Термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки
Представлены результаты термодинамического анализа эффективности работы теплонасосных сушилок древесины с полной рециркуляцией сушильного агента в периоде падающей скорости сушки. Получены значения удельных затрат энергии на испарение влаги для всего сушильного процесса. Наведено результати термодин...
Saved in:
| Published in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60264 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки / М.К. Безродный, Д.С. Кутра // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 19-29. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859714649190039552 |
|---|---|
| author | Безродный, М.К. Кутра, Д.С. |
| author_facet | Безродный, М.К. Кутра, Д.С. |
| citation_txt | Термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки / М.К. Безродный, Д.С. Кутра // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 19-29. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Представлены результаты термодинамического анализа эффективности работы теплонасосных сушилок древесины с полной рециркуляцией сушильного агента в периоде падающей скорости сушки. Получены значения удельных затрат энергии на испарение влаги для всего сушильного процесса.
Наведено результати термодинамічного аналізу ефективності роботи теплонасосних сушарок деревини з повною рециркуляцією сушильного агенту в періоді падаючої швидкості сушіння. Отримані значення питомих затрат енергії на випаровування вологи для всього сушильного процесу.
The results of thermodynamic analysis of heat pump dryers of wood performance with full recirculation of drying agent in the period of dropping drying rate are presented. The values of specific energy consumption for evaporation of moisture for all drying process are gained.
|
| first_indexed | 2025-12-01T07:01:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 19
а – коэффициент байпасирования;
с – удельная теплоемкость, кДж/(кг °С);
d – влагосодержание, кгвл/кгсв;
e – затраты на испарение влаги, кДж/кгвл;
j – интенсивность испарения, кгвл/час;
r – удельная теплота испарения, кДж/кгвл;
t – температура, °С;
L – мощность, Вт;
Q – тепловой поток, Вт;
V – объемный расход, м3/с;
W – влажность древесины;
η – коэффициент использования энергии;
ρ – плотность, кг/м3;
τ – время, час;
φ – относительная влажность;
КИЭ – коэффициент использования энергии;
СА – сушильный агент;
СК – сушильная камера;
СУ – сушильная установка;
ТН – тепловой насос;
ТНСУ – теплонасосная сушилка.
Индексы:
б – байпас;
вл – влага;
и – испарение;
к – конденсация;
м – мокрый термометр;
общ – общий;
рец – рециркуляция;
ск – сушильная камера;
см – смесь;
св – сухой воздух;
су – сушильная установка;
тн – тепловой насос.
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
УДК 621.577
Безродный М.К., Кутра Д.С.
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ ТЕПЛОНАСОСНЫХ СУШИЛОК
ДРЕВЕСИНЫ В ПЕРИОДЕ ПАДАЮЩЕЙ СКОРОСТИ СУШКИ
Представлены результаты тер-
модинамического анализа эффек-
тивности работы теплонасосных су-
шилок древесины с полной рецир-
куляцией сушильного агента в пе-
риоде падающей скорости сушки.
Получены значения удельных зат-
рат энергии на испарение влаги для
всего сушильного процесса.
Наведено результати термоди-
намічного аналізу ефективності ро-
боти теплонасосних сушарок дере-
вини з повною рециркуляцією су-
шильного агенту в періоді падаючої
швидкості сушіння. Отримані зна-
чення питомих затрат енергії на ви-
паровування вологи для всього су-
шильного процесу.
The results of thermodynamic
analysis of heat pump dryers of wood
performance with full recirculation of
drying agent in the period of dropping
drying rate are presented. The values
of specific energy consumption for
evaporation of moisture for all drying
process are gained.
