介绍一种有效的节能技术——热泵干燥技术

01

什么是热泵？

热泵是根据逆卡诺循环原理以消耗少量高品质能源高温热能为代价从自然环境或余热资源中吸热以获得更多的输出热能，实现将低品位热能转化为高品位热能的装置。

通俗的说，热泵是一种吸收低品位热源，并将其转化成高品位热源的装置。例如，热泵可从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，然后再向人们提供可被利用的高品位热能。它不仅可大幅降低传统能源的消耗，同时可大大减少燃料燃烧所造成的环境污染。

02

热泵的起源&工作原理

1824年，法国科学家萨迪.卡诺首次提出卡诺循环，这是热泵的原理起源；1852年英国科学家开尔文提出逆卡诺循环用于加热的设想，建立了第一个热泵系统。

要弄清楚热泵的工作原理，首先来了解一下制冷工作原理。

制冷系统（压缩式制冷）一般由四部分组成：压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器。

其工作过程为：低温低压的液态制冷剂（例如氟利昂），首先在蒸发器（例如空调室内机）里从高温热源（例如常温空气）吸热并气化成低压蒸气。然后制冷剂气体在压缩机内压缩成高温高压的蒸气，该高温高压气体在冷凝器内被低温热源（例如冷却水）冷却凝结成高压液体。再经节流元件（毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀等）节流成低温低压液态制冷剂。如此就完成一个制冷循环。

▲ 热泵的工作原理

03

热泵技术的应用

日本是最早普及热泵应用的国家。1973年第一次石油危机后，从能源安全的基本要求出发，日本将节能作为基本国策。由于热泵技术具有显著的节能效果，家用热泵型空调技术取得较大进展，20 世纪80 年代中期，日本已经基本普及了家用热泵型空调。

而利用热泵技术制取生活用热水，则是在热泵型空调系统基础上，加装热能回收装置和热水储存装置演变而成，这类与家用空调装置组合的热泵热水器，是日本市场的重要产品。

相对世界热泵技术的发展，我国的研究工作起步稍晚。近年来北京奥运会和上海世博会等大型活动的举办拉动了中国空调市场的发展，也促进了热泵在中国的应用，热泵技术的研究不断创新，应用范围也越来越广泛。

04

热泵干燥技术

在干燥行业，热泵干燥技术因其物料适应范围广、热效率高并能较好地保持物料的品质而受到干燥界的青睐。

热泵干燥是利用逆卡诺循环的原理从周围低温介质中吸取热量，并将一定低温热能通过热泵系统转化为较高温度的热能来蒸发需要干燥物料中的水分，从而促使物料干燥。

热泵干燥只需消耗压缩机工作时使用的电能，就可从空气和排湿废热等低品位能源中获取能量，系统COP高，比传统干燥方式更节能。

热泵干燥技术是一种温和的、接近自然的绿色干燥方式，对环境无污染，是构建生态文明，建设高效绿色节能技术之一。

热泵干燥可对干燥介质的温度、湿度、气流速度进行精确控制，而且干燥品质好，因而已广泛应用于木材加工、种子储存、食品加工、陶瓷烘焙、纺织行业、中药材等领域中热敏性物料的干燥。

随着热泵干燥技术的不断创新和应用领域的拓展，基于能够实现对干燥过程的精准控制，热泵干燥技术还具备了发酵、提纯、增效、杀菌、定型定色等新型高品质功能。

为了更好地利用和推广热泵干燥技术，我们出版了《热泵干燥技术与装备》一书。

《热泵干燥技术与装备》

张振涛、杨俊玲 编著

书号:978-7-122-36922-2

出版时间:2020-09

定价:128.00

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本书是热泵干燥理论研究成果和工程应用进展的总结，采用理论与实践相结合的方式，系统地介绍了热泵干燥的基本原理，热泵干燥系统设计、控制与评价，MVR热泵技术，太阳能热泵干燥技术以及热泵干燥技术在工农业生产中的应用。

目录预览

第1章热泵干燥技术概述/001
1.1能源与环境现状001
1.1.1能源现状001
1.1.2我国的环境现状002
1.1.3我国的节能与环保目标003
1.2我国干燥行业的现状与发展趋势003
1.2.1干燥概述003
1.2.2我国干燥行业的现状005
1.3热泵干燥技术007
1.3.1热泵干燥技术的原理007
1.3.2热泵干燥技术的特点008
1.3.3热泵干燥技术的适用范围008
1.3.4热泵干燥与其他干燥技术的对比009
1.3.5热泵干燥技术的应用011
1.3.6热泵干燥技术的研究现状与发展趋势012
参考文献016

第2章热泵工质和干燥介质/020
2.1热泵工质020
2.1.1热泵工质及其分类020
2.1.2对热泵工质的要求020
2.1.3热泵工质的性质024
2.2干燥介质029
2.2.1干燥介质概述029
2.2.2湿空气029
2.2.3湿空气的状态参数029
2.2.4湿空气的焓湿图032
2.3过热蒸汽034
参考文献035

