半封闭热泵干燥系统的热力学分析与试验

为实现谷物干燥装置的车载移动功能,必须通过提高设备性能来实现装置小型化,为此,基于前期谷物干燥试验和理论研究,设计出一种半封闭热泵流化床谷物干燥系统。该系统采用蒸汽压缩式热泵(热泵工质为R134a)提供热量,以卧式多室流化床为干燥器,让热泵蒸发器回收流化床前段排气中水蒸气潜热,鼓入环境状态的新风以回收干燥后物料的热量。针对该系统建立了集流化床内的流动、颗粒传热传质、床层干燥过程与热泵系统耦合为一体的综合数学模型。计算表明：干燥室入口空气温度在60～90℃之间变化时,干燥系统的除湿能耗比（SMER）存在一个最大值。开发出了干燥样机。试验表明：干燥过程中,干燥室入口空气温度在64.4～71.7℃间波动,新风比约为30%,平均热泵性能系数 （COP）为3.34,SMER可达1.935 kg/(kW?h)。模型计算与试验结果吻合良好,采用该装置进行谷物干燥节能效果明显。     

热泵烤烟系统性能的试验研究

为了研究热泵烤烟的系统特性,并为工程应用推广提供有价值的参考,该文设计了一种新型的热泵烤烟系统,对热泵烤烟进行了试验研究。当烤房内鲜烟装载量为2432kg时,压缩机的最大功率为12.6kW,系统制热系数达到了3.25,整个过程的除湿能耗比为2.42kg/(kW.h)。最后对热泵烤烟和燃煤烤烟的经济性进行了比较,结果显示得到1kg干烟热泵的烘烤成本为2.12元,而燃煤的烘烤成本为2.97元。与燃煤烤烟相比,热泵烤烟具有明显的节能优势和社会经济效益。     

磨粒流加工中单颗磨粒冲击的有限元分析

为了研究热泵烤烟的系统特性,并为工程应用推广提供有价值的参考,该文设计了一种新型的热泵烤烟系统,对热泵烤烟进行了试验研究。当烤房内鲜烟装载量为2 432?kg时,压缩机的最大功率为12.6?kW,系统制热系数达到了3.25,整个过程的除湿能耗比为2.42?kg/（kW·h）。最后对热泵烤烟和燃煤烤烟的经济性进行了比较,结果显示得到1?kg干烟热泵的烘烤成本为2.12元,而燃煤的烘烤成本为2.97元。与燃煤烤烟相比,热泵烤烟具有明显的节能优势和社会经济效益。     

低温环境下热泵热风干燥藏药性能试验

为提升低温环境下藏药干燥特性，该研究提出回热、喷焓热泵干燥系统模式，并通过试验探究所设计系统持续运行的稳定性及能效特性，获取低温条件不同方式载物模式下热泵连续运行的特性及变化规律。研究结论如下：在冬季高原严寒大温差（30 ℃）下，回热型热泵系统换热器换热效率平均为13.58%。喷气增焓热泵系统（?13.39～16.69 ℃）最低制热系数COP（Coefficient of Performance, COP）比普通涡旋热泵系统（?11.4～18.3 ℃）提升了51.5%，COP平均提高16.9%，有效提高了低温下系统制热能效。物料摆放方式以及铺料厚度对干燥效果影响显著，当装载量为100%，码放高度20 cm时，物料成品表皮色泽金亮，干燥度均匀，单位能耗除湿量SMER（Specific Moisture Extraction Rate，SMER）大。与传统方式相比，对同等数量的物料，热泵干燥耗时仅为传统阴干方式的1/9，且成本降低1 160元/t，同时避免了环境的二次污染。研究结果表明回热、喷焓型热泵系统能满足低温工况下藏药材干燥所需的能量供给且能够稳定运行。     

