi zelených částic rostlin, značné variabilitě semen, relativně horší prostupnosti vzduchu a zejména skutečnosti, že snižování obsahu vody v semenech pod 20 - 18 % na požadovanou vlhkost 13 - 15 % je energeticky náročnější.(U zavadlé píce s obsahem vody přes 30 % se snadno dosahuje odsušku kolem 2 - 3 g vody na 1 m3 sušícího vzduchu, u travních semen s 20 % asi 1 g/m3). Měrná spotřeba elektrické energie při sušení travních semen také stoupá proto, že je třeba vzduch vhánět do sušených i suchých semen mnohem častěji než do pícnin a travní semena kladou proudění vzduchu větší odpor.

Podle metodiky vedení sušárny pracovaly najednou v napojení na solární příhřev většinou tři dosoušecí ventilátory, ostatní se používaly pro skladování a manipulaci.

Metodický postup vyhodnocení provozu sušárny travních semen

Přesná evidence příjmu travních semen na sušárnu podle druhu, hmotnosti a obsahu vody - vlhkosti, přesný odečet spotřeby elektrické energie s rozdělením na spotřebu na manipulaci, dopravníky, čechrače, vyhrnovací zařízení a spotřebu na pohon dosoušecích ventilátorů,. hodnoty měření obsahu vody v dosoušeném osivu po skončení sušení a stanovení celkového odsušku.Výkonnost ventilátorů v závislosti na zatížení byla měřena přesným anemometrem před ventilátorem, na výstupu z tlakové komory do haly a na výstupu ze sušeného osiva. Intenzita slunečního záření byla měřena přesným solarimetrem, v jednom dni za celkem jasného počasí, v dalším dni za oblačnosti. Celkové údaje o slunečním záření za celou dobu sušení v místě byly převzaty z odborné literatury. Příhřevy vzduchu byly stanoveny rtuťovými teploměry. Ze získaných hodnot byly provedeny potřebné výpočty.

Efektivnost solárního příhřevu sušícího vzduchu

V letním období existují i v České republice podmínky pro využívání solárního příhřevu vzduchu pro sušení různých materiálů. Podle dlouhodobých sledování VÚZT Řepy je možno asi 40 % doby, kdy je slunce nad obzorem, využívat jeho plný svit, ze 40 % je střídavě jasno a oblačno se sníženým tepelným ziskem a pouze 20 % doby se nedá sluneční energie efektivně využívat. Zásadně: jasná obloha a bílé mraky ještě hřejí, při obloze zatažené šedými, tmavými mraky ani difúzní záření se na ohřev vzduchu neprojevuje. Ze solární konstanty cca 1 300 W/m2 sluneční energie na hranici atmosféry dopadá na zemský povrch u nás za jasného počasí asi 800 W/m2, v průměru však asi polovina, tj. 400 W/m2. Nejdokonalejší ohřívače vzduchu, dvoukanálové se světlopropustným krytem, přemění kolem 50 % dopadající sluneční energie na teplo. Jednoduché, jakým je ohřivač s dvojitou plechovou střechou v Chocni, však jenom v rozsahu 10-20 %. Protože se využívá celá plocha střechy haly a střechy části sušárny, je část střechy, tj. 900 m2 se sklonem 18° k severu, to se však v letním období nepovažuje za nedostatek vzhledem k výšce slunce, doby jeho pohybu po obloze a intenzitě rozptýleného záření. Pro nadmořskou výšku kolem 300 m pro příhřev l m 3 vzduchu o 1°C je zapotřebí 1,2 KJ tepelné energie. Výkonnost solárního ohřivače vzduchu u sušárny Choceň v roce 1994:

Tabulka 1

Skutečně naměřené hodnoty slunečního svitu a příhřevu vzduchu za pěkného počasí dne 18.8.1994 byly tyto: rozsah energie slunečního svitu 0,35 kW/m2 až 0,83 kW/m2, průměr 624,4 W, čili 0,624 kW/m2. Celkový příkon sluneční energie na plochu = 0,624 kW/m2 x 2040 m2 = 1 273 kW.

