一种物料干燥系统、方法及其设计方法

一种物料干燥系统、方法及其设计方法
1.本发明涉及干燥技术领域，具体涉及一种物料干燥系统、方法及其设计方法。


背景技术：

2.我国作为世界上主要的农产品生产国与消费国，农产品，尤其是粮食安全是关系到国家战略安全的重大问题。然而，我国每年因气候等原因来不及干燥、干燥不及时或未达到储藏水分要求而造成霉变、发芽的比例高达5％。与发达国家粮食烘干95％的机械化水平相比，我国粮食烘干机械化不足10％,粮食烘干机械化水平低，传统的晾晒方式又无法满足现代化农业发展需要，因此，寻求农产品干燥技术的突破尤为重要。
3.在节能减排以及国家“3060”目标的号召下，热泵技术已广泛应用于谷物、果蔬和茶叶等干燥，但受到干燥温度问题的影响，规模化应用还未取得实际突破[3]。若将热泵技术与其他干燥技术进行组合，发挥各技术的优点，将对热泵干燥的节能率和温度调控灵活性等方面具有较大的提高。目前，应用较为广泛的结合方式即为太阳能与热泵机组联合干燥系统。现有系统的干燥方式可分为两种：直接加热空气式和间接加热空气式。通过文献调研发现：利用太阳能与热泵机组直接加热空气型干燥系统中无法实现对农产品的冷却，间接加热空气式系统干燥效率较低。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种物料干燥系统、方法及其设计方法。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种物料干燥系统，其特征在于，包括对物料进行干燥的干燥仓，以及与干燥仓的回风口相连通的混风室，所述混风室的进风口连接有热泵送风风机，所述干燥仓产生的回风和热泵送风风机送的新风在所述混风室内进行混合，所述干燥仓的进风口与混风室的出风口之间设置有加热除湿装置，该加热除湿装置对混合风进行加热除湿后输送至干燥仓；
[0006]
所述加热装置包括太阳能集热器、一次冷凝器、空气源蒸发器、土壤源蒸发器、二次蒸发器、二次冷凝器和地埋管，所述太阳能集热器的进风口与混风室的出风口连通，所述一次冷凝器的进风口与混风室的出风口连通，所述土壤源蒸发器与空气源蒸发器的出风口连通后与一次冷凝器相连通，所述土壤源蒸发器与地埋管相连接；所述空气源蒸发器与一次冷凝器之间设置有一次压缩机；
[0007]
所述一次冷凝器的出风口与太阳能集热器的出风口连通后接入二次蒸发器的进风口，所述二次蒸发器的出风口与二次冷凝器的进风口相连通，所述二次冷凝器与干燥仓的进风口相连通；所述二次蒸发器与二次冷凝器之间设置有二次压缩机。
[0008]
优选的，所述干燥仓与混风室之间设置有回风机。
[0009]
优选的，所述干燥仓的内部上端设置有干燥层，且干燥仓的内部底端设置有冷却层。
[0010]
一种物料干燥方法，包括如下步骤：
[0011]
s1、对干燥仓产生的回风和热泵送风风机送的新风在混合室内进行混合后得到混
合风；
[0012]
s2、根据天气和土壤温度，选择太阳能集热器、一次冷凝器、空气源蒸发器、土壤源蒸发器、二次冷凝器中任一种或多种对混合风进行加热；
[0013]
s3、加热后的混合风输送至二次蒸发器进行除湿，部分的混合风进入进入干燥仓的冷却层内对物料进行冷却，另一部分的混合风通过二次冷凝器进行加热后进入干燥仓的干燥层内对物料进行干燥。
[0014]
优选的，s2的具体步骤如下：
[0015]
当天气为晴天时，启动太阳能集热器对混合风加热；
[0016]
当天气为阴雨天时，若土壤温度高于设定温度时，启动土壤源蒸发器与一次冷凝器对混合风加热；若土壤低于设定温度时，空气源蒸发器，土壤源蒸发器与一次冷凝器对混合风加热。
[0017]
一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0018]
获取干燥仓内物料的基本物性参数，并计算对干燥仓内的物料进行干燥时所消耗的热量q
t
；
[0019]
根据干燥仓内的物料进行干燥时所消耗的热量q
t
计算二次蒸发器所吸收的热量q
ti
；
[0020]
计算进入二次蒸发器的总风量vc并根据二次蒸发器的总风量vc选择回风机和热泵送风风机的型号和参数；
[0021]
