熱泵干衣機仿真與優化

張春路 楊 亮 曾潮運

(同濟大學機械與能源工程學院 制冷與低溫工程研究所 上海 201804)

熱泵干衣機仿真與優化

張春路 楊 亮 曾潮運

(同濟大學機械與能源工程學院 制冷與低溫工程研究所 上海 201804)

本文建立了熱泵干衣機數學模型，包括穩態的熱泵系統模型和動態的衣物干燥過程熱質交換模型。利用模型仿真研究了各部件大小的匹配關系對單位能耗除濕量SMER和干燥時間的影響，并對重要的系統參數如循環風量、新風比例和制冷劑充注量進行了優化研究。將模型結果與實驗結果進行了對比，干衣時間的誤差小于3 min，耗電量的誤差為-2.3%。結果表明，循環風量180 m3/h、新風比例9%～10%時SMER最大；在冷凝溫度限值之內，增加充注量有利于SMER的提高。研究結果可供熱泵干衣機設計參考。

熱泵；干衣機；干燥；仿真；優化

干衣機利用電加熱或者熱泵技術使衣物中的水分即時蒸發，由于干衣快速且不受天氣條件限制，在現代生活中需求越來越廣泛。傳統電加熱式干衣機雖然克服了衣物自然干燥的部分缺點，但仍存在能耗大、吹過衣物的潮濕空氣直接排入房間造成濕污染等問題。相比之下，熱泵干衣機節能且為低溫烘干，多數面料均可使用，是干衣機今后主要的發展方向。

圖1所示為熱泵干衣機的工作原理圖。熱泵干衣機由熱泵系統和干燥系統組成。熱泵系統采用制冷劑循環系統，由壓縮機、冷凝器、節流元件、蒸發器組成。干燥系統采用空氣循環系統，由冷凝器出來的高溫低濕空氣進入干衣筒，與衣物進行熱質交換，然后變成低溫高濕的空氣進入蒸發器降溫除濕后變成含濕量很低的低溫空氣，最后通過冷凝器加熱升溫變成具有較強吸濕能力的高溫干燥空氣，從而完成一個空氣循環。

圖1 熱泵干衣機工作原理Fig.1 Schematic of heat pump clothes dryer

由于熱泵干衣機是個復雜的耦合系統，存在兩個閉合循環：制冷循環和空氣循環，仿真方法研究難度較大。迄今對熱泵干衣機的研究主要集中在實驗研究[1-2]和理論分析[3-4]。涉及的仿真研究，只對熱泵系統建立傳統的穩態仿真模型，而將衣物模型簡化處理，如假設干燥速率恒定[5-6](干衣過程沿等濕球線進行)，并將干衣筒進、出口干球溫度和含濕量的變化關系定義為干衣效率，見式(1)；或者假定干燥過程為等焓過程，并給定空氣出筒的相對濕度，以避免建立復雜的動態熱質交換模型。

(1)

式中：ηdry為干衣效率，通常約為0.75；Tin和Tout為干衣筒進、出口的空氣溫度，℃；Tsat為空氣等濕球線與飽和線的交點溫度，℃；Win和Wout為干衣筒進、出口的空氣含濕量，kg/kg干空氣。

另一方面，不論電加熱式還是熱泵式，衣物的干燥大致分為三個過程[7]：1)衣物和干衣筒的升溫過程；2)衣物的穩定干燥過程，此時出筒空氣基本飽和，衣物溫度基本恒定；3)降速干燥過程，此時空氣出筒相對濕度不斷下降，衣物溫度會持續上升直至干衣過程結束，所以真實干燥過程不是等焓過程，干燥速率也不恒定。以往對熱泵干衣機的分析和系統設計僅針對穩定干燥過程，而忽略衣物升溫過程和降速干燥過程。實際上這兩個過程所需時間占到了干衣過程的40%～50%。如果不建立衣物動態熱質交換模型，并將其與熱泵系統模型結合，將無法預測系統干衣時間、能耗等主要經濟性指標。

本文以熱泵干衣機系統建模和系統分析優化為主要目標，將熱泵系統穩態模型和衣物熱質交換動態模型相結合，模擬了衣物干燥的全過程，并進行了實驗驗證。利用驗證后的模型，對熱泵干衣系統進行了部件大小匹配研究和系統重要參數的優化，為干衣機設計與優化提供了參考。

