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                      張璧光1  寧煒2  
 （1北京林業大學材料學院  100083；2清華同方人工環境有限公司熱泵技術研發部  100083 ）
    摘  要：本文著重從木材干燥能耗的角度對常規蒸汽干燥、除濕干燥以及二者的聯合干燥進行了實驗研究，實驗表明了除濕干燥比較節能，但干燥周期長，聯合干燥雖然比除濕干燥的能耗高，但比蒸汽干燥節能約27%，干燥周期比除濕干燥縮短了近一半，與蒸汽干燥時間基本相同，由此說明了聯合干燥的優越性。
    關鍵詞：蒸汽干燥；除濕干燥；聯合干燥；木材；實驗研究
    Experimental study on energy consumption of conventional steam-Dehumidification combined drying wood
               ZHANG Bi-guang1   NING Wei2   ZHOU Yongdong3
(1 Beijing Forestry University Material Science and Technology Institute 100083；
2 Tsinghua Tongfang Artificial Environment Co. LTD. Heat Hump Technology Department 100083)
    Abstract：It studies on conventional steam drying, heat pump (dehumidification) drying and steam- heat pump combined drying, It indicates that heat pump (dehumidification) drying consumes the least, but its drying period is the longest, and that combined drying consumes more than the dehumidification drying, but less than the steam drying by 27.3 percent, and comparing with the dehumidification drying’s period, its period decreases by half, this shows the superiority of combined drying.
    Keywords: Steam drying  dehumidification drying  Combined drying  Wood  Test of energy consume

1.引言
    木材干燥是木材加工企業能耗很大的工序。傳統的干燥方法是用蒸汽為熱源的蒸汽干燥，由于干燥室換氣熱損失大，能量的利用率低，在^僅30%左右[1]。除濕干燥幾乎沒有排氣熱損失，是一種節能的干燥技術，與蒸汽干燥相比其節能率在40%左右[2]，但常規制冷工質供風溫度低、干燥周期長、生產效率低。而聯合干燥很大程度上能實現節能和提高生產率的統一，同時，聯合干燥又符合國際干燥技術的創新發展趨勢。
    本文著重從木材干燥節能的角度，對常規蒸汽干燥、除濕干燥及二者聯合干燥進行了對比實驗，實驗裝置原理見圖1。
                      
2  實驗材料與方法
2.1 實驗材料與設備
    試材為馬尾松，材積2m3，木材基本密度 0.431t/m3 ，材厚 30mm，木材初含水率50％；干燥試驗在北京林業大學干燥試驗室進行，除濕機GGS-2/1，壓縮機額定功率為N＝1.1kW，制冷量為Q0＝4.5kW，除濕風機的功率Nc=0.285kW，風機的風量Va＝2×103 m3/h，輔助加熱器的功率Nd=6kw，制冷工質 R22。蒸汽干燥系統試驗室用熱油系統來代替，熱油系統是RY–72電加熱油爐供應，油泵為YG40-125（Ⅰ）型，其額定功率為1.5kW，循環泵額定功率為2.2kW，電加熱管為12kw/380V共6個；干燥室為金屬殼體，風機布置為頂風式，功率Ns=1.1kW，共2臺。
2.2實驗方法與測試項目
    ⑴ 干燥室平均溫度Tm  干燥室內空氣的溫度用SWB型數值溫度計測量，平均每兩小時記錄一次。然后取每個干燥工藝階段記錄的干燥室溫度的平均值作該階段干燥室的Tm值。
    ⑵ 干燥室內空氣的相對濕度φ，用SWSM-2型濕度儀測定。
    ⑶ 木材含水率W  木材含水率采用ST-85型數值式木材測試儀，布置在材堆不同的位置，取每個干燥工藝段干燥結束時四個含水率測點的平均值，并且用稱重法求得的檢驗板含水率作適當的修正。
    ⑷總除濕量M0  即是干燥室內濕空氣通過除濕機降溫排出的所有水分量。它由水桶或別的容器收集定時稱重，并統計每個干燥段的總除濕量。
    ⑸ 除濕干燥能耗測試  除濕干燥的能耗用功率表測試。
    ⑹ 蒸發、冷凝壓力和蒸發、冷凝溫度  除濕機工作過程中，用高、低壓表每半個小時讀一次數，取每個除濕段的平均值。
    ⑺ 蒸發器前后的溫度和冷凝器前后的溫度  除濕機工作時，利用溫度傳感器每半個小時記一次數，取每個除濕段的平均值。
    (8)干燥室排氣量、排氣時間及排氣溫度。
3除濕干燥試驗及能耗分析
3.1除濕能耗與回收能量分析[3~5]
    馬尾松干燥過程中除濕能耗與回收能量隨木材含水率階段變化關系如圖2。除濕機回收的能耗包括：①濕空氣中水蒸汽流經蒸發器時冷凝為水而放出的汽化潛熱；②冷凝水降溫放出的熱量；③流經蒸發器的空氣放出的熱量。由圖2可以看出干燥初期除濕能耗與回收的能量相比，除濕能耗很少，到了含水率階段26%～23％時除濕能耗與回收的能量接近，進一步過次縱軸線，可以看出當含水率為23％時除濕消耗的能量與回收能量相等，木材含水率在23％以下，除濕消耗的能量就大于其回收的能量，說明在含水率23％以下除濕不合算。
                      

