热泵型保温烤烟房节能性研究

摘要

我国是一个烟草大国，燃煤烘烤是很长时期内广泛应用的烤烟方式。燃煤消耗对能源与环境日益加重的压力致使烟叶烘烤亟待拓展节能减排的新途径。热泵干燥是一项逐渐成熟且绿色环保的新技术，然而其在烟叶烘烤领域的研究并不十分完善。
　　国内外关于干燥环节上的热泵研究主要集中在提升热泵机组性能与拓展辅助热源联合供热两方面。在改善控制方式、应用高效干燥介质、化学热泵、吸收式热泵等提升热泵制热性能的方面已经有了较为丰硕的成果；在联合式干燥、太阳能辅助能源的研究方面也取得了较大的进展。鉴于烘烤过程的大量排湿，热湿回收的研究也不断推陈出新。从部分热风循环到热湿空气梯级利用；从简单换热器的热量交换到热泵机组热湿回收；如今又发展到烤房群的联合供热。
　　之前的研究存在一些不足。强调单一因素对于热泵机组制热性能的影响，淡化制热工况中其它因素的影响作用；大多研究以生产每千克干烟叶的成本评价干燥系统优劣，难以准确表征系统综合性能。
　　论文从实际的烘烤过程出发，考察结合热湿回收技术的热泵烘烤较之燃煤烘烤的节能效益，分析影响热泵制热性能的因素，提出满足烘烤工艺要求下热泵机组的性能应用公式。在巫山烟区建立实验测试平台，与仿真计算结果相互印证。
　　首先，建立烤房能耗模型并进行仿真计算的对比。利用DeST软件建立了位于重庆市沙坪坝装烟量（鲜烟叶）为4000kg的燃煤标准烤房与热泵保温烤房（均默认带有热湿回收系统）的数值化模型，动态负荷计算表明，热泵保温烤房与燃煤标准烤房的热负荷峰值分别为32.78kW与37.60kW，热泵保温烤房中保温材料的应用有效降低了热负荷峰值约15.4％，对降低机组容量，提升机组逐时负荷率有积极作用。进一步能耗计算表明，烘烤一次（装入鲜烟叶4000kg，烤后干烟叶800kg）热泵保温烤房平均耗电628.04 kW·h，燃煤标准烤房平均耗电260.00 kW·h，耗煤573.34kg，结合重庆地区物价人力定额水平，热泵保温烤房与燃煤标准烤房一次烘烤成本分别为263.49元与475.07元（皆包含人工管理费），热泵保温烤房相比于燃煤标准烤房节能减排效果显著；通过动态投资回收期方法，论证了热泵保温烤房相较于燃煤标准烤房的投资回收期约为3.96年；利用经济寿命法，讨论了老旧燃煤标准烤房的最佳改造方案，进行热泵烤房的升级是最优选择，其经济寿命最长，为18年。有无热湿回收系统的热泵机组一次烘烤平均耗电量分别为628.04 kW/h与785.19kW/h，热湿回收的设置节省电量25.02%，说明热湿回收系统与热泵机组相得益彰，既降低了机组能耗又保留了烟叶烘烤形成的致香物质。采用除湿能耗比(SMER)评价干燥系统综合性能，热泵保温烤房除湿能耗比高出燃煤标准烤房29.30%，系统综合干燥性能优势突出。
　　其次，分析影响热泵制热性能的因素。为了消除室内温湿度控制的影响，采用稳温期（室内温湿度一定）工况分析影响机组制热性能的因素，发现影响机组制热性能的主要是负荷率与室外温度，机组COP随负荷率与室外温度的提高皆有不同程度的升高；在变黄期室外温度对COP的影响微弱，定色期有所提升，干筋期影响显著；负荷率在整个烘烤过程中与机组COP密切相关。分别对变黄期、定色期、干筋期的机组COP与负荷率及室外温度进行“三次十系数”拟合，得到的拟合公式相关系数高，拟合效果好。
　　再者，分析实验测试下的能耗特点。巫山烟区实验测试结果显示，热泵保温烤房每千克干烟的烘烤成本（含人工管理费用）为1.11元，同比燃煤标准烤房的2.97元节约烘烤成本63%。实验条件下热泵保温烤房较之燃煤标准烤房的动态投资回收期为4.02年。
　　最后，对比仿真计算与实验测试结果。利用假设检验法分析仿真计算与实验测试下机组制热性能公式的契合程度，在α=0.05显著性水平下，可以认为仿真计算中得出的制热性能拟合公式与实测数据契合程度高，没有显著差异。采用除湿能耗比（SMER）指标评价仿真计算与实验测试下干燥系统的综合性能，热泵保温烤房均优于燃煤标准烤房，且仿真计算与实验测试结果大体相符，相对误差约14.7%。分析仿真计算与实验测试结果的差异，燃煤标准烤房主要成因在于烤房围护结构不同室外温度下的热量散失有偏差，热泵保温烤房归结于不同工况（负荷率、室外温度等因素不同）下机组制热性能的差别。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2热泵干燥系统在国内外的研究及应用现状

1.3密集烤房热湿回收系统在国内外的研究及应用现状

1.4 热泵型密集烤房系统烤烟原理

1.5 课题研究内容、技术路线及其意义

1.6 本章小结

2 热泵保温烤房与燃煤标准烤房的仿真计算模型的建立

2.1 烤房（装烟室）模型的建立

2.2 燃煤标准烤房与热泵保温烤房加热系统模型的建立

3 燃煤标准烤房与热泵保温烤房仿真计算结果对比分析

3.1 烤房热负荷对比分析

3.2 烤房能耗对比分析

3.3 热泵保温烤房与燃煤标准烤房经济技术性比较

3.4 本章小结

4 热泵保温烤房与燃煤标准烤房实验测试系统的设计构建与

4.1 工程测试介绍

4.2 测试实验台的搭建

4.3 测试数据的采集

4.4 实验测试烤房能耗特点分析

4.5 本章小结

5 实验测试结果与仿真计算结果对比分析

5.1 热泵机组制热性能(COP)对比分析

5.2 能耗对比分析

5.3 本章小结

6 结 论

6.1 主要结论

6.2 未来展望

致谢

参考文献