木材太阳能-空气能联合干燥设备的集热介质选择及能耗

第４８卷第８期东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报
Ｖｏｌ．４８Ｎｏ．８２０２０年８月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＮＯＲＴＨＥＡＳＴＦＯＲＥＳＴＲＹＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＡｕｇ．２０２０
１）国家自然科学基金项目（３１８７０５４４）；东北林业大学大学生科研训练计划项目（ＫＹ２０１８００８）㊂
第一作者简介：迟祥，男，１９９３年１０月生，东北林业大学材料科学与工程学院，硕士研究生㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｉｘｉａｎｇｎｅｆｕ＠１６３．ｃｏｍ㊂
通信作者：程万里，东北林业大学材料科学与工程学院，教授㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｎｅｆｕｃｗｌ＠ｎｅｆｕ．ｅｄｕ．ｃｎ㊂
收稿日期：２０１９年８月２９日㊂责任编辑：戴芳天㊂
木材太阳能－空气能联合干燥设备的
集热介质选择及能耗１）
迟祥㊀刘冰㊀杜信元㊀韩浩东㊀陈昊宇㊀段皓清㊀艾沐野㊀程万里
（东北林业大学，哈尔滨，１５００４０）
㊀㊀摘㊀要㊀围绕太阳能－空气能联合干燥设备的集热介质选取㊁系统的性能测试及杨木干燥过程能耗分析，分别对水和防冻液两种集热介质进行了集热性能测试及空气能性能测试㊂结果表明：在哈尔滨地区环境平均温度１１．９ħ㊁太阳平均辐照值８１２．２Ｗ㊃ｍ－２条件下，水的平均集热效率６１．０２％，防冻液为２２．０４％，空气能平均供热系数为３．４４㊂在此基础上以水为集热介质采用太阳能－空气能联合干燥对２５ｍｍ厚杨木进行干燥实验㊂结果表明：杨木含水率由４０．２４％降至９．７９％，单位材积能耗为３９．２５ｋＷ㊃ｈ㊃ｍ－３，与杨木常规干燥单位材积所需能耗４７２．３６ｋＷ㊃ｈ㊃ｍ－３相比，太阳能－空气能联合干燥具有明显节能效果㊂
关键词㊀太阳能－空气能联合干燥；集热介质；集热效率；杨木干燥；干燥能耗分类号㊀Ｓ７８１．７１Ｓ
ＷｏｏｄＤｒｙｉｎｇｆｏｒＳｏｌａｒ－ＡｉｒＥｎｅｒｇｙＣｏｍｂｉｎｅｄＤｒｙｉｎｇＥｑｕｉｐｍｅｎｔＨｅａｔＣｏｌｌｅｃｔｉｎｇＭｅｄｉｕｍＳｅｌｅｃｔｉｏｎａｎｄＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓ／／ＣｈｉＸｉａｎｇ，ＬｉｕＢｉｎｇ，ＤｕＸｉｎｙｕａｎ，ＨａｎＨａｏｄｏｎｇ，ＣｈｅｎＨａｏｙｕ，ＤｕａｎＨａｏｑｉｎｇ，ＡｉＭｕｙｅ，ＣｈｅｎｇＷａｎｌｉ（ＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ１５００４０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）／／ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０２０，４８（８）：１０７－１１１．
Ｗｅｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｈｅｈｅａｔｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｍｅｄｉａｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｓｙｓｔｅｍｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔａｎｄｐｏｐｌａｒｄｒｙｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｎｅｒｇｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｏｌａｒ－Ａｉｒｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｃｏｍｂｉｎｅｄｄｒｙｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ａｎｄｃｏｎｄｕｃｔｅｄｈｅａｔｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｔｅｓｔａｎｄａｉｒｅｎｅｒｇｙｐｅｒｆｏｒｍ⁃ａｎｃｅｔｅｓｔｏｎｔｗｏｈｅａｔｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｍｅｄｉａｗａｔｅｒａｎｄａｎｔｉｆｒｅｅｚｅ．Ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｈｅａｔｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｗａｔｅｒｗａｓ６１．０２％ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｈｅａｔｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａｎｔｉｆｒｅｅｚｅｗａｓ２２．０４％ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆａｖｅｒａｇｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｆ１１．９ħａｎｄｓｏｌａｒａｖｅｒａｇｅｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｖａｌｕｅｏｆ８１２．２Ｗ／ｍ２，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｈｅａｔｓｕｐｐｌｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆａｉｒｅｎｅｒｇｙｗａｓ３．４４．Ｔｈｅｄｒｙｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｐｏｐｌａｒｔｉｍｂｅｒｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｔｅｎｔｏｆｐｏｐｌａｒｔｉｍｂｅｒｄｅｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ４０．２４％ｔｏ９．７９％，ｔｈｅａｖｅｒａｇｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｗａｓ３９．２５ｋＷ㊃ｈ㊃ｍ－３，ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｖｅｒａｇｅｐｅｒｈｏｕｒｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｐｏｐｌａｒｗｏｏｄｂｙ４７２．３６ｋＷ㊃ｈ㊃ｍ－３，ａｎｄｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ⁃ａｉｒｅｎｅｒｇｙｃｏｍｂｉｎｅｄｄｒｙｉｎｇｃａｎｈａｖｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｓｏｌａｒ－Ａｉｒｃｏｍｂｉｎｅｄｄｒｙｉｎｇ；Ｈｅａｔｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｍｅｄｉａ；Ｃｏｌｌｅｃｔｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；Ｐｏｐｌａｒｄｒｙｉｎｇ；Ｄｒｙｉｎｇｅｎｅｒｇｙ
ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ
㊀㊀木材在进行制品加工之前需要干燥，而木材干燥所耗能量占木制品生产过程所耗能量的４０％
６０％［１］㊂木材常规干燥以蒸气为热源，能耗高㊁污染严重，已被相关部门列入高污染产业，因此探讨清洁的绿色环保新能源在木材干燥行业具有十分重要意义㊂
太阳能是一种取之不尽㊁用之不竭的可再生绿色能源，是化石燃料替代品的最佳选择之一㊂我国太阳能资源丰富，约有２／３的国土年辐射时间超过
２２００ｈ，年辐射量超过５０００ＭＪ㊃ｍ－２，获得的能量相当于目前全年煤㊁石油㊁天然气和各种柴草等全部常规能源所提供能量的２０００多倍［２－３］㊂太阳能干燥是一种清洁㊁节能的干燥技术，已经广泛应用于农产品干燥［４］㊁食品干燥［５］㊁工业干燥［６］，除太阳能集热与储能方面还不十分成熟外［７－１０］，其他技术方面
相对成熟㊂
空气能制热是利用逆卡诺原理，由压缩机系统内的低温冷媒不断吸收室外空气中的低品位热量带回压缩机提升为可用的高品位热量，目前主要集中在家用热水器㊁采暖㊁农副产品干燥等领域［１１－１２］㊂