3.2除濕干燥總能耗分析[2\6\7]
    馬尾松除濕干燥周期為12.83天，干燥過程中單位總能耗隨木材含水率的變化關系如表1。從表中數據可看出，除濕干燥過程中，木材從含水率50%干燥到23%，每m3木材約消耗188.9kW.h的電能。平均每降低1%的含水率消耗6.99kW.h的電能。進一步從含水率23%干燥到終含水率12%，需要再消耗200.3kW.h的電能。平均每降低1%的含水率消耗18.20kW.h的電能，為干燥前期的2.6倍。
    以上數據也說明除濕干燥在后期是不經濟的。從而影響了它的推廣應用。因此除濕干燥用作預干或與其他能源聯合干燥更合適。
                      
4.蒸汽干燥試驗及能耗分析[5,6,8]
    馬尾松蒸汽干燥周期為7.04天，干燥過程中每個放出的熱干燥工藝階段能耗與排氣熱損的失如表2。
    從表2可知，蒸汽干燥每個階段排氣熱損失都是非常嚴重的，每個階段排氣熱損失的總和為546.69kW.h，干燥過程總的能耗為1205.7kW.h，可以算出排氣熱損失占干燥過程中總供給能量的546.69/1205.7=45.3％。可見蒸汽干燥排氣熱損失很大，造成能量的極大浪費。
             
5.蒸汽-除濕聯合干燥試驗及能耗分析[2、6、8]
    馬尾松聯合干燥周期為6.80天，干燥過程中的試驗記錄及整理數據如表3：從表中可以看出聯合干燥的總能耗為946.78kW.h，干燥過程中回收的總能量為136.49kW.h，占整個干燥過程中總供給能量的136.49/946.78=14.4%，整個過程中排氣熱損失為17.69kW.h，占干燥過程中總能耗的1.9％。
    由此可以看出雖然聯合干燥過程中有排氣熱損失，但占整個過程中總供能的比例很小，與蒸汽干燥相比，聯合干燥的排氣熱損失幾乎可以忽略不計，大量節約了能量。并且聯合干燥的周期比除濕干燥的周期縮短了近一半。由此可以看出聯合干燥的優點。
    國際干燥咨詢委員會主席，國際干燥界權威性雜志“Drying Technology”主編、加拿大的A.S Mujumdar教授在談到干燥技術的創新時曾指出：創新干燥設備已由單一的干燥參數（視為穩定）的粗放型，逐漸過度到由多種干燥設備、不同干燥參數（非穩定）下、多級組合而成的智能型、^型干燥。[11]
    蒸汽-除濕聯合干燥符合國際干燥技術的創新發展趨勢。因此，今后聯合干燥必將有更大的發展。
6．結束語
    熱泵（除濕）干燥是一種節能的干燥技術，但是由于用R22作工質干燥室溫度低，延長了干燥時間，降低了生產率，如果改用高溫制冷工質可明顯縮短干燥時間。而常規蒸汽干燥雖具有技術成熟、干燥周期短、適應性強等諸多優點，但能量的利用率低。聯合干燥能避其缺點，而揚其優點，因此聯合干燥是今后干燥技術發展的趨勢。
    從上面三種干燥方式的能耗分析中可以看出，除濕干燥的能耗少，但其周期長；蒸汽-除濕聯合干燥的能耗比除濕能耗高18％，但比蒸汽干燥節能27.3%，且干燥周期比除濕干燥縮短了近一半，與蒸汽干燥基本相同，由此從試驗方面說明了聯合干燥的優越性。

參考文獻
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[2] 張璧光等. 除濕干燥的節能分析. 林產工業，1995，2(6)：35～38
[3] 張璧光，李賢軍. 椴木除濕干燥能耗分析. 林產工業，2004,(2)
[4] 朱政賢主編. 木材干燥. 北京：^林業出版社，1992
[5] 張璧光主編. 熱工學. 北京：^林業出版社，1992
[6] 張璧光，趙忠信. 降低木材除濕干燥能耗初探. 木材工業，1998，12(4)：34～37
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[9] A.S.Mujumdar and  L.Passos. Drying innovation technology and trends in research and development.1999 the first Asion-Austrialia drying conference,1999，4~14