1 熱泵干衣機系統建模

1.1 熱泵系統建模

圖2所示為在GREATLAB制冷空調系統通用仿真平臺上建立的熱泵干衣機系統模型[8]。熱泵系統的冷凝器和蒸發器采用翅片管換熱器，節流元件為毛細管，制冷工質為R134a。熱泵系統的具體數學模型參見[9-10]，這里不再累述。

由能量守恒定律知：冷凝器釋放給空氣的熱量大于蒸發器從空氣中吸收的熱量，系統中空氣閉合循環不可能處于穩定狀態，否則衣物溫度會一直升高，直至系統因排氣壓力過高而無法運行。通常有幾種系統布置方式來保持空氣循環的穩定[11]：引入一定比例的新風、主冷凝器后串聯輔助冷凝器、蒸發器前增加空氣與室內空氣輔助冷卻器、旁通一部分空氣不經過蒸發器等方式，或者幾種方式聯合起來應用[12]。本文研究的樣機(如圖2所示，圖中的數字是GREATLAB[8]仿真模型中部件與流體節點的編號)采用了兩種方式來帶走多余的熱量：引入8%左右的新風量，并在主冷凝器出口處設置了一個輔助冷凝器和輔助風機來保持空氣循環的穩定。輔助冷凝器進風為室內環境溫度，經過輔助冷凝器、輔助冷凝風機、吹向壓縮機殼體后從后背板孔流出。

圖2 GREATLAB建立的熱泵干衣機系統模型Fig.2 System model of a heat pump clothes dryer in GREATLAB

本文建立的熱泵系統與常規熱泵空調系統不同的是：當冷凝器出口溫度大于某設定值(排氣壓力過高)時，會開啟輔助風機以降低排氣壓力；當冷凝器出口溫度低于另一設定值，輔助風機會關閉。建模時為了保證系統的統一性：輔助風機開啟時，輸入正常風量值；輔助風機關閉時，輸入一個趨近于0的風量值，而并不在模型中簡單刪除輔助冷凝器和輔助風機。這是因為即使輔助風機關停，輔助冷凝器仍然有自然對流和制冷劑液體儲存的作用。

1.2 衣物動態熱質交換模型

出于過程仿真與優化的需要，衣物干燥模型不能過于復雜，本文建立衣物與濕空氣之間的動態傳熱傳質模型假設如下：

1)干燥過程中，紡織衣物隨滾筒不斷轉動，假設衣物的溫度、衣物的含水量和衣物比熱在空間上的分布均勻一致；

2)假設干燥過程時間步長Δt內，滾筒的溫度、衣物的溫度、衣物內水分的溫度均勻一致、衣物表面飽和空氣層的含濕量均勻一致；

3)干燥衣物過程中，衣物表面空氣的對流傳熱系數和傳質系數為常數；

4)使用活性系數來表征衣物表面空氣層內水蒸氣的飽和程度。

下面簡述衣物干燥過程的數學模型。干燥過程中，空氣出口溫度降低、含濕量增加，衣物水分蒸發速率由式(2)計算[13]。

(2)

式中：mevap為單位時間內衣物水分蒸發量，kg/s；k為衣物表面傳質系數，kg/(m2·s)；Aclo為衣物有效表面積，m2；ρv為衣物表面飽和水蒸汽的密度，kg/m3；Wclo為衣物表面飽和空氣的含濕量，kg/kg干空氣；Win和Wout分別為進、出口空氣含濕量，kg/kg干空氣；a為紡織衣物的活性系數，其定義見式(3)[14]。

(3)

式中：β、γ、δ為與紡織品材料有關的常數；X為衣物內水分占衣物干重的比例。對全棉衣物來說，β=18，γ=30，δ=2[14]。

由質量守恒方程知，干衣筒內空氣含濕量的增加量與衣物水分的蒸發量相等。

mevap=ma(Wout-Win)

(4)

式中：ma為干空氣的質量流量，kg/s。

衣物干燥過程的能量平衡示意圖如圖3所示。干燥過程中，空氣與衣物發生熱量交換，部分熱量Qload被衣物和滾筒吸收，用于加熱衣物和滾筒；部分散入環境中的熱量為Qloss，同時空氣與衣物發生質量交換，衣物中的部分水分mevap進入空氣中，衣物中的蒸發水分與衣物表面的溫度一致，均為Tclo。

圖3 單位時間步長內筒體的能量平衡示意圖Fig.3 Energy balance within the drum over a time interval

由能量守恒方程推算出下一時刻衣物溫度，可由下式(5)計算：

Tclo,t+Δt=Tclo,t+

(5)

