当前, 能源危机和环境污染问题日趋严峻, 节能减排越来越受到重视。在木材、农牧产品和渔产品的干燥领域, 节能和环保的干燥手段也成为大势所趋, 热泵干燥系统以其高效节能、环保无污染、干燥质量高、运行安全可靠、使用寿命长、维护费用低、适用范围广等诸多优势, 越来越多地受到行业的追捧。

热泵装置在干燥物料的过程中，热泵能效会随着干燥室内的相对湿度和干燥温度的变化而变化。

为彻底了解热泵干燥中相应参数对实际结果的影响，根据大量实验，研究了干燥室内相对湿度和干燥温度变化时热泵系统的运行性能，分析了在不同干燥温度和相对湿度下热泵的能效数据，得到了相对湿度和干燥温度对热泵能效的影响，以及在整个干燥过程中的热泵能效的变化情况，给出了让热泵在整个干燥过程保持高能效运行的方案。

实验方法

本实验采用封闭式热泵干燥系统，主要由蒸发器、压缩机、冷凝器、辅助电加热器、节流装置、温度传感器、干燥室、循环风机和风道等组成。

干燥室内放置可调节的加湿器，通过调节相对湿度，模拟干燥过程中干燥室内湿度随被干燥物料失水的变化过程。

（图1 封闭式热泵干燥系统原理图）

热泵干燥装置是利用冷凝除湿的方法来实现除湿。

从热泵冷凝器表面流过来的干热空气先将被干燥物料加热,，产生热湿空气，然后被风机输送到热泵蒸发器表面，热湿空气在蒸发器表面被吸热冷却到露点温度以下，析出水分，形成冷却干空气， 然后进一步被输送到热泵冷凝器加热，得到高温的干空气，高温干空气再去给被干燥物料加热[5-6]。

如此循环往复，从而达到除湿的目的，如图1所示。

单因素实验设计

（一）设定回风恒定的干燥温度

通过加湿器调节干燥室内的相对湿度，来分析相同温度时不同湿度条件下热泵的能效，当所设定的温度和湿度稳定后，保持运行1h，并记录1h内凝结水质量和系统耗电量等数据；

（二） 设定干燥室内恒定的相对湿度

通过热泵调节干燥回风的温度，来分析相同湿度时不同温度条件下热泵的能效，当所设定的温度和湿度稳定后，保持运行1h，并记录1h内凝结水质量和系统耗电量等数据。

试验工况按照表1来设置干燥室内的相对湿度和干燥回风的温度，共24组工况，记录每组实验数据。

实验结果分析

蒸发器凝结水全部为来自加湿器的水分，即模拟的被干燥物料所除去的水。根据单位时间内除去的水的质量和热泵系统耗电量数据，可以根据公式 (1) 计算出干燥系统的单位能耗除湿量：

其中，M为除去的水的质量，单位kg；W为热泵干燥系统耗电量，单位kW·h。

根据单位能耗除湿量,，可根据公式 (2) 计算出热泵干燥系统的能效[7-8]：

其中，hr是水在100℃时的蒸发潜热，为2257.2kJ/kg，即0.627 (kW·h) /kg。

根据实验数据计算，得到同一温度时不同相对湿度下热泵的能效，如图2所示。

由图2可以看到，使用不同的干燥温度时，就总体趋势而言，热泵系统在干燥的起始阶段能效是处于较高的水平，随着干燥室内相对湿度的下降，热泵COP逐渐下降。综合来看，当干燥室内相对湿度在60%～70%范围时，热泵运行状态较节能。

在干燥温度由30℃提高到40℃时，热泵在整个干燥过程的COP都有显著的上升。当干燥温度继续提高，从50℃提高到60℃，此时热泵能效变化不大。

（图2 同一温度时不同相对湿度下热泵的能效）

同一相对湿度时，不同温度下热泵的能效，如图3所示。

由图3可以看到，当干燥室内相对湿度在80%这样的高湿度状况下，干燥温度越低，热泵COP越高，节能效果越好。

随着干燥室内相对湿度从70%降到30%的变化过程中，热泵系统在较低的干燥温度时 (30℃) COP都最低，而在中高温 (40℃～50℃) 的干燥温度时，热泵的COP较高。且湿度越低时，能效的峰值越趋于高温时出现。

（图3 同一相对湿度时不同温度下热泵的能效）

因此，在干燥的起始阶段，当干燥室相对湿度高时，使用低的干燥温度能够让热泵处于较高的能效;随着相对湿度的下降，应逐渐提高干燥温度，以实现热泵高能效运行。

结论

  （1）热泵系统在干燥的起始阶段能效是处于较高的水平, 随着干燥室相对湿度的下降, 热泵COP逐渐下降。

  （2）用低的干燥温度能够让热泵处于较高的能效;随着相对湿度的下降, 应逐渐提高干燥温度, 以实现热泵高能效运行。

  （3）综合来看, 当干燥室内相对湿度在60%～70%范围, 干燥温度在40℃～50℃范围时, 热 泵处于高能效运行。