空气能热泵在我国已有较广泛的应用，近几年在木材干燥领域，已有多家企业在推广，但太阳能和热泵联合的数量并不多，对木材太阳能－空气能联合干燥相关研究十分必要㊂
本研究以探讨太阳能－空气能干燥设备的能源利用效率为目的，对水和防冻液两种不同集热介质进行集热测试，分析介质的集热效率，以选取适用于北方地区太阳能干燥设备较优的集热介质；并对空气能供热系统性能参数进行测试，获取空气能的供热系数㊂在此基础上以水为集热介质采用太阳能－空气能联合干燥对杨木进行干燥实验，分析了杨木干燥过程所需能耗，旨在为太阳能－空气能联合干燥提供理论依据和实践指导㊂
１㊀设备组成及工作原理
太阳能－空气能联合干燥设备由５部分组成，
如图１所示，即太阳能供热系统㊁空气能供热系统㊁
自动化控制系统㊁木材干燥室㊁废热回收系统㊂其
中，太阳能系统与空气能系统可分别独立工作，也可
联合工作㊂太阳能集热系统中，太阳能集热器与储
热水箱作为一个子循环系统单独工作，水箱与干燥
室内冷凝器为一个子循环系统单独工作㊂当真空管
集热器中的温度（Ｔ）高于水箱温度（Ｔｈ）１５ħ时，控制系统控制太阳能至储热水箱循环系统自动开启；
当Ｔｈ低于Ｔ１０ħ时，控制系统控制太阳能至储热水箱循环系统自动关闭；当Ｔｈ高于室内温度（Ｔｓ）１０ħ时，根据干燥工艺基准需要控制系统控制储热水箱至室内循环路径可自动开启，可使室内迅速升温㊂当太阳提供的温度满足不了干燥室内的温度，空气能制热系统自动开启，达到控制系统所设定的目标温度后停止，太阳能系统的控制参数设置见式（１），Ｐ为控制系统㊂图１中有热回收装置，当材堆湿度高于设定的工艺参数的湿度，则开启排湿模式，热回收系统进行除湿并利用废热加热吸入的新鲜空气，保证能源回收利用㊂
１．太阳能真空管集热器组；２．储热水箱－室内循环泵；３．储热水箱；４．排污阀门；５．太阳能－储热水箱循环泵；６．空气能冷凝器组；７．太阳能冷凝器组；８．室内风机组；９．干燥室；１０．室内积水排水系统；１１．超声波增湿机；１２．空气能设备组；１３．热回收设备；１４．轴流风机㊂
图１㊀太阳能空气能联合干燥设备原理图
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｐ１，ＴｈɤＴ－１５
０，ＴｈȡＴ－１０
０，ＴｓȡＴ＋１０
１，ＴｓɤＴ＋１０
ì
î
í
ï
ï
ï
ï
㊂（１）
２㊀材料与方法
２．１㊀材料
杨木锯材购于东北林业大学帽儿山实验林场，初含水率平均４０．２４％，材堆尺寸为３０００ｍｍˑ１５５０
ｍｍˑ７００ｍｍ，检验板尺寸５５０ｍｍˑ１２５ｍｍˑ２５ｍｍ㊂主要仪器设备：太阳辐照仪ＴＥＮＭＡＲＳＴＭ－２０７；ＴＨＤ记录仪，接受信号范围４ ２０ｍＡ，０ ５Ｖ；市政供水；防冻液（冰点－３５ħ，沸点１２０ħ）；１０１－２ＡＢ烘箱，使用温度范围１０ ２５０ħ；ＹＰ１５Ｋ－１电子天平，精度０．１ｇ；ＬＤ２１０－２电子天平，精度０．０１ｇ；ｐｔ１００温度传感器；木材太阳能－空气能干燥设备（定制，真空管集热器采光面积１６ｍ２，泵额定功率０．７５ｋＷ，冷凝器０．１８ｋＷ，风机功率０．３７ｋＷ，空气能设备组额定功率５ｋＷ），广东都灵新能源科技公司㊂２．２㊀方法
２．２．１㊀集热介质的选取
测试地点位于东北林业大学干燥实验室，测试条件和最低时间参照现行国标ＧＢ／Ｔ２００９５ ２００６‘太阳能热水系统性能评定规范“［１３］进行㊂在天气状况为晴的条件下（尽量降低天气原因所引起的实验差异），选用工业中常见的水和防冻液两种不同的集热介质，并使用太阳能－空气能联合干燥设备进行集热测试，每３ｍｉｎ记录一次太阳能温度㊁太阳能辐照值㊁水箱温度试验数据，分析介质的集热效率，选取集热效率较高的集热介质进行杨木干燥试验㊂２．２．２㊀杨木干燥实验
将材堆置于干燥室内，并参考表１杨木含水率干燥基准［１４］设置控制系统（图２），风机每间隔２ｈ换向一次㊂含水率检验板置于干燥室内距顶风机
８０１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４８卷
１／３距离处，每６ｈ进行一次质量测量，至含水率达
到１０％左右时试验结束㊂采用质量法计算干燥过程中的含水率变化，分析太阳能－空气能干燥杨木的能耗㊂
表１㊀杨木含水率干燥基准
含水率阶段干球温度／ħ干湿球温差／ħ平衡含水率／％相对湿度／％低温预热
４５１．０２０．０９２初期处理
６００．７２０．０９７４０％＞含水率ȡ３０％５２６．０１１．５６９３０％＞含水率ȡ２５％５５９．０