基于等焓和等温过程的热泵烤烟系统性能的理论分析与比较

为了研究不同干燥过程对热泵烤烟系统性能的影响,该文对基于等焓和等温过程的新型热泵烤烟系统的应用性能进行了理论分析与比较。在给出该系统设计参数和烤烟工艺模式的基础上,鲜烟量为3000kg时,分析得到等焓和等温过程中烤房所需最大热负荷均为37.05kW,在烤烟整个阶段,等温过程的制热系数均高于等焓过程的制热系数,且等温比等焓过程的系统平均除湿能耗比大0.13kg/(kW·h)。研究结果还表明得到1kg干烟,等温比等焓过程的热泵系统的烘烤成本降低了0.06元,节省总烘烤成本28.86元。因此等温过程的热泵烤烟系统性能高于等焓过程的热泵烤烟系统性能。     

干燥温室与热泵联合系统对胡萝卜的干燥效果

为了解决传统蔬菜干燥技术成本高、能耗大的问题,该研究提出了一种干燥温室与热泵联合系统,基于试验地环境设计了干燥温室,采用三级串联的方式构建了组合式热泵机;测定了干燥温室内外太阳辐射和温度变化情况,以胡萝卜为试验材料,测定了联合系统性能指标,对比了独立热泵机组与联合系统的制热系数（Coefficient Of Performance,COP）变化情况,研究了系统参数设定对胡萝卜丁干燥品质指标的影响。研究结果表明：干燥温室白天室内温度比室外温度平均高6.4 ℃,夜间室内温度比室外温度平均高4 ℃;在较优干燥工艺温度为60 ℃、风速为2 m/s、装载量为2 000 kg的条件下,系统由静止状态进入运行状态后,总温升43.14 ℃,总温降17.5 ℃,对比独立热泵机组,联合系统总COP提高26%～29%,鲜胡萝卜丁处理量80 kg/h,产出干胡萝卜丁18.8 kg/h,消耗电量53.5 kW,生产干胡萝卜丁成本2.25元/kg;对干胡萝卜丁品质指标的检测表明,其色泽（a*值）均值为31.27、复水比均值为5.42、维生素C均值为1.51 mg/g、总糖均值为12.36%、胡萝卜素均值为0.68 mg/g。研究结果可为大宗蔬菜干燥加工后供应于食品领域的技术研究提供理论基础和科学依据。     

基于分层模型的溶液除湿谷物就仓干燥系统性能及能耗

为实现安全、高效且节能的粮食干燥过程,发展就仓干燥新型技术,该研究提出一种基于分层模型的热泵驱动溶液除湿谷物就仓干燥系统,建立并验证系统中各部件数学模型,模拟了粮堆高度3m、初始水分0.2的稻谷采用通风量为120 m~3/(h·t)在空气温度20～32℃,相对湿度55%～80%的不同室外天气参数下干燥致顶层稻谷达到安全水分的过程,对干燥完成时间、干燥后顶层稻谷干物质损失(Dry Matter Loss, DML)和白度值(Whiteness)、以及系统单位能耗和总耗能进行研究,并将系统与其他干燥方式进行性能对比分析。结果表明:完成干燥所需时间整体范围为194～358 h,以粮温20和25℃为例完成干燥时间均满足安全干燥期要求,确定了干燥时间规范上的可行性;干燥后的顶层稻谷干物质损失为0.33%～0.52%,大部分天气参数满足规范要求而稻谷不发生霉变,白度值为51.331～51.452,干燥后整体白度值降低较小;室外空气经除湿换热后以接近于室外空气温度、低含湿量状态进入粮仓,进而验证了热平衡模型以及薄层干燥方程选取的恰当性;系统单位能耗范围为2.09～3.25 kW·h/(%·t),总耗能为6 930～9 530 kW·h,室外空气温度较高的时更利于降低系统单位能耗和总能耗,提高干燥的效能;系统与热泵加热干燥相比速率快、能耗少、稻谷相关品质较优,具有优越性。系统在特定天气条件下干燥的时效、稻谷相关品质指标及能耗等方面表现良好,所建立模型适当且准确,可为实现安全、高效且节能的谷物就仓干燥提供一种选择。     

