热泵烘干是金矿，但你要先学会算脱水量、热负荷，配机器
《热泵市场》杂志
文_徐海政
烘干200斤的腊肉用多大的机组?烘干1000斤辣椒主机怎么配置?烘干500斤生姜片用几P机最合适……那么，热泵烘干到底该如何进行机组的选型呢?本微告诉你：通常而言热泵烘干系统主机选型主要有两种方法，一是计算物料的脱水量，依据主机的除湿能力来配置；而另一种方法就是计算整个烘干系统的总热负荷，再根据机组制热量来配置。
总热负荷匹配机组制热量
热泵烘干系统机组选型的第一种方法就是计算系统的热负荷，再根据热负荷来配置主机，这也是我们系统方案设计中必须做好的工作，通常亦是较为科学的方法。正如热泵采暖系统一样，需要根据采暖面积、热负荷指标、冷风渗透量等来计算系统的热负荷。不同烘干类型的产品其热负荷计算方法也不一样。
1.热风排湿热泵烘干系统
1)总热负荷计算
热泵烘干系统总热负荷(Q)主要由湿物料吸收的热量(Q1)、进行排湿操作需要补充新风消耗的热量(Q2)、维护结构(烘房)的散热量(Q3)和湿物料水分蒸发吸收的热量(Q4)这四部分热负荷组成。其中：
Q1=cM(t2–t1) /860
式中：Q1—湿物料吸收的热量(kW.h)；c—湿物料比热容[kcal/(kg·℃)]，不同的物料比热容不一样，例如果类的比热容约为0.8Kcal/Kg·℃，而湿木材的比热约为0.75kcal/(kg·℃)；M—湿物料重量(kg)；ts—湿物料初始温度 (℃)，取室外环境温度t1；t2—室内设计温度(℃)；1kWh =860kcal。
Q2= G2/(dbp-dbh )· (t2-t1) · Cq/860
式中：Q2—进行排湿操作需要补充新风消耗的热量(kW.h)；G2—湿物料排出的水分(脱水量) (kg)；dbp—平均排湿温度湿含量(kg/kg)，查焓湿图；dbh—环境温度湿含量(kg/kg)，查焓湿图；t2—室内设计温度(℃)；t1—室外环境温度(℃)；Cq—空气比热(kcal/kg℃)，取0.24 kcal/kg℃；1kW h =860kcal。
Q3=αFK(t2–t1) ·h/1000
式中：Q3——维护结构的散热量(kW.h)；α—围护结构温差修正系数，取α=1；F—围护结构的面积(m2)；K—围护结构的传热系 数[W/(㎡·K)]； K=λ/d，λ为维护结构材料的导热系数，聚氨酯λ=0.024W/m℃(目前大多数烘干房均采用聚氨酯搭建)，d为维护结构厚度(m)；t2—室内设计温度(℃)；t1—室外环境温度(℃)；h—设计烘干时间(h)；1kW=1000W。
Q4=G2·γ÷3600
式中：Q4—湿物料水分蒸发吸收的热量(kW.h)；G2—湿物料排出的水分(脱水 量)(kg)；γ—水的汽化潜热为2343(kJ/kg)，室内设计温度对应的汽化潜热(查水的汽化潜热表)；1kW.h=1000kW * 3600秒=3600kJ。
2)主机选型计算
很多人可能会认为，机组的选型用总热负荷Q1+Q2+Q3+Q4除以设计的烘干时间即可，其实这种方法是不科学的，因为整个烘干过程中并非一直在排湿，且有的物料在前期需要预热，以达到物料要求的烘干初始温度，因此在计算的时候烘干时间最好取设计烘干时间的80%。比如，设计烘干时间为30小时，那么机组的选型计算则是拿总热负荷除以24。
(1)在预热阶段(不进行排湿)，平均单位时间所需热泵制热量(Qj1) 应按以下公式计算:
Qj1= Q1/hy+Q3/h
式中：Qj1—预热阶段所需热泵制热量(kW)；hy—设计预热时间(h)；h—设计烘干时间(h)。
(2)在达到室内设定温度下，烘干排湿过程中，平均单位时间所需热泵制热量(Qj2)应按下式计算:
Qj2=(Q2+Q4)/hp+Q3/h
式中：Qj2—排湿阶段所需热泵制热量(kW)；hp—设计排湿时间(h)；h—设计烘干时间(h)。当Qj1≥Qj2，所需要热泵负荷则根据Qj1选型；而当Qj1
