WYKORZYSTANIE KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH W SUSZARNICTWIE PRODUKTÓW ROLNYCH UTILIZATION OF SOLAR COLLECTORS FOR DRYING OF AGRICULTURAL PRODUCTS

Transkrypt

1 INŻYNIERIA W ROLNICTWIE. MONOGRAFIE 8 ENGINEERING IN AGRICULTURE. MONOGRAPHS 8 Jan Pabis, Aleksander Szeptycki WYKORZYSTANIE KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH W SUSZARNICTWIE PRODUKTÓW ROLNYCH UTILIZATION OF SOLAR COLLECTORS FOR DRYING OF AGRICULTURAL PRODUCTS Falenty 2012 WYDAWNICTWO ITP

2 INSTYTUT TECHNOLOGICZNO-PRZYRODNICZY Falenty, al. Hrabska 3, Raszyn tel./fax ; DYREKTOR INSTYTUTU prof. dr hab. Edmund Kaca Oddział w Warszawie ul. Rakowiecka 32, Warszawa tel , fax Kierownik Oddziału prof. dr hab. Aleksander Szeptycki KOLEGIUM REDAKCYJNE prof. dr hab. Aleksander Szeptycki przewodniczący prof. dr hab. J.Lech Jugowar prof. dr hab. Zdzisław Wójcicki prof. dr hab. Jan Pawlak prof. dr hab. Krzysztof Wierzbicki Recenzenci prof. dr hab. Anna Grzybek, prof. dr hab. Mieczysław Szpryngiel Redakcja naukowa prof. dr hab. Aleksander Szeptycki Kierownik Działu Wydawnictw: dr inż. Halina Jankowska-Huflejt Projekt okładki: Halina Jankowska-Huflejt Opracowanie redakcyjne: Barbara Wciślińska Skład komputerowy i przygotowanie do druku: Anna Wysocka Copyright by Instytut Technologiczno-Przyrodniczy w Falentach (ITP), 2012 ISBN ISSN Adres redakcji: Instytut Technologiczno-Przyrodniczy Falenty, al. Hrabska 3, Raszyn tel ; wydawnictwo@itep.edu.pl Realizacja wydania: Agencja Wydawniczo-Poligraficzna Gimpo Warszawa, ul. M. Grzegorzewskiej 8. Ark. wyd. 7,6. Nakład 200 egz.

3 Spis treści Wykaz ważniejszych oznaczeń WPROWADZENIE WYKORZYSTANIE ENERGII SŁOŃCA Charakterystyka promieniowania słonecznego Przemiana energii promieniowania słonecznego na energię cieplną Bilans cieplny kolektora słonecznego Wykorzystanie kolektorów słonecznych w rolnictwie Podział kolektorów słonecznych Kolektory powietrzne płaskie płytowe oraz rurowe Bierne (pasywne) systemy ogrzewania słonecznego SUSZARNICTWO PRODUKTÓW ROLNYCH Teoretyczne podstawy suszenia produktów rolnych Zawartość wody w ciałach stałych i ich wilgotność Oznaczanie zawartości wody lub wilgotności względnej nasion Obliczanie ubytków wody podczas suszenia Właściwości cieplne nasion Przebieg konwekcyjnego suszenia nasion Wilgotny czynnik suszący Wilgotność równoważna Ruch wody wewnątrz suszonych nasion Przebieg suszenia ciała stałego Charakterystyka suszarek podłogowych Obliczanie wymiarów suszarki podłogowo-rusztowej Obliczanie wymiarów suszarki podłogowo-kanałowej Zasady obliczania parametrów kolektora słonecznego TECHNOLOGIE SUSZENIA WYBRANYCH PRODUKTÓW ROLNYCH Z ZASTOSOWANIEM KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH Suszenie ziarna zbóż Przykład obliczania podstawowych parametrów kolektora słonecznego do suszarki podłogowo-kanałowej, przeznaczonej do suszenia ziarna zbóż Suszenie nasion warzyw Suszenie ziół na suszarkach podłogowych BIOMASA JAKO SUROWIEC ENERGETYCZNY Zasoby i potencjał energetyczny biomasy w Polsce Wykorzystanie drewna do spalania Wierzba i trawy wieloletnie jako biomasa do spalania Słoma i siano jako paliwo Przykład obliczania parametrów kolektora słonecznego do suszarki podłogowo-kanałowej, przeznaczonej do suszenia biomasy ZALECENIA DO BUDOWY I INSTALOWANIA KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH, PRZEZNACZONYCH DO SUSZAREK PODŁOGOWYCH BIBLIOGRAFIA WYBRANE DEFINICJE I OBJAŚNIENIA Z ZAKRESU TECHNIKI CIEPLNEJ I ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII Streszczenie...122