Příhřev vzduchu u 3 pracujících ventilátorů byl stanoven na 7,3° C z průměrné hodnoty teploty venkovního vzduchu 19°C na 26,3°C. Výpočet potřeby energie na tento ohřev vzduchu:

153 m 3/s x 7,3°C x 1,2 KJ = 131.4 kW, účinnost 10.3 % ( z 1 273 kW) .

Účinnost 10,3 % využití dopadající sluneční energie, je vzhledem k velké ploše 2 040 m2 solárního ohřívače dostatečná pro potřeby sušení travních semen, protože zvyšuje teplotu sušícího vzduchu přiměřeně - v den měření o 7,3°C (za hranici se považuje +10°C). Nízká účinnost vyplývá ze samé podstaty systému ohřívače tvořeného pouze dvěma plechy, mezi kterými proudí ohřívaný vzduch poměrně nízkou rychlostí 3,6 až 4,3 m/s, (za optimum se považuje nejméně 10 m/s). Polovinu přijaté energie odnáší vítr. I černě natřená střecha odráží sluneční záření a dochází i k vyzařování tepelné energie do okolního prostoru. Odizolované ohřívače se světlopropustnými kryty mají výhodu.

Skutečný příhřev byl nižší než naměřený dne 18.8.1994. Přepočet celkového dopadu 377 726 kWh sluneční energie na 537 provozních hodin udává příkon 703,4 kW, což v přepočtu na ozářenou plochu vychází na 0,345 kW/m2. Při této nižší hodnotě lze předpokládat, že skutečný příhřev se může v průměru pohybovat kolem +4°C, což dlouhodobě bylo potvrzeno odsuškem, který vychází přes 1,1 g vody na 1 m3 vháněného vzduchu. Množství vháněného vzduchu do sušeného materiálu bylo 15 m3/s.

Zkušební provoz solární sušárny probíhal od července do září roku 1994. Bylo usušeno 200 tun travních semen s rozsahem obsahu vody od 20% do 40 % ( průměr 27 %), dále 90 tun hořčice. Celkem bylo odsušeno 35,5 t vody při spotřebě 13 860 kWh elektrické energie a 500 m3 plynu. Solární sušárna funguje s vysokými úsporami energie k plné spokojenosti firmy OSEVA, a.s. CHOCEŇ dodnes.

Solární ohřívač vzduchu, vybudovaný v rámci generální opravy střešního opláštění velkých provozních budov v zemědělských a zpracovatelských podnicích jako dvojitá plechová střecha, může být využíván s účinností 10 až 15 % z dopadající solární energie k příhřevu vzduchu k nízkoteplotnímu sušení. Získá se tak s minimálními náklady zařízení umožňující získávat činný výkon 35 až 100 W/m2 ozářené plochy. Získané teplo nahrazuje tak značné množství jinak k ohřevu vzduchu potřebného zemního plynu.

Systém sušárny travních semen

1

- skladovací hala s příjmovou násypkou 10 - přívod horkého vzduchu do strojovny

2 - nucené odvětrávání haly 11 - 8 ventilátorů RNH 630, 7,5 kW

3 - soustava plnících dopravníků semen 12 - regulační žaluzie ventilátorů

4 - dvojitá plechová střecha - solární ohřívač 13 - dosoušecí rošt, dřevěné nosníky, síto

5 - pojízdné čechrací šneky 14 - vzduchová průchozí komora

6 - srovnávací a vyhrnovací pojízdná lopata 15 - dosoušecí a skladovací žlab, 45 m3, 18 t

7 - uzávěr přívodu venkovního vzduchu 16 - kontrolní lávka mezi žlaby

8 - přívod venkovního vzduchu 17 - uzávěr tlakové a kontrolní komory

9 - teplovzdušný agregát STAR 300 18 - pásový vyskladňovací dopravník