第3章干燥过程的传热传质/036
3.1多孔介质的基本特征036
3.1.1多孔介质的水分存在状态036
3.1.2多孔介质的干燥特性参数038
3.2干燥动力学理论与模型040
3.2.1多孔介质中的水分迁移与蒸发040
3.2.2基本理论与模型042
3.2.3薄层干燥044
3.3干燥器衡算048
3.3.1物料衡算049
3.3.2热量衡算050
3.3.3干燥过程中空气状态的确定与图解法052
3.3.4计算算例053
参考文献055

第4章热泵干燥技术/059
4.1热泵干燥的热力学分析059
4.1.1热泵干燥的热力学原理059
4.1.2热泵干燥系统的热力学第一定律分析061
4.1.3热泵干燥系统的热力学第二定律分析061
4.1.4热泵干燥系统的分类063
4.2热泵干燥系统的性能优化理论分析066
4.2.1热泵干燥系统的最佳蒸发温度067
4.2.2热泵干燥系统的最大单位能耗除湿量068
4.3热泵干燥用压缩机074
4.3.1压缩机的分类074
4.3.2压缩机的热力学分析076
4.3.3热泵干燥用压缩机与制冷压缩机的区别079
4.3.4热泵干燥系统中压缩机的选型080
4.4压缩机的补气增焓结构082
4.4.1补气增焓系统082
4.4.2热力学分析082
4.4.3最优补气压力的确定083
4.4.4压缩机补气孔口的设计研究084
4.5干燥器087
4.5.1厢式干燥器087
4.5.2带式干燥器089
4.5.3气流干燥器090
4.5.4流化床干燥器091
4.5.5喷雾干燥器092
4.5.6回转圆筒干燥器093
4.5.7转鼓干燥器094
4.5.8塔式干燥器095
4.5.9桨叶式干燥器095
4.6热泵换热器与节流膨胀装置096
4.6.1热泵换热器096
4.6.2节流膨胀装置099
4.7热泵干燥技术标准101
4.7.1空气源热泵密集烤房标准101
4.7.2谷物干燥机标准103
4.7.3水稻种子烘干脱水技术规程103
4.7.4太阳能果蔬干燥设施设计规范103
参考文献104

第5章机械蒸汽再压缩（MVR）热泵干燥技术/110
5.1MVR热泵干燥技术110
5.1.1MVR热泵干燥技术的原理110
5.1.2MVR热泵干燥系统的热力学分析110
5.1.3MVR热泵干燥系统的性能评价指标111
5.2MVR热泵干燥系统的构成113
5.2.1MVR热泵干燥系统的工艺113
5.2.2MVR热泵干燥系统用压缩机113
5.2.3MVR热泵干燥系统的性能影响因素116
5.3MVR热泵系统的性能和经济性分析117
参考文献118

第6章多源热泵干燥技术/121
6.1空气源热泵干燥技术121
6.1.1空气源热泵干燥的工作原理121
6.1.2空气源热泵干燥的分类121
6.1.3空气源热泵干燥的应用和展望123
6.2太阳能热泵技术124
6.2.1太阳能热泵干燥的工作原理125
6.2.2直接膨胀式太阳能热泵联合干燥系统125
6.2.3间接膨胀式太阳能热泵干燥系统129
6.2.4太阳能热泵干燥技术的应用及展望131
6.3其他及多源耦合干燥技术133
6.3.1地源热泵干燥技术133
6.3.2太阳能辅助干燥化学热泵系统134
6.3.3二次回热式空气源热泵与太阳能联合干燥系统134
6.3.4太阳能水源热泵组合干燥136
6.3.5远红外辅助热泵干燥137
6.3.6化学能热泵干燥技术138
参考文献141

第7章热泵干燥系统的控制技术/143
7.1热泵干燥的控制系统及其组成143
7.1.1热泵干燥过程的控制系统简介143
7.1.2热泵干燥过程的控制系统组成144
7.1.3典型的热泵干燥PLC控制逻辑145
7.2热泵干燥系统控制技术的背景技术介绍147
7.2.1数据采集与监控系统147
7.2.2可编程逻辑控制器技术147
7.2.3单片机148
7.2.4虚拟仪器技术149
7.2.5工业组态技术149
7.2.6区块链技术149
7.3热泵干燥的控制策略与理论151
7.3.1热泵干燥过程的控制要求151
7.3.2热泵干燥的控制策略151
7.3.3热泵干燥控制理论154
7.3.4热泵干燥控制系统的硬件电路设计156
7.3.5热泵干燥控制系统的软件设计156
7.3.6基于虚拟仪器技术的热泵干燥系统设计157
7.4通信及网络技术158
7.4.1物联网、大数据和云计算简介158
7.4.2农业物联网160
7.4.3云计算在农业上的实际应用161
7.4.4农业大数据162
7.4.5建立农业大数据标准体系163
7.5烤烟自动控制系统164
7.5.1半开式热泵烤烟控制系统164
7.5.2基于视频模式及专家系统的适应性烤房工艺控制技术169
7.5.3基于云计算的自动烤烟控制服务体系及其延伸应用179
参考文献179