式中：Tclo,t為當前時刻t的衣物溫度，℃；Tclo,t+Δt為下一時刻t+Δt的衣物溫度，℃；hin和hout分別為進、出口空氣焓值，J/kg；hw,f為衣物表面蒸發水分的飽和液體焓，J/kg；Mclo為衣物干重，kg；cp,clo為衣物比熱，J/(kg5K)；cp,w為水的比熱，J/(kg5K)；MD為滾筒質量，kg；cp,D為滾筒材料比熱，J/(kg5K)。此外，考慮到熱泵干衣機系統的計算復雜程度，干燥時間步長取20 s。

(6)

(7)

2 熱泵干衣機模型驗證

測試中采用的家用熱泵干衣機換熱器的結構參數見表1。熱泵系統中采用毛細管作為節流元件(1.4 mm×500 mm)，制冷劑的充注量為360 g，循環風機的風量為170 m3/h，輔助風機的風量為80 m3/h。系統測試的環境參數為23 ℃，相對濕度55%，初始負載溫度為20 ℃，衣物干重為8.027 kg，初始含水率為0.7，干燥后的衣物重量為8.275 kg。干燥總時間為160 min。

表1 家用熱泵干衣機換熱器參數Tab.1 Heat exchanger design parameters of a heat pump clothes dryer

為了監測熱泵干衣機的運行參數，在熱泵循環管線上設置有2個壓力測點，連續監測系統排氣壓力和吸氣壓力(壓力測量精度0.25%)；設置有8個溫度測試點，連續監測壓縮機排氣、壓縮機吸氣、冷凝器出口、節流前、蒸發器進口，空氣進筒和出筒、壓縮機環境溫度(溫度測量精度±0.5 K)。此外，熱泵干衣機實測結果中包含熱泵系統的開機過程(制冷系統高、低壓的建立過程)和停機過程，而本文所建立的模型本質上是準穩態模型：即穩態的熱泵系統模型結合動態的衣物模型，不能模擬熱泵系統的開、停過程。所以在進行實測結果與仿真結果的對比之前，已經將開、停機階段數據去除，最后總干燥時間縮短至151 min，耗電量為1.95 kW·h。仿真所得的干燥時間為148 min，耗電量為1.905 kW·h。總體結果吻合很好，干衣時間的誤差小于3 min，耗電量的誤差為-2.3%。除了干衣機的整體經濟性指標外，模型還能預測系統的過程參數，為了更加全面、準確的驗證模型，將系統重要參數隨時間變化的實測結果與仿真結果也進行了對比。

圖4所示為熱泵系統排氣壓力、吸氣壓力實測與仿真結果的對比。從趨勢上來說，整個干燥過程前50 min為初始衣物升溫過程，隨著衣物溫度的升高，吸氣壓力和排氣壓力均升高。由于出筒濕球溫度變化不大，吸氣壓力的上升幅度遠低于排氣壓力。當排氣壓力升至2100 kPa時，輔助冷凝器風機開啟，排氣壓力下降，吸氣壓力上升；當冷凝器出口溫度低于設定值時，輔助風機關閉，排氣壓力上升，吸氣壓力下降。圖4的結果也表明，初始衣物升溫過程結束后，排氣壓力和吸氣壓力開始周期性的振蕩，進入相對穩定的干燥階段。從精度上來說，整個干燥過程由于蒸發器的工況相對穩定，吸氣壓力的仿真結果與實測結果的吻合度非常高；冷凝器的工況則變化非常大，因此排氣壓力的仿真結果與實測結果差別略大一些，特別是初始升溫和降速干燥階段，由于紡織品活性系數a會隨衣物溫度和含水量變化[15]，而模型只初步考慮了其隨含水量X的變化，與實際情況有出入，造成了模型的偏差。

通常出筒空氣溫度和衣物溫度非常接近(一般相差不到1 K)，可以將其近似看成衣物溫度，因此出筒空氣溫度是熱泵干衣機的重要參數之一，圖5所示為出筒溫度實測結果與仿真結果的對比。從圖中可以看出兩者吻合度還是很不錯的，衣物溫度也經歷了三個階段，初始升溫階段，中間平穩階段和最后的升溫階段。由于衣物活性系數a的計算沒有考慮溫度的變化，在降速干燥階段預測的活性系數將低于真實值，因此最后階段衣物溫度的仿真結果比實測結果上升得更快一些，但是誤差也不到4 K，精度可以接受。