地源热泵技术对规模化猪场节能减排的影响

为寻求规模化猪场环境控制中的节能减排措施,根据地源热泵技术在规模化猪场应用的实例,计算分析其投资的经济可行性和节能减排效果。结果表明,地源热泵系统较燃煤锅炉系统增加了环境控制设备投资,在现行煤电价格体制下,额外静态投资回收期6.4 a。地源热泵系统比传统的燃煤锅炉节能,热泵机组的理论COP大于4.0,一次能源利用效率大于1.28。地源热泵系统的CO2减排量为燃煤锅炉供暖方式排放量的60%。另外,在猪舍夏季降温方面,地源热泵系统较传统的蒸发降温方式节水。地源热泵系统是一种节能减排的规模化猪场环境控制方式。     

植物工厂水蓄能型地下水源热泵供热系统节能运行特性研究

植物工厂供热系统中,采用传统能源存在一次能源利用率低且污染严重的问题。地下水源热泵节能环保,如果结合蓄能技术可进一步降低运行能耗。该文以上海崇明自然光植物工厂为例,对水蓄能型地下水源热泵供能系统进行节能运行特性研究。结果表明:水蓄能型地下水源热泵供能系统在冬季运行时,采用基于分时电价政策的间歇运行模式,即在电价低谷时,热泵机组边供热边蓄热;在电价高峰期,充分利用蓄热水箱供热。典型周内供能系统按照间歇模式运行可以维持室内温度17~26℃之间,系统稳定运行时,热泵机组制热功率与耗电功率的比值(coefficient of performance,COP)稳定在4.2左右。其中计算典型日水蓄能型地下水源热泵系统比不蓄能系统节省30.34%的费用,供能系统COP为3.17,进一步说明系统较为高效平稳。系统冬季运行一次能源利用系数0.99,相对于冷水机组与燃煤锅炉配套系统,节能率达到81.05%。计算不同能源冬季加热成本,燃煤、燃气和燃油方式分别是该系统运行成本的1.25、2.93和5.08倍。实践表明,水蓄能型地下水源热泵式供热系统不仅能够移峰填谷,降低运行费用,而且充分合理地利用地热能,节能减排,具有良好的经济和环保效益。     

热泵型烟叶自控烘烤设备的研究

针对我国烟叶烘烤设备陈旧落后，耗煤量高，环境污染重，且难于保证烟叶烘烤质量问题，利用热泵加热和冷凝除湿原理，采用微电脑程序控制温、湿度，设计建造了热泵加热式温、湿度自控烟叶烘烤设备。试验检测结果表明，装烟室内温湿度环境和烟叶变化均衡，烘烤1kg干烟叶平均耗电量约为2 kW/h，冷凝除湿效率达15％左右，工作过程不产生废气、废水，能有效提高烟叶烘烤质量，社会效益和环境效益显著。     

北京地区温室地源热泵供暖能耗及经济性分析

为研究地热在温室中应用的可行性,该文在北京地区一栋日光温室中采用地下水式地源热泵系统进行了供暖试验研究。试验结果表明,整个供暖期（2007年10月15日－2008年3月10日）地源热泵系统的供暖性能系数约为3.83,与燃煤热水采暖系统相比,地源热泵系统供暖可节约42%的能源消耗量,具有显著的节能减排效果。温室内单位面积的每日供暖耗电量约为0.15 kW·h/(m2·d),供暖费用约为0.12元/(m2·d)。地源热泵供暖、天然气供暖、燃煤热水供暖以及燃油热风供暖几种温室采暖方式的相对运行费用分别约为1.20、1.31、1.00与3.36,地源热泵供暖的运行费用略高于燃煤热水供暖,但低于天然气供暖和燃油热风供暖。     