第8章典型的农林产品热泵干燥/182
8.1烤烟热泵干燥工艺及装备182
8.1.1设计原则184
8.1.2烟叶烘烤过程中的失水规律184
8.1.3半开式热泵烤烟系统的工作原理185
8.1.4热泵烤烟系统主要设备的选型计算186
8.1.5热泵干燥系统的性能测试结果190
8.1.6干燥产品品质分析194
8.1.7能耗分析195
8.1.8污染物排放分析197
8.1.9技术应用200
8.2木材热泵干燥工艺及装备202
8.2.1两级压缩高温热泵干燥装置及试验分析203
8.2.2空气级间耦合的低温与干燥复合的热泵干燥装置207
8.2.3刺猬紫檀材热泵干燥特性及工艺研究220
8.3玉米热泵干燥工艺及装备226
8.3.1热管联合多级串联热泵玉米干燥系统设计227
8.3.2热管联合多级串联热泵玉米干燥系统运行测试232
8.3.3热管系统运行工况233
8.3.4各级热泵机组运行工况233
8.3.5玉米热泵干燥经济性分析234
8.4香菇热泵干燥工艺及装备236
8.4.1小型半开式香菇热泵干燥系统及实验研究236
8.4.2大型热泵-电加热联合互补香菇干燥工艺及设备241
8.4.3热泵技术在食用菌干燥中的应用前景与发展趋势246
8.5挂面热泵干燥工艺及实例247
8.5.1热泵系统设计248
8.5.2烘房内的温湿度分布248
8.5.3热泵机组的蒸发冷凝温度变化250
8.5.4热泵系统的制热COP变化250
8.5.5热泵机组的出回水温度变化250
8.5.6热泵设备的性能分析252
8.6骏枣热泵干燥工艺及实例253
8.6.1热泵干燥系统253
8.6.2干燥室的温度分布和精确性254
8.6.3主机室的温度255
8.6.4系统的能耗256
8.6.5经济性分析256
8.6.6系统的性能分析257
8.7枸杞热泵干燥工艺及装备259
8.7.1热泵干燥系统设计260
8.7.2干燥室干燥工况261
8.7.3系统耗电情况263
8.7.4压缩机运行工况263
8.7.5枸杞干燥动力学及品质分析264
8.7.6热泵烘房能耗分析265
参考文献266

第9章污泥热泵干燥资源化技术/268
9.1污泥268
9.1.1污泥的分类269
9.1.2污泥的特性270
9.1.3污泥处理的一般原则273
9.2污泥干化技术274
9.2.1污泥干化技术的分类274
9.2.2污泥干燥的机理276
9.2.3污泥干燥过程的形貌变化276
9.2.4污泥干燥动力学278
9.3污泥热泵干燥技术281
9.3.1污泥热泵干化技术281
9.3.2带回热的污泥热泵干化技术283
9.3.3污泥太阳能干化技术284
9.3.4污泥太阳能热泵干化技术286
9.3.5MVR热泵污泥干化技术289
9.3.6污泥微波干燥技术290
9.3.7污泥低温真空脱水干化技术291
9.3.8污泥低温射流干化技术291
9.4污泥太阳能热泵干化技术与应用291
9.4.1温室太阳能热泵污泥干化系统291
9.4.2温室太阳能热泵污泥干化实验探究294
9.4.3温室太阳能热泵污泥干化系统案例300
9.5热泵低温带式污泥干化技术与应用301
9.5.1用于污泥热泵干化的带式干燥机热力分析301
9.5.2湖南长沙某污水处理厂污泥热泵低温带式污泥干化305
9.5.3佛山某污泥处置中心污泥热泵低温带式污泥干化305
参考文献307

第10章热泵干燥技术在工农业生产中的应用/310
10.1热泵干燥技术在造纸行业的应用310
10.1.1纸机干燥部的工作原理310
10.1.2纸机干燥部热泵供汽系统分类311
10.1.3纸机干燥部热泵供汽系统应用装备313
10.2热泵干燥在褐煤发电系统中的应用314
10.2.1吸收式热泵的褐煤预干燥发电供热水回收系统314
10.2.2集成热泵干燥的褐煤发电系统316
10.2.3热泵干燥技术在褐煤发电系统中的展望317
10.3热泵干燥技术在纺织行业的应用317
10.3.1纺织热泵干燥技术317
10.3.2热泵干衣机318
10.3.3热泵干燥技术在腈纶生产中的应用319
10.3.4热泵干燥技术在纺织行业的展望320
10.4热泵系统在制碱、制盐行业的应用321
10.4.1热泵在制碱行业的应用321
10.4.2热泵在制盐行业的应用322
10.5热泵干燥技术在食品工业中的应用324
10.5.1带鱼热泵干燥及装备324
10.5.2热泵-热风联合的鱿鱼干燥工艺及装备328
10.5.3热泵干燥技术在食品工业中的展望331
10.6二氧化碳热泵干燥系统及应用332
10.6.1CO2热泵干燥系统原理333
10.6.2CO2热泵干燥系统性能分析333
10.6.3多级旁通与多级除湿的CO2跨临界联合热泵干燥系统335
参考文献339

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编辑 | 小帮

编辑 | 小帮
来源 | 《热泵干燥技术与装备》