９．３５７２５％＞含水率ȡ２０％６０１２．０７．７４８２０％＞含水率ȡ１５％６５１５．０６．４４２含水率＜１５％７０２０．０４．９４０平衡处理７５１０．０８．０６０终处理７５
３．０１５．０
８８
３㊀结果与分析
３．１㊀两种集热介质的集热性能
太阳能集热器性能指标由集热器效率和供热系数来表示
［１５］
㊂太阳能集热器效率表示太阳能光热
的转化效率，系数越大表示转化效率越高；供热系数是太阳能的有效热量与太阳能系统的能耗之比，用来反映系统的供热能力，数值越大，太阳能系统的供热能力越强㊂
集热器效率（ηＴ）和供热系数（ζＴ）为［１６］：
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ηＴ＝
ＱＴＱ０Ｔ
＝ＧＣｐΔｔ
ＩＡ；
（２）㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ζＴ＝ＱＴ／Ｗ㊂
（３）
式中：ＱＴ为集热介质流经真空管集热器所获得的实际热量（Ｊ）；Ｑ０Ｔ为太阳照射在真空管集热器上的热量获取理论值（Ｊ）；Ｇ为集热介质的流量（ｋｇ㊃ｈ－１）；Δｔ为集热介质在真空管集热器中的温升（ħ）；Ｃｐ为集热介质的定压比热（Ｊ㊃ｋｇ－１㊃Ｋ－１）；Ｉ为太阳辐照强度，Ｗ㊃ｍ－２；Ｗ为供热系统中定频抽油泵的能耗（Ｊ）㊂
表２和表３列出太阳能供热系统的两种集热介质在４月份某一天的测试数据，北方春季太阳照射时间较短，太阳完全照射在集热器上的时间是１０：００ １５：４５㊂数据表明：①太阳能供热效率高，能耗较小，集热介质为水的太阳能系统平均供热系数为１０．６４，
即太阳能系统消耗１ｋＷ电能可获得１０ｋＷ以上的热能；而集热介质为防冻液的太阳能平均供热系数为４．１６，即太阳能系统消耗１ｋＷ电能可获得４ｋＷ以上的热能；②太阳的辐照强度波动较大，真空管集热器组的集热效率随着太阳辐照强度的变化而变化；③水的集热效率最高可达７６．５％，防冻液集热效率最高可达４１％，相比其他木材太阳能干燥设备中平板集热器的集热效率３６．４３％［１７］，真空管集热器集热效率高㊂
表２㊀水介质的太阳能供热系统性能参数
记录时刻ｔ０／ħｔ１／ħｔ２／ħΔｔ／ħＩ／Ｗ㊃ｍ－２
ηＴ
Ｇ／ｋｇ㊃ｈ－１
Ｑ／ｋＷζＴ
１０：００１０．２
６９
１１：００
１０．９３２３５３７１２５５．３１８００６．３８．４
１２：００１１．７３９４２４８４１６２．４１８００８．４１１．２１３：００１１．９５２５７５８５８７６．５１８００１０．５１４．０１４：００１２．８６７７１４８５８６１．２１８００８．４１１．２１５：００１２．２７６７９３
７９２４９．７１８００６．３
８．４
１６：００１２．１
６０４
㊀㊀注：测试日期为４月２１日，晴；ｔ０为环境温度；ｔ１为太阳能进口温度；ｔ２为太阳能出口温度；Δｔ为进出口温差；Ｉ为太阳辐照值；ηＴ为瞬时集热效率；平均集热效率ηＴ ＝６１．０２；Ｇ为集热介质流量；Ｑ为有效得热量；ζＴ为瞬时供热系数；平均供热系数ζ０Ｔ＝１０．６４㊂
表３㊀防冻液介质的太阳能供热系统性能参数
记录时刻ｔ０／ħｔ１／ħｔ２／ħΔｔ／ħＩ／Ｗ㊃ｍ－２
ηＴＧ／ｋｇ㊃ｈ－１
Ｑ／ｋＷζＴ
１０：００８．５
７６３
１１：００
９．３
２２２２０８３７０１８０００㊀０㊀
１２：００１０．２４２４７４８９６３３．５１８００４．８６．４１３：００１０．４５８６３５９１４４１．０１８００６．０８．０１４：００１１．２７３７６３８７２２５．８１８００３．６４．８１５：００１０．４８２８３１
７５８９．９１８００１．２１．６１６：００１０．２
６０４
㊀㊀注：测试日期为４月１９日，晴；ｔ０为环境温度；ｔ１为太阳能进口温度；ｔ２为太阳能出口温度；Δｔ为进出口温差；Ｉ为太阳辐照值；ηＴ为瞬时集
热效率；平均集热效率ηＴ ＝２２．０４；Ｇ为集热介质流量；Ｑ为有效得热量；ζＴ为瞬时供热系数；平均供热系数ζ０Ｔ＝４．１６㊂
３．２㊀空气能供热系数
空气能的供热系数（ε）表示空气能的制热量和
工作功率之比，供热系数越大，性能越好，是检验空气能系统性能的主要参数之一［１８－１９］㊂ε由以下公
９０１第８期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀迟祥，等：木材太阳能－空气能联合干燥设备的集热介质选择及能耗
式计算：
ε＝ＱＲ
Ｗ１
＝ＭａＣｐａ（Ｔ２－Ｔ１）
Ｗ１
㊂（４）
式中：ＱＲ为空气源热泵工作时所产生的热量（Ｊ）；Ｗ１为空气源热泵工作时所做的功（Ｊ）；Ｍａ为冷凝器的质量流量（ｋｇ㊃ｈ－１）；Ｃｐａ为制冷工质的定压比热（Ｊ㊃ｋｇ－１㊃Ｋ－１）；Ｔ２㊁Ｔ１为冷凝器的进口出口温度（ħ）㊂
