可切换空气循环模式的热泵干燥系统热力学与经济性分析：实现稻谷高效低碳干燥的创新路径

本文提出一种可切换空气循环模式的热泵干燥系统（HPD-SACM），通过动态调整循环模式（开环/闭环/半闭环）和循环空气比率，解决传统单一模式热泵干燥（HPD）在稻谷干燥过程中热湿不匹配（heat-humidity mismatch）和能效低下的问题。实验表明，该系统在南京稻谷干燥场景下SMER（比湿提取率）最高提升1.80 kg/kWh，动态投资回收期缩短至5.4年，为农业低碳干燥提供优化方案。

　　

Highlight

本研究突破传统热泵干燥系统（HPD）的刚性空气循环模式限制，提出可动态切换循环模式的HPD-SACM系统。通过实时响应环境温湿度与物料含水率变化，系统在干燥初期采用半闭环模式（semi-closed-loop），后期切换至闭环模式（closed-loop），并优化循环空气比率至1.0，实现热湿精准匹配（heat-humidity matching）。

性能分析

• 环境敏感性：环境相对湿度升高会延迟模式切换时间节点，且高温下延迟效应更显著。

• 能效峰值：当循环空气比率提升至1时，系统SMER达到峰值（较额定比率0.9提升0.29 kg/kWh），此时冷凝器余热利用率最大化。

经济性结论

HPD-SACM系统展现出显著经济优势：动态投资回收期（5.4年）较半闭环和开环模式分别缩短0.4年与5.4年，且SMER在南京案例中最高提升1.80 kg/kWh。这种"模式切换+参数自适应"策略为干燥工业的低碳转型提供了可复用的技术路径。

Conclusion

HPD-SACM系统通过智能切换循环模式与动态调节参数，解决了传统HPD在变工况下的热湿失衡难题，兼具高热力学性能（COP达5.55）与经济效益，为农业加工领域的能效革命树立了新标杆。