圖4 系統壓力實測與仿真結果的對比Fig.4 Comparison of system pressures between measured and predicted results

圖5 空氣出筒溫度實測與仿真結果的對比Fig.5 Comparison of air temperature leaving drum between experimental and modeling results

圖6 系統功耗實測與仿真結果的對比Fig.6 Comparison of system power consumption between experimental and modeling results

圖6所示為系統功耗實測與仿真結果的對比。從圖中可看出，不僅總的耗電量誤差小，功耗的即時仿真結果與實測結果也吻合很好。因此仿真模型得到了較為全面的驗證，精度良好，可以將其用于后續的指導設計和產品優化中。

3 熱泵干衣機參數分析與優化

以往文獻對熱泵干衣機的研究主要集中在干燥過程的經濟性能受其負載及周圍環境的影響。為了對熱泵干燥裝置的性能進行深入的研究，常用單位能耗除濕量(SMER)來綜合評價一個熱泵干燥系統。本文將利用仿真方法研究各部件大小的匹配關系對SMER和干燥時間的影響，以及一些重要系統參數，如循環風機風量、熱泵系統制冷劑充注量和新風比例的優化。

3.1 系統部件匹配

在研究系統部件大小對SMER和干燥時間的影響時，會依次變化壓縮機的大小、冷凝器的大小和蒸發器的大小。此處大小為相對大小，如1.0代表測試系統的大小，0.9表示壓縮機排氣量縮小10%或換熱器面積縮小10%，以此類推。為了保證比較的公平性，新系統和原系統在初始狀態下應具有相同的系統過熱度和過冷度，即新系統的充注量和毛細管尺寸都需要重新校正。而系統循環風機風量與原系統一致。

圖7所示為壓縮機相對大小對SMER和干燥時間的影響。在換熱器大小一定的情況下， SMER隨著壓縮機容量的增大而降低，干燥時間隨著壓縮機容量的增大而縮短。當壓縮機容量增大20%時，SMER下降了7.8%，干燥時間縮短了7%左右，約10 min。

圖7 壓縮機相對大小對SMER和干燥時間的影響Fig.7 Impact of compressor size on SMER and drying time

圖8所示為換熱器相對大小對SMER和干燥時間的影響。在壓縮機容量一定的情況下，SMER隨著換熱器的增大而升高，干燥時間也會縮短。總體上看，相對蒸發器，冷凝器對系統性能的影響更大，這一點與常規制冷系統不同，但整體影響力明顯小于壓縮機。在計算范圍內當冷凝器增大30%時，SMER上升了2.4%～5.8%，時間縮短了4～8 min；當蒸發器增大30%時，SMER上升了1.5%～3.2%，時間縮短了3～6 min；需要注意的是隨著換熱面積的持續增大，這種影響逐漸減小。

圖8 換熱器相對大小對SMER和干燥時間的影響Fig.8 Impact of heat exchanger size on SMER and drying time

3.2 循環風量

Baines P G等[16]指出，循環風機與熱交換器的匹配關系對干燥能耗有很大影響，匹配不當會造成能量浪費。圖9所示為循環風機的風量對SMER和干燥時間的影響。在研究風量變化時，保持風機效率一定。從圖中可以看出，干燥時間隨著風量的增大持續縮短，但對SMER來說，循環風量存在最優值，在180 m3/h左右。風量增大，由于蒸發溫度升高、冷凝溫度降低，對提高熱泵系統COP肯定是有利的；但是風量過大，會導致蒸發器換熱表面的溫度升高，將不利于除濕。熱泵干衣機的主要功能是除濕，熱泵系統COP高并不等同于單位能耗除濕量SMER也同時達到最大值。所以選擇合適的循環風量對熱泵干衣機的設計是非常重要的。

圖9 循環風量對SMER和干燥時間的影響Fig.9 Impact of circulation air flow rate on SMER and drying time

圖10系統充注量對SMER和干燥時間的影響Fig.10 Impact of heat pump system charge on SMER and drying time