4 Contents List of more important notations and symbols INTRODUCTION UTILIZATION OF SOLAR ENERGY Characterization of solar radiation Transformation of solar radiation in thermal energy Thermal balance of a solar collector Utilization of solar collectors in agriculture Division of solar collectors Air collectors: flat, plate and tubular Passive solar heating systems DRYING OF AGRICULTURAL PRODUCTS Theoretical basis of drying of agricultural products Water content of solid bodies and their humidity Determination of water content or relative humidity of seeds Calculation of water loss in drying Thermal properties of seeds Course of seeds drying by convection Humid drying agent Equilibrium humidity Water movement inside a dried seed Course of drying of a solid body Characterization of floor dryers Calculation of floor-grate dryer s dimensions Calculation of floor-channel dryer s dimensions Bases of calculation of parameters of a solar collector DRYING TECHNOLOGY OF SELECTED AGRICULTURAL PRODUCTS WITH THE USE OF SOLAR COLLECTORS Drying of cereal grain Example of calculation of the basic parameters of a solar collector cooperating with a floor-channel dryer Drying of vegetable seeds Dying of herbaceous plants on floor dryers BIOMASS AS AN ENERGETIC RAW MATERIAL Reserves and energetical potential of biomass in Poland Utilization of wood for combustion Willow and perennial grasses as biomass for combustion Straw and hay as fuels Example of calculation of the parameters of a solar collector cooperating with a floor dryer for biomass drying RECOMENDATIONS FOR CONSTRUCTION AND INSTALLATION OF SOLAR COLLECTORS COOPERATING WITH FLOOR DRYERS BIBLIOGRAPHY SELECTED DEFINITIONS AND EXPLANATIONS FROM THE SCOPE OF HEAT ENGINEERING AND RENEWABLE ENERGY SOURCES Summary...123

5 Streszczenie Streszczenie Na podstawie wieloletnich badań naukowych podano wytyczne do budowy i zastosowania kolektorów słonecznych do suszenia ziarna zbóż, nasion warzyw i surowców zielarskich. Zaprezentowane informacje mogą służyć jako źródło wiedzy i danych dla specjalistów konstruktorów instalacji suszarniczych, a także dla producentów nasion warzyw i przedsiębiorców z branży produktów zielarskich. Przedstawiono podział i charakterystyki kolektorów słonecznych według ich różnych cech konstrukcyjnych, a także podano zalecenia zastosowania ich w produkcji rolniczej i ogrodniczej. Podano też niektóre, podstawowe informacje z teorii suszenia produktów rolnych. Teoria ta posłużyła do opracowania algorytmów obliczania parametrów konstrukcyjnych suszarek podłogowo-rusztowych i podłogowo-kanałowych. Przedstawiono również sposoby obliczania parametrów konstrukcji kolektorów słonecznych, stosowanych jako źródła energii do ogrzewania czynnika suszącego. Na podstawie wieloletniego doświadczenia, omówiono technologie suszenia ziarna, nasion warzyw w nasiennikach i po wymłóceniu, a także biomasy przeznaczonej na cele energetyczne. Unikatową część monografii stanowi omówienie technologii suszenia różnych surowców zielarskich w suszarkach podłogowych z zastosowaniem kolektorów słonecznych. W końcowej części publikacji przedstawiono zasoby biomasy przeznaczonej na cele energetyczne oraz chemiczne i fizyczne właściwości materiałów roślinnych używanych do celów grzewczych. Słowa kluczowe: suszarka podłogowa, kolektor słoneczny, obliczanie parametrów suszenia, ziarno zbóż, nasiona warzyw, surowce zielarskie 122

6 Summary Summary On the basis of many years of scientific research presented are guidelines to design and use of solar collectors as heat sources for drying of cereal grain, vegetable seeds and herbal materials. Presented information may serve as knowledge- and databases for specialist designers of drying appliances as well as for vegetable seed producers and in herbal product enterprises. Division of solar collectors, according to their different construction is presented, and the recommendations of selected types of collectors to some applications in agricultural and vegetable production are reviewed. Given is also some basic knowledge of the theory of drying of agricultural products. Using this theory, the algorithm is suggested for calculation of design parameters of floor-grate and floor-channel dryers and also to calculate of design parameters of solar collectors serving as an energy source to heat up the drying agent used in these dryers. On the base of many years of experience discussed are also technologies of drying of grain, vegetable seeds in inflorescences and after threshing, as well as drying of biomass for energetic purposes. The unique part of the book is the presentation of technologies of different herbal materials drying in floor dryers with the use of solar collectors. At the end, the reserve of biomass for energy in Poland is presented, and also the chemical and physical properties of chosen plant materials used for energy are given. Key words: floor dryers, solar collectors, calculation of parameters drying, cereal grain, vegetable seeds, herbaceous raw material 123