Введение
Мировые тенденции на рынке топливно-
энергетических ресурсов вынуждают челове-
чество обращать внимание на возможности и
перспективы использования различного рода
ресурсосберегающих технологий не только для
нужд гражданского теплообеспечения, но и для
промышленных теплотехнологических процес-
сов. К наиболее энергоёмким процессам про-
мышленности можно отнести процессы сушки,
в частности, сушки древесины, которая являет-
ся одним из основных материалов строитель-
ной индустрии. Использование теплонасосных
технологий в деревообрабатывающей отрас-
ли позволяет не только создавать рациональ-
ные схемы сушки и утилизировать вторичные
энергоресурсы, а и приводит к значительному
повышению энергоэффективности самого про-
цесса сушки, что непосредственно связано с
экономией энергии.
Несмотря на очевидную энергоэкономи-
ческую перспективу использования тепловых
насосов (ТН) в процессах сушки древесины, в
литературе отсутствуют аналитические зави-
симости и методики, позволяющие объективно
оценить уровень эффективности применения
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №620
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
теплонасосных технологий в зависимости от
различных схемных решений теплонасосных
сушильных установок (ТНСУ), технологиче-
ских условий процесса сушки, параметров ра-
боты самого теплового насоса.
В работах [1 – 3] авторами проведен срав-
нительный анализ термодинамической эффек-
тивности работы теплонасосных сушильных
систем низкотемпературной сушки древесины
с полной рециркуляцией отработанного су-
шильного агента (СА) и байпасированием теп-
лового насоса для широкого диапазона изме-
нения технологических параметров процесса
при постоянных параметрах работы теплового
насоса. Анализ произведен для периода посто-
янной скорости сушки древесины, продолжи-
тельность которого обуславливается совокуп-
ностью множества факторов, определяемых
технологией сушки. Стоит отметить, что при
низкотемпературной сушке древесины боль-
шинства сортаментов продолжительность пер-
вого периода сушки является преобладающей,
однако эффективность работы теплонасосных
сушильных систем во втором периоде (перио-
де падающей скорости сушки) требует, по мне-
нию авторов, дополнительного исследования,
так как имеет ряд особенностей.
Ниже приведен термодинамический анализ
эффективности работы теоретических ТНСУ
с полной рециркуляцией сушильного агента с
ТН, работающим по циклу Карно в периоде па-
дающей скорости сушки.
1. Постановка задачи и ее решение
1.1. Общие сведения
При сушке пиломатериалов применяются
режимы с повышающейся по ходу процесса
жесткостью. В начальной стадии при опреде-
ленной заданной температуре поддерживается
высокая степень насыщенности СА, затем при
снижении влажности древесины температура
повышается, а относительная влажность воз-
духа уменьшается. Такой характер изменения
параметров сушильного агента при сушке об-
условлен особенностями развития в древесине
внутренних напряжений и требованием сохра-
нения целостности высушиваемых досок или
заготовок.
Режимы низкотемпературной сушки лист-
венных пиломатериалов предусматривают трех-
ступенчатое (в отдельных случаях многосту-
пенчатое) изменение параметров сушильного
агента при переходной влажности древесины
30 и 20 % (35 и 25 % для хвойных соответствен-
но). Первый период сушки (период постоянной
скорости) имеет место при начальной влажно-
сти древесины WH > 30 % и характеризирует-
ся относительно постоянной интенсивностью
испарения влаги из материала. Второй период
(период падающей скорости сушки) имеет ме-
сто в интервале влажности древесины от пре-
дела гигроскопичности WПГ = 35...30 % до ко-
нечной влажности WК (как правило, для мате-
риалов мебельного производства WК = 12...8 %).
Продолжительность сушки пиломатериа-
лов от WH до WК может быть определена как [4]
τ = 65S2lg[(WH – WP)/(WK – WP)]/(a'106), (1)
где τ – продолжительность сушки, час; S – тол-
щина пиломатериала, см; a' – коэффициент вла-
гопроводности, см2/с; WР – равновесная влаж-
ность древесины, %.
Коэффициент влагопроводности материа-
ла зависит от его температуры и с достаточной
точностью может быть определен как [5]
a' = 109,36lg(tмат + 273)- b10-6, (2)
где tмат – температура материала, °С; b – ко-
эффициент, зависящий от породы материала
(b = 22,6 – сосна; b = 22,79 – береза; b = 23,97 –
бук; b = 23,13 – дуб).