热泵干燥槟榔中试工艺参数优化

为了探索新型节能、低碳排放的槟榔干燥技术,应用热泵干燥设备对槟榔进行干燥研究,获得槟榔热泵干燥中试工艺参数。单因素试验分析了煮沸时间对槟榔硬度的影响,干燥温度和装载量对槟榔水分的影响;采用正交试验,通过加权评分值计算方法评价干果品质,优化热泵干燥工艺参数;测定储藏30 d后的干果进行理化和微生物指标;比较热泵干燥、蒸汽干燥和传统干燥槟榔的成本及品质。结果表明,新鲜槟榔经过沸水煮沸15 min,前12 h内干燥温度为50℃、12 h后干燥温度为65℃、装料量为3.5 t、烘房空气相对湿度为25%时,槟榔含水率为16.8%,好果率为96.0%,均匀度为91%,单位质量干果耗电量为0.92(k W·h)/kg,所干燥的槟榔干果综合评分为90.1分,呈橄榄黄或褐色。25℃储藏30 d无霉腐现象,检测结果显示含水率为17.8%,未检测出汞和苯并芘,铅和砷质量分数分别为0.02和0.1 mg/kg,致病菌未检出,大肠菌群数30 cfu/g,霉菌计数为30 cfu/g。经比较,热泵干燥槟榔比蒸汽干燥成本低11%,比传统土炉干燥成本低50%,零排放、无污染、操作智能化。研究结果为槟榔热泵干燥的标准化生产提供技术参考。     

罗非鱼片热泵-微波联合干燥工艺

采用响应面分析法优化罗非鱼片热泵-微波联合干燥工艺参数。分别以干燥能耗和产品复水率为试验指标,以热泵干燥温度、转换点含水率、微波功率3因素为自变量,设计3因素3水平组合响应面分析试验,得出干燥能耗和产品复水率随热泵干燥温度、联合干燥转换点含水率和微波干燥功率变化的回归模型。三组验证试验的试验值与相应模型预测值的误差绝对值均小于5%。基于能耗最小的优化参数为:热泵干燥温度为34.34℃,转换点含水率为42.12%,微波功率为131.69 W;基于复水率最大的优化参数为:热泵干燥温度为33.87℃,转换点含水率为30%,微波功率为201.43 W。以热泵-微波联合干燥工艺参数组合(干燥温度为35℃,转换点含水率为39%,微波干燥功率取微波炉功率档252 W)进行试验,并与相同工况(温度和风速)热泵干燥试验值进行比较,结果表明,热泵-微波联合干燥时间比热泵干燥时间缩短了2/3;热泵-微波联合干燥罗非鱼片复水40 min,复水率达到57.40%,比热泵干燥的复水率(39.16%)增加46.5%。该文为热泵—微波联合干燥罗非鱼提供参考。     

水产品热泵干燥装置性能参数的理论分析

为了降低水产品干燥加工能耗,该文以能源效率和除湿能耗比为指标,对热泵干燥装置性能参数的影响因素进行了分析。根据水产品干燥特性和亚热带地区气候特点,首先对开式热泵干燥系统和闭式热泵干燥系统的能源效率进行了比较;然后以闭式热泵干燥装置为例,对其除湿能耗比的影响因素进行了分析。结果表明,闭式热泵干燥装置的能源效率为2.52,而开式热泵干燥装置的能源效率为2.39,两者相差不大;蒸发温度和冷凝温度对热泵干燥系统的除湿能耗比均有明显的影响,其中蒸发温度的影响尤为显著;为了提高除湿能耗比,可提高蒸发温度和降低冷凝温度。     

太阳能辅助闭式热源塔热泵系统冬季制热性能

热源塔热泵系统以空气为冷热源,在冬季制热时其性能会随环境温度的降低而降低。为此研发了可应用陕南地区农村建筑的太阳能辅助闭式热源塔热泵系统,试验研究了冬季工况下系统的制热性能,初步分析了太阳热能与空气热能的互补机理。研究结果表明:系统制热量范围为12.1～15.2 k W,热泵机组性能系数范围为2.3～3.5,系统能效比范围为1.5～2.4,供热温度高于41℃;冷却水温度对压缩机耗电量的影响程度大于防冻溶液温度,冷却水平均温度每升高1℃,压缩要耗电量增加98.1 W,而防冻溶液平均温度每升高1℃,压缩机耗电量减小9.5 W;太阳能辅助热源塔热泵制热模式下,热泵机组通过改变防冻溶液与空气和集热工质换热温差的方法来改变防冻溶液从空气和集热水箱中的吸热量,以实现空气热能与太阳热能的互补。建议在实际应用中应避免供热温度过高以减小压缩机耗电;在集热水箱温度较高时通过降低风机频率减小风机耗电以提高系统综合能效,但应避免风机低频率工作可能给机组安全运行带来的隐患。     