空气能测试是在关闭太阳能系统的条件下，空气能系统单独工作，在环境温度为１０ħ时进行性能测试，其平均供热系数为３．４４，ε大于３，表示节约一次能源［１９］㊂按ＧＢ２９５４１ ２０１３‘热泵热水机（器）能效限定值及能效等级“［２０］，空气能供热系数的值所对应的能耗比达到３级㊂
表４㊀空气源热泵供热系统性能参数
时间／ｍｉｎεＴｄ／ħ
１０２．７７３５．７
２０４．０２３８．６
３０４．７１４２．０
４０４．４３４５．２
５０３．４６４７．７
６０２．４９４９．５
７０ ４８．１
８０４．５７５１．４
９０３．１９５３．７
１００２．９１５５．８
１１０２．４９５７．６
１２０２．７７５９．６
㊀㊀注：ε瞬时供热系数；平均供热系数ε０＝３．４４；理论平均供热系数εＲ＝３．４；ｔｄ室内温度㊂６０ｍｉｎ时室内风机换向，设备停止工作３ｍｉｎ㊂
３．３㊀杨木干燥实验结果
本实验干燥周期共６．５ｄ，自６月２３日 ６月２９日㊂６月２３日 ６月２７日大部分天气晴，主要由太阳能提供热量，６月２８㊁２９日天气为多云转雨，主要由空气能系统为干燥室提供热量，具体天气状况如表５㊂
表５㊀干燥期间天气状况
日期Ｔｍａｘ／ħＴｍｉｎ／ħ天气状况６月２３日３０１６晴
６月２４日３２２２晴转多云
６月２５日３３２３多云
６月２６日３１２１多云
６月２７日３０２２多云
６月２８日２１１４雷阵雨转中雨６月２９日２３１４雷阵雨
㊀㊀注：Ｔｍａｘ环境最高温度；Ｔｍｉｎ环境最低温度㊂
图２中室内温度呈波动式上升，当室内温度的曲线峰和水箱温度的曲线谷相对应时，水箱至室内的太阳能循环系统工作，室内温度上升至与水箱温度差值为１０ħ时，太阳能系统停止工作㊂由于有空气能辅助加热，室内温度波动频繁，幅度较小，完全可达到含水率干燥基准所需温度㊂同理室内温度的曲线峰和水箱温度的曲线谷相对应时，水箱至室内的太阳能循环系统工作，室内温度的曲线峰和水箱温度的曲线谷不对应时，表明空气能辅助加热㊂干燥期间环境平均温度为２４．３ħ，水箱最高温度９９．２
ħ，白天水箱至集热器循环系统的工作时间范围为０８：００ １６：００，水箱至室内的循环系统主要工作时间为０９：００ ２２：００，较没有储热装置的太阳能系统多工作６ｈ［２１］，空气能系统加热时间主要为２２：００ 次日１１：００㊂
图２㊀干燥阶段太阳能系统工作曲线
整个干燥过程依照杨木干燥工艺（表１）进行，杨木锯材含水率由４０．２４％下降至９．７９％，共用时１５２ｈ，干燥过程如图３所示，按ＧＢ／Ｔ６４９１ ２０１２‘锯材干燥质量“［２２］进行检测，干燥材质量达到三级㊂杨木干燥初期，由于锯材的含水率在纤维饱和点之上，细胞腔内自由水蒸发至室内，使得室内相对湿度可逐渐接近或达到设定值；后期锯材的含水率在纤维饱和点之下，锯材内部的水分主要为细胞壁内的结合水，水分含量较少，干燥时间较长㊂３．４㊀杨木干燥实验能耗
表６为整个干燥过程各阶段的干燥能耗，太阳能系统的工作时间是０９：００ ２２：００时，白天热量较高，满足室内所需热量，并且储热系统可存储多余热量㊂由于储热水箱作为储热源可延长工作时间，故夜间空气能系统的工作时间是２２：００ 次日０９：００㊂干燥初期为预热阶段，干燥工艺要求温度较低，室内温度相对较高，太阳能白天可满足干燥工艺条件，中期和后期太阳能空气能配合工作㊂整个杨木干燥过程中各阶段能耗为２５．５６ｋＷ㊃ｈ，其中设备主要能耗为设备稳压器和控制系统产生的能耗，而太阳能系统能耗仅占设备总能耗的２．２１％，空气能系统能
０１１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀东㊀北㊀林㊀业㊀大㊀学㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第４８卷
耗占总能耗的１１．５２％㊂单位材积所需平均能耗３９．２５ｋＷ㊃ｈ㊃ｍ－３，与杨木常规干燥单位材积所需平均能耗４７２．３６ｋＷ㊃ｈ㊃ｍ－３相比［２３］，太阳能－空气能联合干燥具有明显节能效果㊂
图３㊀太阳能干燥曲线
表６㊀太阳能－空气能干燥能耗分析
干燥阶段含水
率／％
室内温
度／ħ
室内湿
度／ħ
干燥时
长／ｈ
干燥能耗／
Ｋｗ㊃ｈ
１４０－３０３５．８６７．６４４２３．６６２３０－２５４２．０５６．１２４２５．１９３２５－２０５１．６５２．５３０２５．１１４２０－１５５９．４４５．０３０２６．２４５１５以下６７．３３０．０２４２７．５７总计１５２１２７．７７４　结论