Равновесная влажность древесины зависит
от технологических параметров сушильного
процесса (tсм, φсм) и может быть определена по
следующему соотношению [5]
WP = 10,6φсм (3,27 – 0,015tсм). (3)
Таким образом, зная породу пиломатериала
и технологические параметры сушильного про-
цесса можно определить продолжительность
сушки древесины при известных WН и WК.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 21
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
Как отмечалось выше, первый период суш-
ки древесины характеризируется относительно
постоянной скоростью испарения влаги из ма-
териала, поэтому тепловой поток, расходуемый
на испарение в периоде постоянной скорости
сушки является величиной неизменной, и, как
показано в работах [1 – 3], может быть опреде-
лен как
Qu = VсмρсмΔdскr(tм), (4)
где Δdск – приращение влагосодержания СА при
прохождении штабеля древесины, зависящее
от технологического перепада температуры
СА tск в сушильной камере, являющееся в пер-
вом периоде величиной постоянной.
Температурный перепад сушильного агента
при прохождении камеры tск = tсм – t2, зависит
от рода древесины, регламентируется техноло-
гией [6], и составляет:
- для хвойных пород tск = 2...3 °С;
- для березы, бука tск = 1,5...2,5 °С;
- для дуба, лиственницы tск = 1...1,5 °С.
Во втором периоде сушки пиломатериала
интенсивность испарения влаги из материала
уменьшается с течением времени и поэтому
в общем случае расходуемый тепловой поток
является функцией не только технологических
параметров, но и текущего значения времени
Qu = VсмρсмΔdск (τтек)r(τтек). (5)
Приращение влагосодержания при прохож-
дении штабеля материала во втором периоде
сушки может быть определено как
Δdск (τтек) = Δtск (τтек)(0,4 + 0,00074dсм), (6)
где dсм – влагосодержание СА на входе в шта-
бель, гвл/кгсв.
Температурный перепад СА при прохожде-
нии камеры в зависимости от текущего значе-
ния времени во втором периоде сушки может
быть определен как
Δtск (τтек) = tск [(Wтек – WP)/(WH – WP)], (7)
где текущее значение влажности древесины
Wтек может быть определено из (1) при кон-
кретном значении τтек, известных технологи-
ческих параметрах сушки, определяющих зна-
чение равновесной влажности (3) и начальной
влажности
Wтек = WP + (WН – WP)/10(τтека'106/(65S2). (8)
В периоде падающей скорости сушки с по-
нижением влажности древесины возрастает
прочность связи гигроскопической межмицел-
лярной влаги с мицеллами и тем больше рас-
ходуется дополнительно теплоты на отрыв мо-
лекул воды от вещества древесины. Поэтому
в статью расхода теплоты на испарение влаги
r(tм) необходимо добавлять дифференциаль-
ную теплоту набухания гигроскопического ве-
щества (кДж/кгвл), величина которой зависит от
текущей влажности древесины Wтек = f(τ) [7]
rд = 2501/(Wтек +1,7) – 20. (9)
Таким образом, удельная теплота испаре-
ния влаги из материала во втором периоде суш-
ки будет определяться в зависимости от време-
ни как
r(τтек) = r(τм) + rд (τтек). (10)
1.2. ТНСУ с полной рециркуляцией
сушильного агента
Рассмотрим пример реализации сушильно-
го процесса в теплонасосной установке с пол-
ной рециркуляцией сушильного агента (рис. 1).
Подробное описание схемы такой установ-
ки приведено в работах [1, 2]. Там же изложе-
на методика и произведен анализ термодина-
мической эффективности работы ТНСУ дан-
ного схемного решения в первом периоде суш-
ки древесины, который характеризируется по-
стоянной интенсивностью испарения влаги из
материала.
Во втором периоде сушки, исходными дан-
ными для анализа являются значения началь-
ной и конечной влажности древесины (WН , WК)
и технологических параметров сушильного
агента (tсм, φсм) на всех стадиях периода.