3.3 制冷劑充注量

對常規空調熱泵系統來說，制冷劑充注量對制冷(熱)量和COP來說，都存在最優值，但對于熱泵干衣機系統，情況會有所不同。圖10所示為系統充注量對SMER和干燥時間的影響。從圖中可以看出，隨著充注量的增大，干燥時間將略有縮短。在本文計算范圍內，充注量從340 g增加至460 g，干燥時間減少了11 min，主要原因是排氣壓力升高加快，初始衣物升溫過程縮短。但充注量在合理范圍內對SMER的影響沒有想象中的大，在計算范圍內，SMER隨著充注量的增大僅上升了2.5%。并且當充注量偏小時，對SMER影響大；當充注量超過400 g后就基本沒有影響了。主要原因是隨著充注量的增大，系統排氣壓力過高，原來設計的輔助冷凝器偏小，即使干衣過程輔助風機一直開啟，也無法帶走全部多余的熱量。本文計算的充注量最多就算到460 g是因為按目前設計的輔助冷凝器無法保證系統的穩定，壓縮機的排氣壓力將超過安全運行范圍。這也從一個側面反映出，熱泵干衣機系統與普通熱泵空調系統的不同，前者更復雜，系統耦合性非常高，迫切需要仿真的方法來研究各個參數的影響，才能對其進行優化設計。

3.4 新風比例

在熱泵循環中，由于蒸發器吸收的熱量小于冷凝器排放的熱量，為維持循環空氣的能量平衡，在空氣循環中引入了一部分新風，如圖2所示。引入多少新風比例合適，需要進行參數分析。圖11所示為新風比例對SMER、干燥時間和輔助冷凝風機開啟時間的影響。本文研究的熱泵干衣系統中已經由輔助冷凝器帶走了一部分熱量，因而所需新風比例低于常規系統。樣機的新風比例為8%，仿真計算的新風比例范圍為6%～12%。新風比例對SMER的影響也存在最優值。仿真結果表明，對本系統來說，新風比例在9%～10%時SMER最高。當新風比例從6%升至9%時，SMER提高了2.9%。當新風比例持續增大時，輔助冷凝風機的運行時間逐步下降；當新風比例超過10%時，仿真過程會發現輔助冷凝風機完全不需要開啟，新風已經能帶走全部多余的熱量，這也是為什么當新風比例超過10%時，新風比例對SMER幾乎沒有影響，曲線變得平緩，反而由于新風比例的增加，干燥時間快速上升。因此，熱泵干衣機系統也需要選擇合適的新風比例，新風比例的大小還與輔助冷凝器的大小相關，新風比例過小，將無法保持系統的穩定，輔助冷凝器開啟時間過長，輔助風機的能耗增大；當新風比例過大時，雖然輔助風機不需要開啟，但同時也將新風中的水分帶入了系統，將導致干燥時間過長，不利于系統的經濟性。

圖11 新風比例對SMER、干燥時間和 輔助冷凝風機開啟時間的影響Fig.11 Impact of RAR on SMER, drying time and operation time of auxiliary condenser fan

4 結論

通過建立熱泵干衣機的數學模型，對熱泵干衣機干燥衣物的全過程進行了仿真模擬。仿真模擬的干衣過程與一臺小型家用干衣機的實驗數據進行了對比，仿真精度良好，干衣時間的誤差小于3 min，耗電量誤差為-2.3%。

采用驗證后的仿真模型數值分析研究了各部件大小的匹配關系對單位能耗除濕量SMER和干燥時間的影響，并對重要的系統參數進行優化研究。結果表明，循環風量在180 m3/h左右時SMER達到最佳值；新風比例在9%～10%時SMER最高；SMER隨著充注量的增大而上升，但充注量過大會導致系統運行失穩，研究結果可供熱泵干衣機設計參考。

[1] 張聯英, 付永霞, 張宏飛, 等. 閉式熱泵干衣機干衣性能實驗研究[J]. 上海理工大學學報, 2013, 35(4): 382-386. (Zhang Lianying, Fu Yongxia, Zhang Hongfei, et al. Experimental research on drying-cloth performance of closed heat pump dryer [J]. Journal of University of Shanghai for Science and Technology, 2013, 35(4): 382-386.)

[2] Mancini F, Minetto S, Fornasieri E. Thermodynamic analysis and experimental investigation of a CO2household heat pump dryer [J]. International Journal of Refrigeration, 2011, 34(4): 851-858.

[3] 宋朋洋, 歐陽新萍. 蒸氣壓縮式熱泵干衣機的結構及特性分析[J]. 制冷與空調(北京), 2011, 11(3): 28-31. (Song Pengyang, Ouyang Xinping. Analysis on structure and characteristics of vapor-compression heat pump dryer[J]. Refrigeration and Air-conditioning, 2011, 11(3): 28-31.)