根据二次蒸发器所吸收的热量q
ti
计算太阳能集热器的最大热量q
max
，并根据太阳能集热器的最大热量q
ma
计算间接系统太阳能集热器的面积。
[0022]
7.根据权利要求6所述的一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于：所述干燥仓内的物料进行干燥时所消耗的总热量q
t
的计算公式如下：
[0023][0024]
式中，mi是每小时平均物料的干燥重量；cr是干燥物料的定压比热容；cw是水的定压比热容：w1是干燥物料的初始含水率；t
rf
是物料预热的最终平均温度；t
ri
是物料预热的初始平均温度；γ是汽化潜热；ms是干燥物料的蒸发量；q
p
为干燥物料预热升温阶段热量消耗；qe为物料蒸发水分热量消耗。
[0025]
8.根据权利要求6所述的一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于：所述二次蒸发器所吸收的热量q
ti
的计算公式如下：
[0026][0027]
式中，取cop为3.46，q
tf
为二次冷凝器需要释放的热量，与干燥仓内的物料进行干燥时所消耗的总热量q
t
值相等，w
com
为二次压缩机功率，二次压缩机功率约为7.36kw。
[0028]
9.根据权利要求1所述的一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于：所述计算进入二次蒸发器的总风量vc的具体方法如下：
[0029]
s1、计算干燥物料所需要的空气流量为va，计算公式如下：
[0030]
[0031]
式中，ψ为考虑风机效率和管道泄漏的风量储备系数，一般ψ为1.01～1.3，ρ为空气密度，取1.1kg/m
3,
，c
p，a
为湿空气的定压比热容，取1.006kj/(kg*k)，δt为物料干燥前后的温差；
[0032]
s2、计算风管截面积a，公式如下：
[0033][0034]
式中，vf为进入干燥仓的风速，取3.4m/s；
[0035]
s3、计算进入干燥仓冷却层的风量vb，公式如下：
[0036][0037]
式中，mg为进入干燥装置冷却段的空气流量，取0.1kg/s；ρ为空气密度，取1.1kg/m3。
[0038]
s4、计算进入二次蒸发器的总风量vc，计算公式如下：
[0039]vc
＝va+vb[0040]
10.根据权利要求7所述的一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于：所述根据二次蒸发器所吸收的热量q
ti
计算太阳能集热器的最大热量q
max
的具体方法如下：
[0041]
s1、设定进入干燥仓冷却层的空气温度为10℃，则二次蒸发器出口温度为10℃，计算δt，计算的公式如下：
[0042]qti
＝camaδt
[0043]
式中，ca为空气比热容，取1.006kj/(kg*k)；ma为进入二次蒸发器的空气质量流量，ma为0.94kg/s，
[0044]
计算二次蒸发器的进口温度ti，计算公式如下：
[0045]
ti＝δt+10℃；
[0046]
s2、计算混风室内的最小温度t
x,min
，计算公式如下：
[0047][0048]
式中，th是回风温度，t
t,min
是a市的各月最小平均温度。
[0049]
s3、根据混风室内的最小温度计算得出太阳能集热器的最大热量q
max
，其热量公式如下：
[0050]qmax
＝cambδt
x，max
[0051]
式中，ca为空气比热容，取1.006kj/(kg*k)；mb为进入太阳能集热器的空气质量流量，mb为1.09kg/s；δt
x,max
为进入集热器前后最大温差。
[0052]
11.根据权利要求7所述的一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于：所述根据太阳能集热器的最大热量q
ma
计算间接系统太阳能集热器的面积的具体方法如下：
[0053]
s1、计算通水型直接系统太阳能集热器总面积ac，其公式如下：
[0054][0055]
式中，qh用户日均耗热量；j
t