Анализу подлежат временны́е зависимости
изменения влажности древесины, а также па-
техн
техн
техн
техн
техн
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №622
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
раметров сушильного агента в узловых точках
схемы в течение всего периода процесса суш-
ки. Конкретной целью является получение вре-
менной характеристики эффективности рабо-
ты сушильной установки, в качестве которой
принят коэффициент использования внешней
энергии на испарение влаги (КИЭ), который
во втором периоде сушки в общем случае бу-
дет иметь вид
ηсу(τ) = Qu(τ)/Lтн(τ). (11)
Важной задачей является определение тем-
пературы t'2 на выходе из внешнего охладителя,
которая зависит как от технологических пара-
метров, параметров работы теплового насоса
так и от времени. Данная задача решается ме-
тодом составления энергетического баланса
внешнего охладителя и в конечном итоге выра-
жение для определения t'2 принимает вид
t'2 (τ) = t2 (τ) – (cсв + cndсм)(tсм – tu)/[COP(cсв + cnd'2 (τ))].
(12)
Как видно из (6) и (7), величины, входящие
в (12) t2(τ) и d'2 (τ) = d2 зависят от текущего зна-
чения времени второго периода сушки, поэто-
му и t'2 = f(τ).
Температуру сушильного агента на выхо-
де из испарителя теплового насоса tu в дан-
ном случае можно определить из формулы ап-
проксимации (13) или по h-d – диаграмме, как
функцию технологических параметров du =
= dсм(tсм; φсм)
tu = ln(226,2du)/0,0596. (13)
С учетом (5), а также соотношений, при-
веденных в работах [1, 2] для Lтн и СОР, выра-
жение для определения коэффициента ис-
пользования внешней энергии на испарение
влаги (11) во втором периоде сушки древесины
можно представить в следующем виде
ηсу(τ) = r(τ)Δdск(τ)(СОР – 1)/[cсв(t'2(τ) – tu) +
+ rΔdск(τ) + cn(d'2(τ)t'2(τ) – dutu)]. (14)
1.3. ТНСУ с полной рециркуляцией
сушильного агента и байпасированием
теплового насоса
На рис. 2 представлена принципиальная
схема установки с полной рециркуляцией от-
работанного сушильного агента и частичным
Рис. 1. Схема теплонасосной сушильной установки с полной
рециркуляцией сушильного агента.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 23
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
байпасированием теплового насоса.
Подробное описание такой схемы установ-
ки приведено в работах [1, 3]. В этих работах
изложена методика и произведен анализ термо-
динамической эффективности работы ТНСУ
данного схемного решения в первом периоде
сушки древесины.
Основные аспекты протекания процесса
сушки в периоде падающей скорости и опре-
деления параметров сушильного агента в этом
периоде, описанные в пункте 1.1, правомерны
также и для рассматриваемой схемы.
Основным отличием данной схемы являет-
ся осуществление частичного байпасирования
теплового насоса, величина которого характе-
ризируется коэффициентом байпасирования и
может быть выражена следующим образом
a = Vбρ2/V2ρ2. (15)
Тогда, расход сушильного агента через те-
пловой насос может быть определен как
Vрец = V2·(1 – а). (16)
Выражение для температуры сушильного
агента на выходе из теплового насоса может
быть определено из теплового баланса камеры
смешения и будет иметь вид
tтн(τ) = [tсм – а·t2(τ)]/(1 – а). (17)
Как видно из (17), температура СА на вы-
ходе из теплового насоса зависит от текущего
значения времени во втором периоде сушки.
Выражение для влагосодержания сушиль-
ного агента на выходе из теплового насоса
можно определить из материального баланса
камеры смешения в зависимости от времени
как
dтн(τ) = [dсм – а·d2(τ)]/(1 – а). (18)
Температура отработанного СА на выхо-
де из внешнего охладителя t'2, как и в преды-
дущем случае, определяется из теплового ба-
ланса внешнего охладителя (рис. 2)
t'2 (τ) = t2 (τ) – (cсв + cndтн)(tтн – tu)/[COP(cсв + cnd'2 (τ))].
