太阳能与热泵联合干燥木材匹配优化的研究

【摘要】：木材干燥过程不仅能耗巨大，还会排放出大量污染物质。因而对于木材干燥行业来说研究节能、环保的干燥技术尤为重要。目前，在我国太阳能—热泵联合干燥技术已有少数应用，但只是太阳能、热泵两种干燥方法的简单组合，没有充分发挥联合干燥节能降耗的优点。本论文开展太阳能—热泵联合干燥条件的匹配优化研究，不仅为了提高联合干燥系统的节能率，也为太阳能、热泵这类绿色能源技术的推广提供理论依据。 本文采用了理论分析与试验验证相结合的研究方法。在理论分析部分首先确定了太阳能集热器的数量及布置方式，并对热泵除湿机的主要设备进行了计算和选型。其次，以设备匹配为丛础，对北京地区不同条件的太阳能集热器及热泵的性能进行理论分析，详细计算了不同辐射强度、时间、环境温度时集热器的供热量；对比了热泵从集热器得热与从环境得热时在供热量及能耗方面存在的差异，求得了热泵与集热器的匹配点，即不同环境温度时可将集热器内的热风送入热泵的温度点；编制了不同月份太阳能—热泵联合干燥木材的运行方式表；建立了判断联合干燥系统运行方式优化与选择的热平衡方程式。 在试验研究中，开展了太阳能、热泵子系统干燥木材的试验。通过试验数据的分析处理，掌握了太阳能、热泵系统的工作特性。其次，按照理论分析中建立的联合干燥工艺表开展了太阳能—热泵联合干燥木材的试验，数据分析表明，通过对集热器进出口风温及其供风温度的监控，求出集热器的供热量，以热平衡方程式为判断标准，确定系统的供热方式，可实现联合干燥系统的优化匹配。试验验证表明由于影响因素变化较多，热泵与集热器的理论温度匹配点与试验求得的略有不同。 经济分析部分在能耗、成本、投资回收期及社会效益方面，将太阳能—热泵联合干燥系统与常规蒸汽干燥进行了详细的对比，结果表明采用联合干燥系统干燥木材节能效果较好，且有利于保护生态环境。 本论文的创新之处在于： 1．通过对北京地区不同月份、不同辐射强度、不同时间的太阳能—热泵联合干燥系统的运行情况进行了详细的理论分析及实验研究，确定了联合干燥系统的优化运行方式； 2．在理论研究的基础上，建立了热平衡方程。通过对比干燥窑所需热量与集热器、热泵供热量的不同关系，寻找到了太阳能—热泵联合干燥系统最佳供热方式的判断标准，为联合干燥系统运行的自动控制提供了理论依据。 【关键词】：木材干燥 太阳能 热泵 匹配优化
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：S782.31
【目录】：

• 独创性声明2
• 关于论文使用权限的说明2-3
• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 引言9-19
• 1.1 中国的能源环境现状9
• 1.2 我国木材干燥的能耗9-10
• 1.3 我国的太阳能资源概况10-12
• 1.3.1 太阳能资源的特点11-12
• 1.4 太阳能干燥研究概况12-13
• 1.4.1 国外研究概况12
• 1.4.2 国内研究概况12-13
• 1.5 热泵研究概况13-15
• 1.5.1 国外研究概况13-14
• 1.5.2 国内研究概况14-15
• 1.6 太阳能-热泵联合干燥技术的国内外研究概况15-16
• 1.6.1 国外太阳能-热泵联合干燥机的研究概况15-16
• 1.6.2 国内太阳能-热泵联合干燥机的研究概况16
• 1.7 本项研究的意义16-18
• 1.8 本论文的研究内容18-19
• 2 太阳能-热泵联合干燥设备匹配的设计计算19-32
• 2.1 联合干燥系统的工作原理19
• 2.1.1 系统的组成19
• 2.1.2 系统的工作原理19
• 2.2 热力计算19-22
• 2.2.1 干燥过程中木材蒸发的水分19-20
• 2.2.2 干燥过程中消耗的热量20-22
• 2.3 太阳能供热系统的设计计算22-24
• 2.3.1 太阳能集热器的有效面积22-23
• 2.3.2 太阳能风机的选择计算23-24
• 2.4 热泵除湿系统的设计计算24-31
• 2.4.1 除湿机热负荷的确定25-26
• 2.4.1.1 除湿量25
• 2.4.1.2 通过蒸发器的空气流量25-26
• 2.4.2 除湿机制冷循环的热计算26-28
• 2.4.3 冷凝器的热负荷28-29
• 2.4.4 风机的选择计算29-30
• 2.4.5 辅助电加热器的功率30-31
• 2.5 太阳能-热泵联合干燥系统主要设备性能参数31
• 本章小结31-32
• 3 太阳能-热泵干燥木材的工艺匹配计算32-57
• 3.1 木材干燥各阶段所需热量的计算32-33
• 3.2 工艺匹配计算分析33-56
• 3.2.1 太阳能供热的能量分析33-47
• 3.2.1.1 6、7、8月北京地区太阳辐射强度34-36
• 3.2.1.2 太阳能供热的热平衡方程36
• 3.2.1.3 6、7、8月集热器工作状况分析36-40
• 3.2.1.4 5、9月集热器工作状况分析40-45
• 3.2.1.5 太阳能集热器的供热情况45-47
• 3.2.2 热泵干燥的工艺分析47-51
• 3.2.3 热泵与集热器的匹配点51-53
• 3.2.4 联合运行干燥的优化与选择53-56
• 本章小结56-57
• 4 太阳能-热泵联合干燥的匹配优化试验研究57-72
• 4.1 太阳能干燥木材的试验研究57-63
• 4.1.1 试验方法与测试项目57-58
• 4.1.2 太阳能的试验记录58-61
• 4.1.2.1 集热器热工性能测试58-60
• 4.1.2.2 太阳能供热系统测试60-61
• 4.1.3 太阳能干燥木材的试验结果分析61-63
• 4.2 热泵干燥木材的试验研究63-67
• 4.2.1 试验方法与测试项目63
• 4.2.2 热泵除湿机的干燥试验63-67
• 4.2.2.1 热泵除湿机的性能测试63-66
• 4.2.2.2 热泵干燥试验分析66-67
• 4.3 太阳能-热泵联合干燥试验67-71
• 4.3.1 试验验证热泵与集热器工作的匹配点69-71
• 本章小结71-72
• 5 太阳能-热泵联合干燥的经济性分析72-79
• 5.1 干燥能耗分析72-77
• 5.1.1 不同干燥方法消耗的一次能源72
• 5.1.2 干燥成本72-77
• 5.2 社会效益77-79
• 6 结论与建议79-81
• 6.1 结论79
• 6.2 建议79-81
• 参考文献81-85
• 个人简介85-86
• 导师简介86-87
• 获奖成果清单87-88
• 致谢88

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