太阳能－空气能联合干燥设备在环境平均温度为１１．９ħ，太阳辐照值为８１２．２Ｗ㊃ｍ－２的环境下对水和防冻液进行集热测试㊂结果表明集热介质水的平均集热效率为６１．０２％，优于防冻液的平均集热效率㊂空气能供热系数的平均值为３．４４，表示节约一次能源，按ＧＢ２９５４１ ２０１３‘热泵热水机（器）能效限定值及能效等级“，空气能的能耗比达到３级㊂整个杨木干燥过程中，整个杨木干燥过程中各阶段平均能耗为２５．５６ｋＷ㊃ｈ，单位材积平均所需能耗３９．２５ｋＷ㊃ｈ㊃ｍ－３，与杨木常规干燥单位材积所需能耗４７２．３６ｋＷ㊃ｈ㊃ｍ－３相比，太阳能－空气能联合干燥具有明显节能效果㊂
参㊀考㊀文㊀献
［１］㊀高建民，王喜明．木材干燥学［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１８．［２］㊀伊松林，张璧光．太阳能及热泵干燥技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１１．
［３］㊀张璧光．太阳能干燥技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００７．［４］㊀ＳＩＮＧＨＰ，ＳＨＲＩＶＡＳＴＡＶＡＶ，ＫＵＭＡＲＡ．Ｒｅｃｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｓｏｌａｒｄｒｙｉｎｇ：ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＲｅｎｅｗａｂｌｅａｎｄＳｕｓｔａｉｎ⁃ａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｖｉｅｗｓ，２０１８，８２：３２５０－３２６２．
［５］㊀ＦＵＤＨＯＬＩＡ，ＳＯＰＩＡＮＫ，ＲＵＳＬＡＮＭＨ，ｅｔａｌ．Ｒｅｖｉｅｗｏｆｓｏｌａｒｄｒｙｅｒｓｆｏｒａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌａｎｄｍａｒｉｎｅｐｒｏｄｕｃｔｓ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ＆Ｓｕｓ⁃ｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｖｉｅｗｓ，２０１０，１４（１）：１－３０．
［６］㊀ＰＩＲＡＳＴＥＨＧ，ＳＡＩＤＵＲＲ，ＲＡＨＭＡＮＳＭＡ，ｅｔａｌ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｎｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｓｏｌａｒｄｒｙｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ＆Ｓｕｓ⁃ｔａｉｎａｂｌｅＥｎｅｒｇｙＲｅｖｉｅｗｓ，２０１４，３１（２）：１３３－１４８．［７］㊀ＺＨＡＮＧＰ，ＸＩＡＯＸ，ＭＡＺＷ．Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｈａｓｅｃｈａｎｇｅｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ，ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｏｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ［Ｊ］．Ａｐ⁃ｐｌｉｅｄＥｎｅｒｇｙ，２０１６，１６５：４７２－５１０．
［８］㊀ＴＩＷＡＲＩＧＮ，ＢＨＡＴＩＡＰＳ，ＳＩＮＧＨＡＫ．Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｔｕｄｉｅｓｏｆｃｒｏｐｄｒｙｉｎｇｃｕｍｗａｔｅｒｈｅａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ＆Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，１９９７，３８（８）：７５１－７５９．