当地集热器采光面上的月平均日太阳辐照量j/(m2·
d)；f太阳能保证率；η
cd
基于总面积的集热器平均集热效率；η
l
管路及贮热装置热损失率；
[0056]
s2、根据通水型直接系统集热器总面积ac计算间接系统集热器总面积a
in
，单位：m2，其公式如下：
[0057][0058]
式中，u
l
是全玻璃真空管集热器总的热损系数；u
hx
是换热器传热系数，；a
hx
是间接系统换热器换热面积。
[0059]
由上述技术方案可知，本发明具有如下有益效果：
[0060]
1、利用新能源搭载热泵系统的方式提供干燥所需冷热负荷；
[0061]
2.通过不同复合需求和季节性特征，在过程中合理匹配不同能源，用能方式合理且高效；
[0062]
3.利用空气能蒸发器和冷凝器分别提供冷热负荷的特性，在不额外增加设施的情况下，实现对待处理空气的冷却除湿操作，并且能够同时提供冷却段的低温干燥空气以及干燥段的高温干燥空气，大大降低了成本；
[0063]
4.增加了回热循环系统，循环利用干燥完成后的空气余热，进一步提高系统效率；
[0064]
5.通过热泵机组和组合式空调器的搭配实现功能，不增加其他装置，系统结构更紧凑。
附图说明
[0065]
图1为本发明系统结构示意图。
[0066]
图中：干燥仓1、干燥层101、冷却层102、缓苏层103、混风室2、热泵送风风机3、太阳能集热器4、一次冷凝器5、空气源蒸发器6、土壤源蒸发器7、二次蒸发器8、二次冷凝器9、地埋管10、一次压缩机11、二次压缩机12、回风机13、一号三通阀14、二号三通阀15、三号三通阀16。
具体实施方式
[0067]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0068]
一种物料干燥系统，包括干燥仓1、混风室2、热泵送风风机3、太阳能集热器4、一次冷凝器5、空气源蒸发器6、土壤源蒸发器7、二次蒸发器8、二次冷凝器9、地埋管10、一次压缩机11、二次压缩机12、回风机13，干燥仓1内部设置有干燥层101、冷却层102和缓苏层103，干燥仓1的内部上端为干燥层101，且干燥仓的内部底端为冷却层102。
[0069]
混风室2的进风口连接有热泵送风风机3以及与干燥仓的回风口，干燥仓1与混风室2之间的空气管上设置有回风机13，干燥仓1产生的回风和热泵送风风机送的新风在混风室2内进行混合，干燥仓1的进风口与混风室2的出风口之间设置有加热除湿装置，该加热除湿装置对混合风进行加热除湿后输送至干燥仓1，对干燥仓内的物料进行干燥。
[0070]
加热装置包括太阳能集热器4、一次冷凝器5、空气源蒸发器6、土壤源蒸发器7、二次蒸发器8、二次冷凝器9和地埋管10，太阳能集热器4的进风口与混风室2的出风口连通，且
在太阳能集热器4与混风室2之间的空气管上设置有一号三通阀14，一次冷凝器5的进风口通过一号三通阀14与混风室2的出风口连通，土壤源蒸发器7与空气源蒸发器6的出风口连通后与一次冷凝器5相连通，土壤源蒸发器7与地埋管10相连接；空气源蒸发器6与一次冷凝器5之间设置有一次压缩机11。
[0071]
一次冷凝器5的出风口与太阳能集热器4的出风口连通后通过二号三通阀15接入二次蒸发器8的进风口，二次蒸发器8的出风口与二次冷凝器9的进风口通过三号三通阀16相连通，二次冷凝器9通过三号三通阀16分别与干燥仓1的上进风口、下进风口相连通，使得二次冷凝器9的混合风一部分进入干燥仓的干燥层，另一部分进入干燥仓的冷却层；二次蒸发器8与二次冷凝器9之间设置有二次压缩机12。
[0072]
一种物料干燥方法，包括如下步骤：
[0073]
s1、对干燥仓产生的回风和热泵送风风机送的新风在混合室内进行混合后得到混合风；
[0074]
s2、当天气为晴天时，打开一号三通阀的a、b口，使混合风从b口到a口进入太阳能集热器，(如图1黑色箭头所示)加热至29.15℃，打开二号三通阀的a、b口，使加热后的混合风从b口到a口进入到二次蒸发器进行下一步；
[0075]
当天气为阴雨天时，打开一号三通阀的b、c口，使混合风从b口到c口进入一次冷凝器加热至29.15℃(如图1蓝色箭头所示)，此时，根据土壤温度，又分为两种情况：
[0076]
