能源是驱动当今社会高效运转的物质基础。在能源与环境成为时代背景、生态文明建设写入宪法的今天,如何针对满足广大人民美好生活对应的合理能源消费需求,通过能源供给侧的结构性改革,结合能源科学与技术,实现能源应用系统的可持续发展,保障国家能源安全,已经成为当前能源革命的重中之重。干燥工艺是涉及国计民生众多行业生产工艺的重要组成部分,其能源消耗在工业能源消耗中占比为15%左右,同时,传统的干燥工艺普遍存在耗能高、污染重的问题。因此,面向各行业对干燥工艺的需求,明确不同干燥工艺过程的合理用能需求,并通过能源供给侧的结构性改革实现各行业干燥工艺用能的可持续发展,对我国实现“碳达峰”与“碳中和”目标具有重要意义。因此,众多学者针对这一类问题开展了大量卓有成效的研究工作。然而,通过文献与实地调研发现,多个领域使用的干燥工艺仍然普遍存在干燥室及干燥设备使用率低、干燥工艺过程中水、热综合利用效率低与干燥室及干燥设备系统经济性差等严重阻碍干燥工艺绿色化可持续发展问题。本文结合人参这一名贵药材生产过程中的干燥工艺,以明确人参干燥工艺过程的合理用能需求、实现人参干燥室及其能源应用系统的绿色化升级为目标,面向需求开展人参干燥室及其能源应用系统的结构性改革开展理论分析与试验探索,具体研究工作与成果如下。首先,在明确人参干燥工艺中人参含湿量变化曲线及其对应干燥室内热湿环境控制需求基础上,结合干燥室热湿负荷计算方法,面向四节一环保的绿色化升级需求,兼顾人参制备与冷藏存储整个生产链用房与用能需求,提出了人参干燥工艺系统用水、用地、用能与耗材合理性综合评价指标与评价方法,并在既有可用的多种人参干燥工艺的综合评价分析基础上,提出了全水、全热循环利用和节地与节材50%以上的绿色化升级方案,进一步结合人参干燥室能量与质量流向图提出了目标人参干燥室的能质流向图方案,并提出了基于多热源热泵实现该能质流向图的建筑设备一体化、干燥冷藏功能一体化的人参干燥室设计方案。能质流向分析表明,综合实现本文提出的人参干燥室绿色化升级目标,即可达到干燥过程水的全部回收利用与热的100%循环利用,以及节材与节地50%以上的设定目标,同时使占地与耗材的使用率提高1～2倍。其次,针对实施前述人参干燥室绿色化方案面临的关键问题开展理论、试验与仿真研究。在理论分析与试验测试建立并完善了干燥过程中人参的传热传质模型基础上,结合数值仿真对比分析优选了紧凑式人参干燥室的气流组织方案,并进一步结合BIM工具探索了人参干燥室建筑空间单元、空调系统与空调冷热源一体化设计方案。结果表明:1)制约人参干燥过程的主要因素是人参内水分的扩散传质过程,本文试验获得的红参与白参的干燥特性曲线表明,两类人参的质扩散系数显著不同。2)本文干燥室物料紧凑性陈列方案下,孔板上送下回送风方案最优,该方案对应干燥室内人参干燥均匀性与干燥速率较其它对比方案高31%;3)不同功能建筑的集成,以及建筑空间、空调系统与冷热源设备一体化设计可有效消减设备、风管等耗材同时大幅降低设备与风管系统的占地面积50%以上,同时使使用率指标成倍增长。第三,针对系统中的核心冷热源装置的实施及其有效性验证,完成了多热源热泵干燥机组的设计、样机及其其性能检测试验台的设计、建设与调试,通过试验测试了该机组在干燥模式下预热阶段、持续干燥阶段与冷藏模式下的综合能源效率。结果表明:1)开发样机能够在设计所需的各个工作模式下稳定工作,并将模拟室环境参数处理到目标设计参数,达到预期设计目标;2)多热源热泵生态干燥系统在预热工作模式下,综合制热性能系数范围为1.37～1.90;在热风循环干燥模式下,平均COP_h从1.81升至5.77,整个阶段增加了68.6%。第四,结合试验获得多热源热泵机组性能对本文方案进行了技术经济性分析。基于本文方案在用水、用地、用能、耗材与二氧化碳排放等方面与既有可用干燥方案的对比分析,探讨了人参生产工艺过程绿色化升级的可取的的经济与环保收益。结果表明:1)在每年的人参生产期内(45天),本文方案可回收人参凝水3吨以上;2)本系统干燥冷藏功能一体化,相较于目前市面上存在的干燥技术,每年节约冷库租赁费用9160元;3)本试验系统全年干燥期内运行费用1600余元,较传统的开式生物质燃料干燥系统降低88.4%,较带补热系统封闭式热泵循环供热技术降低低34.1%;4)本试验系统集成干燥室与冷藏室功能且建筑设备一体化设计,耗材与建造成本较传统的干燥室与冷藏室之和降低45%以上,直接节约耗材与建造成本2万元以上(对应20㎡冷藏室);5)本文方案系统相对于既有可用干燥技术,其动态投资回收期只需6个月。本文的研究成果针对目前干燥工艺所面临的能耗大、效率低、污染高等问题,以实现干燥过程中物质的梯级利用、能量的循环利用为目的,借助多热源热泵技术,开发出实用的生态型干燥系统。该系统的应用将有效减少废热排放,促进干燥领域节能减排工作,同时给应用其的用户带来显著的经济收益。,为解决了普通干燥工艺热效率低、能耗大以及污染大等问题,对于中药材产区有较大的经济效益,在节水和节能方面都有显著提高,并且多功能的使用对我国节约建筑用地和建筑用材都有现实意义。