［９］㊀ＸＩＥＴＡＯ，ＸＵＫＤ，ＨＥＹＬ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃａｎｄｋｉｎｅｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｏｌａｒｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｓｔｏｒａｇｅｓｙｓ⁃ｔｅｍｆｏｒｄｒｙ⁃ｒｅｆｏｒｍｉｎｇｏｆｍｅｔｈａｎｅ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ，２０１８，１６４：９３７－９５０．
［１０］㊀Ａｆｒａｎｄ，Ｍａｓｏｕｄ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｏｆｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｈｙｂｒｉｄｎａｎｏ⁃ａｄｄｉｔｉｖｅｓａｎｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ
ｏｆａｎｅｗｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，
１１０：１１１１－１１１９．
［１１］㊀ＺＨＡＮＧＱ，ＺＨＡＮＧＬ，ＮＩＥＪ，ｅｔａｌ．Ｔｅｃｈｎｏ⁃ｅｃｏｎｏｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｉｒｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐａｐｐｌｉｅｄｆｏｒｓｐａｃｅｈｅａｔｉｎｇｉｎｎｏｒｔｈｅｒｎＣｈｉｎａ
［Ｊ］．ＡｐｐｌｉｅｄＥｎｅｒｇｙ，２０１７，２０７：５３３－５４２．
［１２］㊀ＤＯＮＧＸ，ＴＩＡＮＱ，ＬＩＺ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｎｈｅａｔｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｏｌａｒｉｎｔｅｇｒａｔｅｄａｉｒｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐ［Ｊ］．Ａｐ⁃
ｐｌｉｅｄＴｈｅｒｍａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１７，１２３：１０１３－１０２０．
［１３］㊀中国国家标准化管理委员会．太阳能热水系统性能评定规范：ＧＢ／Ｔ２００９５ ２００６［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２００６．［１４］㊀艾沐野．常规木材干燥操作技巧［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２０１７．
［１５］㊀张力，胡传坤，高建民．太阳能与双热源热泵组合干燥落叶松［Ｊ］．东北林业大学学报，２０１４，４２（１２）：１４１－１４４．
［１６］㊀张璧光．太阳能－热泵联合干燥木材的实验研究［Ｊ］．太阳能学
报，２００７，２８（８）：８７０－８７３．
［１７］㊀许彩霞，张璧光，伊松林，等．太阳能与热泵联合干燥木材特性
的实验研究［Ｊ］．干燥技术与设备，２００８（４）：１８４－１８９．［１８］㊀黎珍，田琦，董旭．太原地区太阳能耦合空气源热泵一体化热
水系统性能分析［Ｊ］．华侨大学学报（自然科学版），２０１７（５）：
６７０－６７５．
［１９］㊀张璧光．实用木材干燥技术［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００５．［２０］㊀中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会．热泵热水机（器）能效限定值及能效等级：ＧＢ
２９５４１ ２０１３［Ｓ］．北京：中国标准出版社，２０１３．
［２１］㊀张璧光，高建民，伊松林，等．太阳能与热泵联合干燥木材的优
化匹配［Ｊ］．太阳能学报，２００９，３０（１１）：１５０１－１５０５．［２２］㊀中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准
化管理委员会．锯材干燥质量：ＧＢ／Ｔ６４９１ ２０１２［Ｓ］．北京：
中国标准出版社，２０１２．
［２３］㊀胡丽华，高建民，刘鑫钰．太阳能－除湿－常规分段组合木材干燥工艺优化［Ｊ］．干燥技术与设备，２０１１，９（５）：６０－６４．
１１１
第８期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀迟祥，等：木材太阳能－空气能联合干燥设备的集热介质选择及能耗。