①
情况一，当土壤温度达到4℃时：通过打开三号阀门、六号阀门、七号阀门、八号阀门、九号阀门，利用土壤源蒸发器与一次冷凝器组成土壤源热泵对混合风进行加热，打开二号三通阀的a、c口，使加热后的混合风从c口到a口进入到二次蒸发器进行下一步；
[0077]
②
情况二，当土壤温度未达到4℃时，三号阀门、四号阀门、五号阀门、六号阀门、七号阀门、八号阀门、九号阀门，使空气源蒸发器，土壤源蒸发器与一次冷凝器组成组合式热泵对混合风进行加热(即打开深蓝色框里的部分)，打开二号三通阀的a、c口，使加热后的混合风从c口到a口进入到二次蒸发器进行下一步；
[0078]
s3、加热完的混风进入二次蒸发器中，打开十号阀门，通过降温，使混合风中的水分凝结在二次蒸发器表面形成凝结水，凝结水通过水管流出，除湿后的混合风温度为10℃，打开三号三通阀的a、b、c口，使一部分干燥低温的混合风从b口到a口进入冷却层对干燥仓内的谷物进行冷却，另一部分干燥低温的混合风从b口到c口进入二次冷凝器中进行加热，加热至55℃后，进入干燥层中对谷物进行干燥，干燥完的空气通过回风机回到混风室进入下一循环。
[0079]
一种物料干燥系统的设计方法，包括如下步骤：
[0080]
步骤一、选取粮食作为本次干燥系统的参考干燥物料，如表1所示：
[0081]
表1谷物的基本物性参数
[0082][0083]
初步设定干燥仓体积为9m3。
[0084]
步骤二、计算对干燥仓内的物料进行干燥时所消耗的热量q
t
；计算公式如下：
[0085][0086]
式中，mi是每小时平均物料的干燥重量，取200kg/h；cr是干燥物料的定压比热容，取1.55kj/(kg*k)；cw是水的定压比热容，取4.2kj/(kg*k)wi：w1是干燥物料的初始含水率，取30％；t
rf
是物料预热的最终平均温度，取20℃；t
ri
是物料预热的初始平均温度，取55℃；γ是汽化潜热，取2257kj/kg；ms是干燥物料的蒸发量，取30kg/h；q
p
为干燥物料预热升温阶段热量消耗(kw)；qe为物料蒸发水分热量消耗(kw)。
[0087]
计算得出q
t
为25.47kw。
[0088]
步骤三、根据干燥仓内的物料进行干燥时所消耗的热量q
t
计算二次蒸发器所吸收的热量q
ti
，计算公式如下：
[0089][0090]
式中，取cop为3.46，q
tf
为二次冷凝器需要释放的热量，与干燥仓内的物料进行干燥时所消耗的总热量q
t
值相等，w
com
为二次压缩机功率，二次压缩机功率约为7.36kw。
[0091]
计算得出二次蒸发器需要吸收的热量q
ti
约为18.11kw。
[0092]
步骤三、
[0093]
1.计算干燥物料所需要的空气流量为va，单位：m3/h，计算公式如下：
[0094][0095]
式中，ψ为考虑风机效率和管道泄漏的风量储备系数，一般ψ为1.01～1.3，ρ为空气密度，取1.1kg/m
3,
，c
p，a
为湿空气的定压比热容，取1.006kj/(kg*k)，δt为物料干燥前后的温差；
[0096]
计算得到va为3077.63m3/h。则进入二次冷凝器的空气流量v2等于va为3077.63m3/h。
[0097]
2.计算风管截面积a，公式如下：
[0098][0099]
式中，vf为进入干燥仓的风速，取3.4m/s；
[0100]
计算得到a约为0.25m。
[0101]
3.计算进入干燥仓冷却层的风量vb，公式如下：
[0102][0103]
式中，mg为进入干燥装置冷却段的空气流量，取0.1kg/s；ρ为空气密度，取1.1kg/m3。
[0104]
计算得到vb约为327.27m3/h。
[0105]
4.计算进入二次蒸发器的总风量vc，计算公式如下：
[0106]vc
＝va+vb[0107]
计算得到vc为3404.90m3/h。
[0108]
5.根据va、vb、vc，综合干燥时风量的损失、干燥内温度、风管泄露损失，选取回风风机型号以及新风机型号参数如表2所示；
[0109]
表2 t35-11型轴流风机参数(参数值1为回风机、参数值2为新风机、参数值3为旧系统风机)
[0110][0111]