基于机器学习的空气源热泵干燥能耗回归预测

为了降低空气源热泵干燥过程能耗，研究了空气源热泵干燥能耗特性，采用多元线性回归模型（multivariate linear regression model, MLRM）和BP神经网络（back propagation neural network, BPNN）模型来预测干燥工艺能耗。在分析干燥能耗影响特征参数的基础上，提出将干燥工艺过程进行切分处理的方法以降低数据获取难度。选取烘房设定温度、烘房设定湿度、烘房初始温度、烘房初始湿度、环境平均温度、环境平均湿度、物料质量和初始含水率8个特征参数作为模型输入，能耗和物料结束含水率作为模型输出。使用MLRM模型、BPNN模型和其他机器学习模型进行能耗预测，MLRM模型对能耗拟合的决定系数为0.739，对物料结束含水率拟合的决定系数为0.931；BPNN模型使用Sigmoid函数作为激活函数时对能耗拟合的决定系数最高，为0.828，使用Identity函数作为激活函数时对物料结束含水率拟合的决定系数最高，为0.942，拟合效果优于其他机器学习模型，能够满足实际生产需求。以复水豌豆为干燥对象设计加载物料65 kg、持续时间4 h的完整变温变湿干燥工艺进行验证试验，结果表明：试验总能耗为15.066 kW·h，MLRM模型和BPNN模型的预测总能耗分别为14.476 kW·h、15.183 kW·h，预测精度分别为96.08%、99.23%；试验结束含水率为8.541%，MLRM模型和BPNN模型的预测结束含水率分别为9.560%、8.889%，预测精度分别为88.07%、95.93%。该研究提出了一种使用MLRM模型和BPNN模型对空气源热泵干燥能耗进行分段精准预测的有效手段，对于优化干燥工艺和降低干燥能耗具有实际意义。     

大型5HFS-10负压自控粮食干燥机的设计与试验

为了降低一次能源的消耗和提高玉米等粮食干燥产能,结合寒区高水分玉米干燥特性,以负压干燥原理为基础,设计了一种负压自控粮食干燥机.该机采用负压多级顺流缓苏结合的干燥方式,将并联式扩张口型风机和变径角状管相结合,协调冷风配额调控机构,应用多传感器实时采集在线工作参数,配合自适应调控系统,实现大宗粮食的智能保质干燥生产.该文详细进行了干燥参数和技术经济指标的计算,可为负压干燥机的设计和综合评价提供.生产试验表明,该机工作性能优良,节能显著,烘干品质好,单位质量成本低,自动化程度高.有效控制干燥机出粮水分偏差小于等于±0.5％w.b,与传统正压送风式干燥机相比,节省能耗20％以上,降低生产成本12％以上.该干燥机各项作业性能指标完全符合农场集约化和规模化干燥作业要求,可为开发节能粮食智能化干燥机型提供参考.     

海水源热泵对海参育苗废水热能回收的工程应用

该文针对水产生物工厂化育苗水体升温技术需求,开展了利用育苗废水作热源为育苗水体升温的海水源热泵集成技术应用示范,探讨了集成系统对海参育苗水体升温和废水热能的回收效果。结果表明,进入I级换热器的育苗废水和新鲜海水温度分别为10.3~14.9℃和-1.9~4.9℃时,新鲜海水出水温度提升4.6~5.8℃,废水热能最大回收率达到59.2%;海水源热泵的废水热源温度和流量一定时,新鲜海水的温升幅度随其入流流量和温度升高而降低,入流温度分别为7.3和10.3℃的新鲜海水,流量不超过15和20 m~3/h时,出水温度均保持在15℃以上,满足海参育苗水温要求。热泵对废水热能的最大回收率为40.7%,COP(coefficient of performance)在5.03以上;集成升温系统比传统锅炉升温综合节能37.6%以上,减排二氧化碳约2 200 t/a,当年内可收回设备投资费用。