(19)
Температуру сушильного агента на выхо-
де из испарителя теплового насоса tu в данном
случае можно определить из формулы аппрок-
Рис. 2. Схема теплонасосной сушильной установки с полной рециркуляцией сушильного
агента и байпасированием теплового насоса.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №624
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
симации (20) как функцию du = dтн(τ). Одна-
ко при реализации рассматриваемой схемы
ТНСУ данная величина не постоянна с тече-
нием времени второго периода сушки и опре-
деляется соотношением
tu = ln(226,2du)/0,0596. (20)
С учетом (5), а также соотношений, при-
веденных в работах [1, 3] для Lтн и СОР, вы-
ражение для определения коэффициента ис-
пользования внешней энергии на испарение
влаги (11) во втором периоде сушки древеси-
ны можно представить в следующем виде
ηсу(τ) = r(τ)Δdск(τ)(СОР(τ) – 1)/[cсв(t'2(τ) – tu (τ)) +
+ rΔdск(τ) + cn(d'2(τ)t'2(τ) – du (τ)tu (τ))]·(1 – а)-1.
(21)
2. Анализ полученных результатов
Приведенная методика анализа эффектив-
ности работы полнорециркуляционных тепло-
насосных сушилок позволяет произвести чис-
ленную оценку изменения во времени ключе-
вых параметров работы такого рода установок.
В качестве исходных данных к анализу были
выбраны технологические параметры процес-
са низкотемпературной сушки дуба по мягко-
му режиму от начальной влажности WH = 80 %
до конечной WH = 10 % с изменением режим-
ных параметров при переходных влажностях
Wn1 = 35 % и Wn2 = 20 %. Толщина пилома-
териала S = 5 см. В соответствии с [4] техно-
логические параметры сушки в отдельных
периодах равны значениям:
– WДР = 80...35 % – tсм = 47 °С, φсм = 0,9;
– WДР = 35...20 % – tсм = 50 °С, φсм = 0,75;
– WДР = 20...10 % – tсм = 62 °С, φсм = 0,36;
2.1. ТНСУ с полной рециркуляцией
сушильного агента
На рис. 3, в соответствии с уравнениями
(1) – (3), изображен характер изменения влаж-
ности древесины дуба во всем периоде сушки
пиломатериала. Как видно из иллюстрации,
для принятых условий первый период сушки
составляет примерно 1/3 времени от периода
всей сушильной кампании.
Уравнение (14), позволяет построить гра-
фик изменения коэффициента использования
внешней энергии на испарение влаги из ма-
териала во всем временном диапазоне су-
шильного процесса (рис. 4).
Как видно из иллюстрации, наибольшее
значение КИЭ наблюдается в первом периоде
сушки пиломатериала, что связано с низким
регламентируемым температурным уровнем
технологического процесса именно в первом
периоде по отношению к периоду падающей
скорости сушки, высоким влагосодержанием
сушильного агента и интенсивностью испаре-
ния влаги из материала, а соответственно боль-
шей способностью извлекать скрытую тепло-
ту парообразования из отработанного СА.
Во втором периоде сушки интенсивность
испарения влаги из материала с течением вре-
мени уменьшается, при этом повышается тем-
пературный уровень процесса с уменьшением
влагосодержания СА. Совокупность этих фак-
торов приводит к существенному снижению
эффективности работы установки и на послед-
ней ступени сушильного процесса значение
коэффициента использования энергии в диапа-
зоне WДР = 20...10 %, ηсу < 1.
Однако эффективность работы ТНСУ во
всем периоде процесса конвективной сушки
определяется среднеинтегральным значением
коэффициента использования внешней энер-
гии на испарение влаги, который может быть
представлен как
0
cy cy
0 0
1 ( )
τ
η = η τ
τ ∫ d , (22)
где τ0 – продолжительность всего процесса
сушки, час.