若采取之前的系统，太阳能集热器部分缺少回热的热量及回风的风量，系统新风机选型更大，通过核算新风风机功率增加为0.37kw。
[0112]
步骤四、根据二次蒸发器所吸收的热量q
ti
计算太阳能集热器的最大热量q
max
的具体方法如下：
[0113]
s1、设定进入干燥仓冷却层的空气温度为10℃，则二次蒸发器出口温度为10℃，计算δt，计算的公式如下：
[0114]qti
＝camaδt
[0115]
式中，ca为空气比热容，取1.006kj/(kg*k)；ma为进入二次蒸发器的空气质量流量，ma为0.94kg/s。
[0116]
计算得到δt为19.15℃。
[0117]
计算二次蒸发器的进口温度ti，计算公式如下：
[0118]
ti＝δt+10℃；
[0119]
计算得到二次蒸发器的进口温度ti为29.15℃。
[0120]
s2、计算混风室内的最小温度t
x,min
，计算公式如下：
[0121][0122]
式中，th是回风温度，t
t,min
是常州市的各月最小平均温度。
[0123]
查找文献得到常州市月平均最小温度为4℃，则t
x,min
为12℃。
[0124]
s3、根据混风室内的最小温度计算得出太阳能集热器的最大热量q
max
，其热量公式如下：
[0125]qmax
＝cambδt
x，max
[0126]
式中，ca为空气比热容，取1.006kj/(kg*k)；mb为进入太阳能集热器的空气质量流量，mb为1.09kg/s；δt
x,max
为进入集热器前后最大温差。
[0127]
计算得到q
max
为18.8kw。之前系统利用太阳能集热器间接加热空气，且进风口少了回风的回热，太阳能集热器前后温差增大，最终计算得到的q
max
为23.66kw。
[0128]
步骤五、根据太阳能集热器的最大热量q
ma
计算间接系统太阳能集热器的面积的具体方法如下：
[0129]
查找文献得出常州市全年太阳辐射均值为617.62kj/(m2*h)。
[0130]
s1、计算通水型直接系统太阳能集热器总面积ac，单位m2，其公式如下：
[0131][0132]
式中，qh用户日均耗热量，取23.66kw；j
t
当地太阳能集热器采光面上的月平均日太阳辐照量j/(m2·
d)，为14822.88[kj/(m2·
day)]；f太阳能保证率，取45％；η
cd
基于总面积的太阳能集热器平均集热效率，取45％；η
l
管路及贮热装置热损失率；取15％。
[0133]
计算得出ac＝146.02m2。
[0134]
s2、根据通水型直接系统太阳能集热器总面积ac计算间接系统集热器总面积a
in
，单位：m2，其公式如下：
[0135][0136]
式中，u
l
是全玻璃真空管集热器总的热损系数，取2.40w/(m2·
℃)；u
hx
是换热器传热系数，取3500w/(m2·
℃)；a
hx
是间接系统换热器换热面积，取0.43m2。
[0137]
计算得出集热器面积为180.02m2。
[0138]
s3、计算通空气型真空管太阳能集热器有效集热面积ae，计算公式如下：
[0139][0140]
式中；为集热器安装倾斜面上的每小时的太阳辐射强度，kj/(m2*h)；τ是太阳能真空管空气集热器外玻璃套管透过率，取0.9；α是真空管空气集热器内管选择性吸收涂层吸收率，取0.9；η是集热器热效率，取0.9；f是常州市太阳能保证率，取45％。
[0141]
计算得出ae为67.64m2[0142]
根据计算，ae为67.64m2，ac为146.02m2，a
in
为180.02m2，通过比较可以得出本系统的通空气型太阳能集热器要比通水型太阳能间接集热器的初投资少很，本系统的经济性与节能率更好。
[0143]
s4、加热空气需要的最大热量q
max
为18.8kw，若混风从混风装置出来后经过一次冷凝器加热，则一次冷凝器需要释放的最大热量也为q
max
。根据cop计算公式：
[0144][0145]
式中，取cop为3.46，计算得到一次压缩机功率w
com
约为5.43kw；空气源蒸发器需要
吸收的热量q
ti,k
为13.37kw；取地埋管管道泵功率为2.2kw，则地热源蒸发器需要吸收的热量q
ti,d