2、闭式除湿热泵烘干系统
闭式除湿热泵烘干系统由于烘干过程中水分通过冷凝设备去除，因此正常是不需要排湿的(除非烘房内湿度太大，冷凝设备满足不了除湿的需求)，且烘房处于封闭的状态，物料水分蒸发散失的热量最终在烘房内回收，因此通常不需要计算热负荷，而是根据脱水量来计算机组的配置，即总的脱水量除以烘干时间得出每小时的脱水量，再根据机组除湿能力来配置数量。
以一次烘干5000kg猪肉为例，脱水率为30%，那么总的脱水量为1500kg，采用闭式除湿干燥机烘干时间为约为48小时，则每小时的除湿量要求为31.25千克/小时，1P的闭式除湿设备的除湿能力通常为3.5 千克/小时，那么31.25/3.5≈8.93，因此烘干5000kg的猪肉，为保证烘干品质，最好选用一台10P或两台5P的闭式除湿烘干设备。
闭式除湿设备机组选型相对热风排湿型设备要简单得多，但是一些含水量很低物料，其出水速度慢，脱水量也很小，那么按小时脱水量很难科学计算，另一种情况是流水作业，由于烘房面积较大，且湿物料这边进去，另一边出来，热量流失相应也会增加，因此也需要计算热负荷来配置机组。
其总的热负荷主要包括湿物料吸收的热量(Q1)和维护结构(烘房)的散热量(Q3)两个方面：
Q1=cM(t2–t1)/860
式中：Q1—湿物料吸收的热量(kW.h)；c—湿物料比热容[kcal/(kg·℃)]；M—湿物料重量(kg)；ts—湿物料初始温度 (℃)，取室外环境温度t1；t2—室内设计温度(℃)；1kWh=860kcal。
Q3=αFK(t2–t1) ·h/1000
式中：Q3——维护结构的散热量(kW.h)；α—围护结构温差修正系数，取α=1；F—围护结构的面积(m2)；K—围护结构的传热系数[W/(㎡·K)]；K=λ/d，λ为维护结构材料的导热系数，聚氨酯λ=0.024W/m℃，d为维护结构厚度(m)；t2—室内设计温度(℃)；t1—室外环境温度(℃)；h—设计烘干时间(h)；1kW=1000W。
那么总热负荷Q=Q1+Q3，机组选型则为Q/h，h为烘干时间。
物料脱水量匹配机组除湿能力
在实际操作中，经销商很少会详细计算系统的热负荷来进行机组选型，通常采用另一种方法，即根据物料的脱水量和机组每小时的除湿能力来计算机组的配比。采用这种方法需要长期的测试和经验积累，掌握物料的最佳烘干温度曲线及所需要脱水的时间，再结合设备在相应的温度范围的除湿能力进行选型。
在保温良好的前提下，选择机组的步骤为：每批次需烘干待干燥物品的重量?设A；物品的脱水率多少?设B；计算总共需要的脱水量：A·B；计划几个小时干燥完毕?设C；计算小时脱水量：A·B/C；查询机组型号参数，选择合适的机型和数量，要考虑温度和适当的余量，必须建立在对设备在各种工作环境下的干燥能力。
要注意的是，还需要根据物料烘干的温度和物料自身出水的快慢来进行核算，比如烘干的物料出水较慢，需要20小时且客户以前用时也是20小时左右，温度50℃，那就按800/20=40斤，选择一台每小时除湿量21KG的6P机就完全能搞定了。
而如果出水很快，8小时就可以完成出水，而且这种物料还不能焐，那就按800/8=100斤，那就得加大配置，用到12P，每小时除湿量50KG。考虑到环境温度对热泵主机能效的影响和烘房本身的散热以及库体的漏热，实际配置应该为计算结果的1.1到1.2倍，如果在北方地区或气温超低的情况下，这一数值甚至更大。
不同的物料，本身初始含水率千差万别，其烘干成品的干燥度也存在很大差异，即使是同一种产品，收获时间不一样、生长环境不一样，其初始含水率也不一样，不同的客户，烘干要求也不尽相同，因此脱水量的数值也会相应变化，需要根据物料本身实际和客户要求，通过合理计算来进行系统设计和机组选型。
版权：本文原载于《热泵市场》杂志8月刊，四川绵阳王华、广州科宇能源朱健文和广东威而信陈启文均有本文有较大贡献，特此致谢。