Для принятых нами исходных параметров
технологического процесса сушки дуба средне-
интегральное значение КИЭ всего сушильного
процесса составляет 4,81. Стоит отметить, что,
несмотря на низкую эффективность работы
ТНСУ на последней стадии сушки, высокое
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 25
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
Рис. 3. Изменение влажности дубового пиломатериала при сушке во времени.
Рис. 4. Характер изменения КИЭ для ТНСУ с полной рециркуляцией сушильного агента.
значения КИЭ в первом периоде обеспечивает
относительно высокую термодинамическую
эффективность всего сушильного процесса.
2.2. ТНСУ с полной рециркуляцией
сушильного агента и байпасированием
теплового насоса
Численный анализ, произведенный по из-
ложенной для ТНСУ с полной рециркуляцией
и частичным байпасированием ТН методике
позволяет оценить изменение предельного зна-
чения коэффициента использования внешней
энергии на испарение влаги во времени (рис. 5).
Как видно из иллюстрации, применение ча-
стичного байпасирования теплового насоса по-
зволяет существенно повысить эффективность
работы ТНСУ именно во втором периоде сушки
пиломатериала. При этом величина изменения
КИЭ в рамках периодов с течением времени яв-
ляется несущественной вследствие реализации
оптимального байпасирования ТН.
Значение среднеинтегральной величины
коэффициента использования внешней энер-
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №626
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
гии на испарение влаги для второго периода
сушки при работе установки данного схемно-
го решения, полученное с помощью уравнения
(22), составляет 4,18, что в 3,1 раза выше, чем
для установки без байпасирования. При этом
среднеинтегральный показатель эффективно-
сти для всего сушильного процесса составляет
6,65, что на 38 % выше за аналогичный пока-
затель для полнорециркуляционной ТНСУ без
байпасирования.
3. Затраты энергии на сушку
Полученные временные характеристики
эффективности работы теплонасосных суши-
лок не отражают полные затраты энергии за
цикл, вследствие изменения интенсивности ис-
парения влаги из материала на различных ста-
диях цикла.
В связи с этим, для характеристики общей
эффективности работы рассматриваемых те-
плонасосных сушильных систем определим
общие затраты энергии на сушку за весь цикл,
рассчитанные на 1 кг сухого материала и харак-
теризируемые следующим соотношением
3
,
1 0
( ) ( )
τ=
=
= τ τ τ∑∫
ii
i i
i
l j e d , (23)
где i =1, 2, 3 – соответствующие периоды суш-
ки; jвл,і(τ) = dW(τ)/dτ – интенсивность испаре-
ния влаги из материала в различных периодах
сушки, рассчитанная на 1 кг сухого материала,
кгвл/(кгс.м.·час); еі(τ) = r(τ)/ηсу(τ) – затраты энер-
гии на испарение 1 кг влаги в соответствующих
периодах сушки, кДж/ (кгс.м.·час); τі – продол-
жительность отдельных периодов сушки, час.
С учетом изменения технологических па-
раметров сушки по периодам, а также уравне-
ния (8) для определения текущей влажности
древесины, зависимость интенсивности испа-
рения влаги jвл от времени в различных перио-
дах сушки имеют следующий вид (рис. 6).
Как видно из иллюстрации, наибольшая
интенсивность испарения влаги наблюдается
в первом периоде сушки древесины и является
неизменной величиной. На протяжении полу-
периодов второго периода сушки jвл экспонен-
циально уменьшается. При этом повышение
интенсивности испарения влаги на начальной
стадии второго полупериода может быть свя-
занно со значительным снижением степени
насыщенности сушильного агента согласно
технологическим рекомендациям [4]. Стоит
также отметить, что представленный характер
изменения интенсивности испарения влаги ха-
рактерен для обеих рассматриваемых схем те-
плонасосных сушилок, ибо зависит только от
технологических параметров тепловлаго-обра-
Рис. 5. Изменение коэффициента КИЭ для ТНСУ с полной рециркуляцией
сушильного агента и байпасированием теплового насоса.
вл
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 27
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
ботки древесины.