为11.17kw，取常州市最低气温为-5℃，此时温度低于4℃，此时空气源蒸发器需要的热量q
ti,k’为9.87kw。
[0146]
根据根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》，本次设计的地源热泵设计制热量为11.17kw，江浙一带冬季工况单位延米地埋管换热器换热量40～45w/m，确定竖井埋管管长的计算公式，如下：
[0147][0148]
式中，l是竖井埋管总长；q
′
是夏季向土壤排放的热量，取11.17kw；冬季工况单位延米地埋管换热器换热量取42.5。
[0149]
可得，埋管总长为262.82m，取整263m。
[0150]
确定竖井数目及间距的计算公式，如下：
[0151][0152]
式中，n是竖井总数；l是竖井埋管总长，取值263m；h是竖井深度，取值150m。
[0153]
经过上述计算后，本次设计选用的地埋管钻井数量为1个。
[0154]
对本系统进行经济效益进行分析，分析如下：
[0155]
经济效益评价最常用的方法是费用年值法，该方法不仅适用于使用时间相同的不同方案，还可用于使用寿命不同的各方案，因此选用费用年值法来对工程经济性进行评价，供暖系统费用年值y的计算式为:
[0156][0157]
式中，y为供暖系统的费用年值，元/a；c为供暖系统的设备造价，元；i为利率或部门内部的标准收益率系数，取0.08；n为供暖系统的使用寿命，a；f为供暖系统年运行费用，包括年电费与维护管理费用，元/a。
[0158]
表3为系统所用设备的单价汇总表；
[0159]
表3
[0160][0161]
系统成本主要由系统初始投资及年运行成本组成，初始投资由设备成本，设备安装成本等成本组成。年运行费用由能源费，设备管理费和设备维修费组成，设备能源单价以常州市能源价格为基准，本实验涉及到的各种选型设备单价和能源费用见表3。结合相关公式并代入表格里的值可以得到整个系统的初投资为69298.2元；系统年耗电量为41896.5kwh；耗电费用为26813.76元；维护费用2000元；费用年值为35305.53元。
[0162]
环保效益分析：
[0163]
按《可再生能源建筑应用示范项目测评导则》中的方法对本次设计的系统相较于常规制冷供暖系统的减排量加以评估计算，来确定本系统的环境效益(1kj热量折算0.034g标煤,1kg标煤折合2.493kg co2,、0.0678kgso2、0.0339kg粉尘)。
[0164]
谷物完全干燥所需的热量(qz，kj)的计算公式如下：
[0165]
qz＝q
t
*t
time
[0166]
式中，q
t
为25.47kj，t
time
为(365day*12h*3600s)，算得qz为401610900kj。
[0167]
本系统年耗电量41896.5kwh折合热量q
z’为150827400kj，则本系统节省的标准煤总量(m
coal
，kg)可由以下公式计算得出：
[0168][0169]
进一步将标准煤节省量转化为相关产物的排放量，其结果如表4所示；
[0170]
表4
[0171][0172]
从表4可以看出，本项目所设计的系统年节约标煤近8600kg，减排co2近2200kg，本系统的节能率(ξg，％)经通过以下公式计算得出：
[0173][0174]
计算得到节能率ξg为62.44％。此可发现，本设计的多能互补地源热泵系统减排率相当可观，其对环境的改善有重要作用。
[0175]
若采取之前的系统，风机一年需要额外耗能4020840kj，系统冷却段的热泵机组每年需要额外耗能3575933.85kj，折合标准煤258.29kg。通过上述公式计算得出新系统比旧系统节能1.8％。
[0176]
通过对比可得，新系统比旧系统每年多节约258.29kg的标准煤，且初投资要小79187.6元(水管式太阳能集热器价格为500/m2)。
[0177]
