基于TRNSYS的茯砖茶烘房空气源热泵系统运行特性研究

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茯砖茶发花、干燥过程中,烘房内温湿度稳定性和能源系统低能耗是保证茯砖茶品质与生产成本的重要因素。为了响应国家节能减排的号召,实际的茯砖茶发花、干燥工艺中逐步引进空气源热泵作为能源系统对烘房的温湿度进行调控。在茯砖茶生产工艺中,研究不同空气处理方式下茯砖茶烘房空气源热泵系统的运行状态、经济性与节能环保特性,对茯砖茶生产以及系统节能减排在实际工程中的应用具有指导性意义。本文以陕西咸阳某茯砖茶厂标准化烘房的空气-空气热泵系统为研究对象。根据烘房负荷的变化特点,利用TRNSYS瞬态模拟软件对该空气源热泵系统烘房全年的温湿度稳定性进行了研究,并对夏季运行过程中系统的空气处理方式进行了优化和改进。为了改善现有系统的不足,探索不同空气处理方法的可行性,本文还提出了一种茯砖茶烘房空气源热泵热水系统,在满足烘房工艺设定温湿度的前提下,对两种空气源热泵系统在全年运行过程中的(火用)成本以及能耗与环境影响指标进行了对比研究。主要的研究工作如下所示:为了求解茯砖茶烘房的热湿负荷,建立了陕西咸阳某茯砖茶厂标准化烘房的TRNSYS负荷计算模型,研究了烘房负荷在全年运行状态下的动态变化特性。并基于烘房热湿负荷计算结果,建立了茯砖茶烘房实际使用的定风量空气-空气热泵系统的TRNSYS仿真模型。在验证模型准确性的基础上,对烘房在全年运行时温湿度动态变化规律进行了仿真研究。结果表明:在夏季,该空气源热泵系统不适用于茯砖茶烘房的生产工艺。本文采用新风除湿结合冷却除湿的除湿方案对现有系统的不足进行改进,改进后的系统烘房夏季温湿度的波动情况满足茯砖茶生产工艺要求,温湿度波动标准差分别是优化前的62.8%与66.6%,烘房温湿度稳定性有显著提升。在现有的空气处理方式的基础上,提出了一种变风量空气源热泵热水系统,并建立该系统的仿真模型,在烘房温湿度波动状况满足工艺设定要求的前提下,对比了该空气源热泵系统与空气-空气热泵系统以及该生产厂房早期使用的燃气锅炉系统的能耗仿真结果,对空气源热泵系统的节能与环保特性进行研究。本文研究的空气-空气热泵系统的年一次能源消耗量是燃气锅炉系统的49.6%,空气源热泵热水系统的年一次能源消耗量是锅炉系统的61.08%。为探究两种热泵系统在全年运行状态下的经济性,建立了两种空气源热泵机组的(火用)成本分析模型。空气-空气热泵机组的(火用)成本为6.59元/k Wh;空气源热泵热水机组的(火用)成本为5.95元/k Wh。实现同种生产工艺的前提下,空气源热泵热水机组的(火用)成本更低。
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