На рис. 7 представлена зависимость изме-
нения во времени удельных затрат энергии на
испарение влаги для рассматриваемых схем
сушильных установок, полученная в соответ-
ствии с соотношением [1]
e(τ) = r(τ)/ηcy(τ), (24)
где r(τ) – теплота парообразования в соответ-
ствии с (10), а ηcy(τ) – КИЭ в соответствии с
(14) и (21).
Как видно из рис. 7, а, при работе ТНСУ с
полной рециркуляцией сушильного агента, зна-
чение удельных затрат энергии на испарение
влаги существенно увеличивается в послед-
нем периоде сушки древесины, что связанно со
значительным снижением термодинамической
эффективности работы такой системы в этом
полупериоде (рис. 4).
Для ТНСУ с полной рециркуляцией и бай-
пасированием СА (рис. 7, б) значение удель-
ных затрат энергии на испарение влаги во вто-
ром периоде сушки существенно ниже чем для
предыдущей схемы ТНСУ вследствие повыше-
ния значения КИЭ на конечном этапе сушки за
счет оптимального байпасирования теплового
насоса.
Рис. 6. Зависимость интенсивности испарения влаги во временном интервале
сушильного процесса.
После определения по уравнению (23) за-
трат энергии в каждом из периодов сушки с
учетом графиков для jвл и е, общие затраты
энергии на испарение влаги, рассчитанные на
1 кг сухого материала за цикл, определяются
как сумма затрат по периодам
lобщ = lI + lII(1) + lII(2). (25)
Общие затраты энергии на испарение 1 кг
влаги за цикл
eобщ = lобщ/gвл = lобщ/(WH – WK) (26)
где gвл = (WH – WK) содержание влаги на 1 кг
сухого материала.
Расчеты показывают, что для схемы ТНСУ
с полной рециркуляцией при принятых пара-
метрах сушки, величина eобщ1 = 2611,9 кДж/кгвл,
а для схемы ТНСУ с полной рециркуляцией
и байпасированием теплового насоса – eобщ2=
= 401,2 кДж/кгвл.
Исходя из вышеизложенного, можно сде-
лать вывод о том, что применение схемы без
байпасирования является неэффективным из-
за больших затрат энергии на испарение вла-
ги, особенно во втором полупериоде второго
периода сушки. Эффективность работы схемы
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №628
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
б)
Рис. 7. Зависимость удельных затрат энергии на испарение влаги
во временном интервале сушильного процесса.
а)
ТНСУ с байпасированием мало отличается от
ее эффективности в периоде постоянной ско-
рости сушки, данные по которой приведены в
работе [1].
В связи с этим, для практического эксплу-
атации может бить рекомендована только схе-
ма теплонасосной сушилки древесины с пол-
ной рециркуляцией отработанного сушильного
агента и частичным байпасированием теплово-
го насоса.
Выводы
1. Эффективность работы теплонасосных
сушильных установок в периоде падающей
скорости сушки существенно снижается по
сравнению с первым периодом вследствие по-
степенного уменьшения количества испаряе-
мой влаги, повышения температурного уровня
технологического процесса и снижения отно-
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 29
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА СУШКИ
сительной влажности сушильного агента.
2. Применение схемы установки без бай-
пасирования является неэффективным из-за
больших затрат энергии на испарение влаги,
особенно во втором полупериоде второго пери-
ода сушки.
3. Частичное байпасирование теплово-
го насоса позволяет существенно снизить об-
щие затраты энергии на испарение 1 кг влаги
за цикл вследствие повышения эффективности
работы ТНСУ в периоде падающей скорости
сушки. Общая эффективность работы установ-
ки такого схемного решения в 6,5 раз выше по
сравнению с полнорециркуляционной установ-
кой без байпасирования ТН.