本发明通风太阳能耦合热泵机组的方式直接加热空气，并对加热后的空气进行冷却除湿，将一部分低温干燥的空气用于冷却干燥完成的农产品，在不增加其他设备的前提下，仅利用三通阀和空气源热泵机组的特性便实现农产品的主动冷却，减少成本。其余部分则继续通过二次热泵冷凝器加热成高温干燥的空气用于干燥产品。此外，系统还设有回热循环系统，循环利用干燥完成后空气的余热，进一步提高系统效率。本系统采取的是连续型直接加热空气式干燥法，此法一方面便于广泛应用在工业上，另一方面可以极大幅度减少干燥过程的热损失，提高干燥效率。
[0178]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种物料干燥系统，其特征在于，包括对物料进行干燥的干燥仓(1)，以及与干燥仓的回风口相连通的混风室(2)，所述混风室(2)的进风口连接有热泵送风风机(3)，所述干燥仓(1)产生的回风和热泵送风风机送的新风在所述混风室(2)内进行混合，所述干燥仓(1)的进风口与混风室(2)的出风口之间设置有加热除湿装置，该加热除湿装置对混合风进行加热除湿后输送至干燥仓(1)；所述加热装置包括太阳能集热器(4)、一次冷凝器(5)、空气源蒸发器(6)、土壤源蒸发器(7)、二次蒸发器(8)、二次冷凝器(9)和地埋管(10)，所述太阳能集热器(4)的进风口与混风室(2)的出风口连通，所述一次冷凝器(5)的进风口与混风室(2)的出风口连通，所述土壤源蒸发器(7)与空气源蒸发器(6)的出风口连通后与一次冷凝器(5)相连通，所述土壤源蒸发器(7)与地埋管(10)相连接；所述空气源蒸发器(6)与一次冷凝器(5)之间设置有一次压缩机(11)；所述一次冷凝器(5)的出风口与太阳能集热器(4)的出风口连通后接入二次蒸发器(8)的进风口，所述二次蒸发器(8)的出风口与二次冷凝器(9)的进风口相连通，所述二次冷凝器(9)与干燥仓(1)的进风口相连通；所述二次蒸发器(8)与二次冷凝器(9)之间设置有二次压缩机(12)，所述干燥仓(1)与混风室(2)之间设置有回风机(13)。2.根据权利要求1所述的一种物料干燥系统，其特征在于：所述干燥仓(1)的内部上端设置有干燥层(101)，且干燥仓的内部底端设置有冷却层(102)。3.一种物料干燥方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、对干燥仓产生的回风和热泵送风风机送的新风在混合室内进行混合后得到混合风；s2、根据天气和土壤温度，选择太阳能集热器、一次冷凝器、空气源蒸发器、土壤源蒸发器、二次冷凝器中任一种或多种对混合风进行加热；s3、加热后的混合风输送至二次蒸发器进行除湿，部分的混合风进入进入干燥仓的冷却层内对物料进行冷却，另一部分的混合风通过二次冷凝器进行加热后进入干燥仓的干燥层内对物料进行干燥。4.根据权利要求3所述的一种物料干燥方法，其特征在于，s2的具体步骤如下：当天气为晴天时，启动太阳能集热器对混合风加热；当天气为阴雨天时，若土壤温度高于设定温度时，启动土壤源蒸发器与一次冷凝器对混合风加热；若土壤低于设定温度时，空气源蒸发器，土壤源蒸发器与一次冷凝器对混合风加热。5.一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：获取干燥仓内物料的基本物性参数，并计算对干燥仓内的物料进行干燥时所消耗的热量q
t
；根据干燥仓内的物料进行干燥时所消耗的热量q
t
计算二次蒸发器所吸收的热量q
ti
；计算进入二次蒸发器的总风量v
c
并根据二次蒸发器的总风量v
c
选择回风机和热泵送风风机的型号和参数；根据二次蒸发器所吸收的热量q
ti
计算太阳能集热器的最大热量q
max
，并根据太阳能集热器的最大热量q
ma
计算间接系统太阳能集热器的面积。6.根据权利要求5所述的一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于：所述干燥仓内的
物料进行干燥时所消耗的总热量q
t
的计算公式如下：式中，m
i
是每小时平均物料的干燥重量；c
r
是干燥物料的定压比热容；c
w
是水的定压比热容：w1是干燥物料的初始含水率；t
rf
是物料预热的最终平均温度；t
ri
是物料预热的初始平均温度；γ是汽化潜热；m
s
是干燥物料的蒸发量；q
p
为干燥物料预热升温阶段热量消耗；q
e
