论文部分内容阅读
根据2020年数据统计,中国作为农业大国其粮食总产量为66950万吨,水果总产量在27400万吨以上,中药材总产量超过450万吨。但是,由于我国很多地理标志农产品都产自经济不发达的国家级贫困县区,恶劣的地理环境和闭塞的交通运输条件造成了很多农副产品的滞销,严重限制了当地经济的发展。在此背景下,农副产品需要通过干燥来提高保质期、减少包装成本、降低运输重量并保留营养价值。在诸多干燥技术中,自古沿用至今的自然晾晒干燥应用最为广泛,但其存在效率低、周期长、效果差、污染严重等问题。热风干燥等技术则存在投资和运行费用高昂、能量损失严重、干燥不均匀等缺点。研发适合不同产地的农产品绿色干燥技术装备对降低加工成本、提升加工品质和产品附加值、实现农产品加工节能增效具有重要意义。本课题以提高能源利用率、降低能耗、提升干燥效果为出发点,提出了一种新型PV/T太阳能热泵联合干燥系统。该系统主要由空气循环回路和制冷剂循环回路组成。系统中采用的PV/T集热器,可同时作为空气的一级加热装置和制冷剂的蒸发器,集热器光伏模块发电量可以为压缩机、风机等用电设备提供电能。与现有太阳能热泵联合干燥系统相比,本系统能更加直观高效地利用太阳能并大幅度减少系统电能消耗。系统采用回热器吸收废气中余热,提高能源利用效率,从根本上避免相变蓄热材料使用不当造成的对环境和物料的污染,减少成本。可通过灵活调整空气流速与质量流量来应对不同条件下物料干燥需求,扩大系统使用范围。为了验证干燥过程中,不同种空气对系统性能的影响,将回热器与集热器之间管路设计成可拆卸式。去除管路,环境空气进入集热器为开式干燥模式,反之则为闭式干燥模式,在不同环境条件下进行大量干燥实验。对实验结果进行分析,主要结论如下:(1)影响PV/T集热器性能的因素中,空气质量流量的升高会大幅度提高光热效率。但当光热效率提升到一定值时,继续增加空气质量流量,光热效率不会有明显变化,反而会因为风机功率的不断提升而降低系统整体经济性。就集热器性能角度而言,最优的空气质量流量数值为0.042kg/s。集热器进口空气温度升高会对光热效率产生负面影响,但对光电效率影响不大。集热器供热量和光伏发电量的整体变化趋势与太阳辐照强度接近,但是在此过程中光伏发电量会受到光伏模块温度的负面影响。实验过程中,集热器光热效率平均值最高为34.04%,综合效率平均值最高为55.45%。由此可以看出,采用PV/T集热器大大提高了太阳能利用率;(2)不同的物料处理工艺会影响干燥结果。将相同物料分为四分,进行不同的处理。第一份保留表皮,切片厚度5mm,其余三份去除表皮,切片厚度分别为5mm,3mm,8mm。实验结果表明,物料表皮的存在会影响干燥过程除水量和干燥速率,切片厚度越小越有利于水分蒸发;(3)回热器可以稳定吸收干燥废气中的余热,实验过程中回热器吸收的热量最高为1.99k W?h,大大提高了系统能源利用效率;(4)为验证两种干燥模式的性能,分别在不同环境条件下进行对比实验。结果表明,闭式干燥模式性能更加稳定,克服环境因素影响的能力更强。光伏模块的发电量能降低28.40%的系统电能消耗,热泵系统平均COP值为4.05。干燥室平均温度为55.40℃,单位能耗除湿率(Specific Moisture Extraction Rate)为3.73kg/(k W?h),物料最终含水率为13.68%。本系统可以提高能源利用率,减少电能消耗,达到节能减排的目的,为物料中低温干燥提供了一种切实可行的方案。本系统的推广和使用,可以助力乡村振兴,推动我国特色农业现代化建设。