4. Полученные значения удельных затрат
энергии на испарения 1 кг влаги для всего су-
шильного процесса лишь незначительно отли-
чаются от соответствующих затрат энергии для
первого периода сушки. Это позволяет заклю-
чить, что для оценки эффективности работы те-
плонасосной сушилки с полной рециркуляцией
отработанного сушильного агента и байпаси-
рованием теплового насоса за весь сушильный
цикл могут быть использованы обширные дан-
ные, полученные в работе [1] для первого пери-
ода сушки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Безродный М.К., Кутра Д.С. Эффек-
тивность применения тепловых насосов в
установ-ках сушки древесины. – Киев: Изд.
«Політехніка», 2011. – 240 с.
2. M.K. Bezrodny, D.S. Kutra. Thermodynamic
efficiency of heat pump dryers for drying of wood
with the full recycling of the drying agent. VIII
Minsk International Seminar “Heat Pipes, Heat
Pumps, Refrigerators, Power Sources”, Minsk,
Belarus, 12-15 September, 2011. pp. 187 – 193.
3. Bezrodny М.К., Kutra D.S. Thermodynamic
efficiency of heat pump dryer for drying of wood
with full recycling and bypassing of the drying
agent. «Innovations and Technologies News»,
2011, № 3.
4. Руководящие технические материалы
по технологии камерной сушки пиломатери-
алов / ОАО «Научдревпром – ЦНИИМОД». –
Архангельск, 2000. – 125 с.
5. Шубин Г.С. Сушка и тепловая обработ-
ка древесины. – М.: Лесная промышленность,
1990. – 336 с.
6. Е.С. Богданов, В.А. Козлов, В.Б. Кун-
тыш, В.И. Мелехов. Справочник по сушке дре-
весины. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Лесная
промышленность, 1990. – 394 с.
7. Кречетов И.В. «Сушка и защита древе-
сины»: Учебник для техникумов. – М.: Лесная
промышленность, 1987 – 328 с.
Получено 13.02.2012 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60264 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T07:01:20Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Безродный, М.К. Кутра, Д.С. 2014-04-13T16:34:04Z 2014-04-13T16:34:04Z 2012 Термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки / М.К. Безродный, Д.С. Кутра // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 19-29. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60264 621.577 Представлены результаты термодинамического анализа эффективности работы теплонасосных сушилок древесины с полной рециркуляцией сушильного агента в периоде падающей скорости сушки. Получены значения удельных затрат энергии на испарение влаги для всего сушильного процесса. Наведено результати термодинамічного аналізу ефективності роботи теплонасосних сушарок деревини з повною рециркуляцією сушильного агенту в періоді падаючої швидкості сушіння. Отримані значення питомих затрат енергії на випаровування вологи для всього сушильного процесу. The results of thermodynamic analysis of heat pump dryers of wood performance with full recirculation of drying agent in the period of dropping drying rate are presented. The values of specific energy consumption for evaporation of moisture for all drying process are gained. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Теория и практика сушки Термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки Thermodynamic analysis of heat pump dryers of wood in the period of dropping drying rate Article published earlier |
| spellingShingle | Термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки Безродный, М.К. Кутра, Д.С. Теория и практика сушки |
| title | Термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки |
| title_alt | Thermodynamic analysis of heat pump dryers of wood in the period of dropping drying rate |
| title_full | Термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки |
| title_fullStr | Термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки |
| title_full_unstemmed | Термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки |
| title_short | Термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки |
| title_sort | термодинамическая эффективность работы теплонасосных сушилок древесины в периоде падающей скорости сушки |
| topic | Теория и практика сушки |
| topic_facet | Теория и практика сушки |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60264 |
| work_keys_str_mv | AT bezrodnyimk termodinamičeskaâéffektivnostʹrabotyteplonasosnyhsušilokdrevesinyvperiodepadaûŝeiskorostisuški AT kutrads termodinamičeskaâéffektivnostʹrabotyteplonasosnyhsušilokdrevesinyvperiodepadaûŝeiskorostisuški AT bezrodnyimk thermodynamicanalysisofheatpumpdryersofwoodintheperiodofdroppingdryingrate AT kutrads thermodynamicanalysisofheatpumpdryersofwoodintheperiodofdroppingdryingrate |