为物料蒸发水分热量消耗。7.根据权利要求5所述的一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于：所述二次蒸发器所吸收的热量q
ti
的计算公式如下：式中，取cop为3.46，q
tf
为二次冷凝器需要释放的热量，与干燥仓内的物料进行干燥时所消耗的总热量q
t
值相等，w
com
为二次压缩机功率，二次压缩机功率约为7.36kw。8.根据权利要求5所述的一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于：所述计算进入二次蒸发器的总风量v
c
的具体方法如下：s1、计算干燥物料所需要的空气流量为v
a
，计算公式如下：式中，ψ为考虑风机效率和管道泄漏的风量储备系数，一般ψ为1.01～1.3，ρ为空气密度，取1.1kg/m3,，c
p，a
为湿空气的定压比热容，取1.006kj/(kg*k)，δt为物料干燥前后的温差；s2、计算风管截面积a，公式如下：式中，v
f
为进入干燥仓的风速，取3.4m/s；s3、计算进入干燥仓冷却层的风量v
b
，公式如下：式中，m
g
为进入干燥装置冷却段的空气流量，取0.1kg/s；ρ为空气密度，取1.1kg/m3。s4、计算进入二次蒸发器的总风量v
c
，计算公式如下：v
c
＝v
a
+v
b
9.根据权利要求5所述的一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于：所述根据二次蒸发器所吸收的热量q
ti
计算太阳能集热器的最大热量q
max
的具体方法如下：s1、设定进入干燥仓冷却层的空气温度为10℃，则二次蒸发器出口温度为10℃，计算δt，计算的公式如下：q
ti
＝c
a
m
a
δt式中，c
a
为空气比热容，取1.006kj/(kg*k)；m
a
为进入二次蒸发器的空气质量流量，m
a
为0.94kg/s，计算二次蒸发器的进口温度t
i
，计算公式如下：t
i
＝δt+10℃；
s2、计算混风室内的最小温度t
x,min
，计算公式如下：式中，t
h
是回风温度，t
t,min
是a市的各月最小平均温度。s3、根据混风室内的最小温度计算得出太阳能集热器的最大热量q
max
，其热量公式如下：q
max
＝c
a
m
b
δt
x，max
式中，c
a
为空气比热容，取1.006kj/(kg*k)；m
b
为进入太阳能集热器的空气质量流量，m
b
为1.09kg/s；δt
x,max
为进入集热器前后最大温差。10.根据权利要求5所述的一种物料干燥系统的设计方法，其特征在于：所述根据太阳能集热器的最大热量q
ma
计算间接系统太阳能集热器的面积的具体方法如下：s1、计算通水型直接系统太阳能集热器总面积ac，其公式如下：式中，q
h
用户日均耗热量；j
t
当地集热器采光面上的月平均日太阳辐照量j/(m2·
d)；f太阳能保证率；η
cd
基于总面积的集热器平均集热效率；η
l
管路及贮热装置热损失率；s2、根据通水型直接系统集热器总面积ac计算间接系统集热器总面积a
in
，单位：m2，其公式如下：式中，u
l
是全玻璃真空管集热器总的热损系数；u
hx
是换热器传热系数，；a
hx
是间接系统换热器换热面积。

技术总结
本发明公开了一种物料干燥系统、方法及其设计方法，包括对物料进行干燥的干燥仓，以及与干燥仓的回风口相连通的混风室，所述混风室的进风口连接有热泵送风风机，所述干燥仓产生的回风和热泵送风风机送的新风在所述混风室内进行混合，所述干燥仓的进风口与混风室的出风口之间设置有加热除湿装置，该加热除湿装置对混合风进行加热除湿后输送至干燥仓。该发明利用新能源搭载热泵系统的方式提供干燥所需冷热负荷；利用空气能蒸发器和冷凝器分别提供冷热负荷的特性，在不额外增加设施的情况下，实现对待处理空气的冷却除湿操作，并且能够同时提供冷却段的低温干燥空气以及干燥段的高温干燥空气，大大降低了成本。大大降低了成本。大大降低了成本。


技术研发人员：代兰花 谷姝凡 霍嘉靖 钟显涛 王鑫怡 张宁玲
受保护的技术使用者：常州工学院
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/8/28