[4] 馬一太, 張嘉輝, 呂燦仁. 熱泵干燥系統運行特性的有效能研究[J]. 熱科學與技術, 2003, 2(2): 95-100. (Ma Yitai, Zhang Jiahui, Lü Canren. Entropy analysis of performance of heat pump drying system [J]. Journal of Thermal Science and Technology, 2003, 2(2): 95-100.)

[5] Parsertsan S, Sean-Saby P, Ngamsritrakul P, et al. Heat pump dryer Part 1: Simulation of the models[J]. International Journal of Energy Research, 1996, 20: 1067-1079.

[6] Chou S K, Hawlader M N A, Ho J C, et al. Performance of a heat pump assisted dryer[J]. International Journal of Energy Research, 1994, 18: 605-622.

[7] Deans J. The modelling of a domestic tumbler dryer [J]. Applied Thermal Engineering, 2001, 21: 977-990.

[8] 張春路, 楊亮, 邵亮亮. 制冷空調系統通用仿真平臺GREATLAB使用手冊與實例分析[M]. 北京: 化學工業出版社, 2015.

[9] 張春路. 制冷空調系統仿真原理與技術[M]. 北京: 化學工業出版社, 2012.

[10] 楊亮, 邵亮亮, 張春路. 外繞微通道冷凝器空氣源熱泵熱水器仿真與優化[J]. 制冷學報, 2014, 35(1): 66-70. (Yang Liang, Shao Liangliang, Zhang Chunlu. Modeling and optimization of air source heat pump water heaters using wrap-around micro-channel condenser[J]. Journal of Refrigeration, 2014, 35(1): 66-70. )

[11] Saensabai P, Prasertsan S. Effects of component arrangement and ambient and drying conditions on the performance of heat pump dryers[J]. Drying Technology, 2003, 21(1): 103-127.

[12] 李陽春, 王劍鋒, 陳光明, 等. 熱泵干燥系統幾種循環的對比分析與研究[J]. 農業機械學報, 2003, 34(6): 84-86. (Li Yangchun, Wang Jianfeng, Chen Guangming, et al. Comparative analysis and study of several cycles of heat pump drying system[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2003, 34(6): 84-86.)

[13] Yadav V, Moon C G. Modelling and experimentation for the fabric-drying process in domestic dryers[J]. Applied Energy, 2008, 85(5): 404-419.

[14] Lambert A J D, Spruit F P M, Claus J. Modelling as a tool for evaluating the effects of energy-saving measures. Case study: a tumbler dryer[J]. Applied Energy, 1991, 38(1): 33-47.

[15] Conde M R. Energy conservation with tumbler drying in laundries [J]. Applied Thermal Engineering, 1997, 17(12): 1163-1172.

[16] Baines P G, Carrington C G. Analysis of rankine cycle heat pump driers[J]. International Journal of Energy Research, 1988, 7(12): 495-510.

About the corresponding author

Zhang Chunlu, male, professor, director of Institute of Refrigeration and Cryogenics, School of Mechanical Engineering, Tongji University, +86 13671825133, E-mail: chunlu.zhang@gmail.com. Research fields: refrigeration and heat pump system modeling, optimization and control, cold chain, advanced refrigeration and heat pump systems.

Simulation and Optimization of a Heat Pump Clothes Dryer

Zhang Chunlu Yang Liang Zeng Chaoyun

(School of Mechanical Engineering, Tongji University, Shanghai, 201804, China)

A model of heat pump clothes dryer was developed in this paper, which includes the steady-state heat pump system model and the dynamic fabric drying process model. The simulation results reached a good agreement with the test data of a household heat pump clothes dryer. The drying time error is within 3 minutes and the electricity consumption error is -2.3%. Based on the model, the impact of component size and key system parameters (such as circulation air flow rate, ratio of circulating air, and refrigerant charge) on SMER (Specific Moisture Extraction Rate) and drying time were analyzed. The results indicated that maximum SMER would be achieved at 180 m3/h circulation air flow rate and 9%-10% fresh air to circulating air. Within condensing temperature limit, more refrigerant charge would favor SMER. The results are useful for the system design of heat pump clothes dryer.

heat pump; clothes dryer; drying; simulation; optimization

2015年4月16日

0253- 4339(2015) 06- 0040- 07

10.3969/j.issn.0253- 4339.2015.06.040

TB651；TQ051.5

A

張春路，男，教授，制冷與低溫工程研究所所長，同濟大學機械與能源工程學院，13671825133，E-mail：chunlu.zhang@gmail.com。研究方向：制冷/熱泵系統仿真、優化與控制，冷鏈，先進制冷/熱泵系統。