热泵烘干究竟是哪片海?

时间:2014年05月07日 来源:热泵热水机资讯

干燥工艺古来就有,广泛的运用于国民经济的各种领域中。去年央视《舌尖上的中国》纪录片中,很多美食的保存方法都是通过烟熏、暴晒、风干等各种方式来进行干燥,从而能够最大程度的延长食材的保存时间。除了在美食中,其他的领域也通常会运用到干燥工艺,例如中国古四大发明之一的火药就需要干燥保存,一些木材的加工也同样需要干燥。

因此,多少年来古老烘干工艺也导致了对能源的巨大浪费,在发达国家中,由于工艺性要求较高,因此对于干燥技术的依赖强度很高,因此根据相关资料统计有10% 的能源消耗都来自于烘干工艺,随着科学技术的不断发展,热泵烘干技术率先在国外获得应用,在上世纪七十年代末八十年代初因为热泵干燥独特原理、高效节能、高热效率、除湿快并能较好的保持物料的品质而获得重视。

根据资料显示,传统的干燥设备市场中,国内干燥设备生产企业达500余家,年市场销售额超过30亿元。在繁荣的背后,我们还应该清醒地看到,一方面,与国际先进技术相比,我国还有很大差距,只能在中、低技术产品市场上占主导地位。随着国外公司的纷纷进入,我国干燥设备制造业将面临巨大的竞争压力。

新闻中心

另一方面,我国干燥设备厂家良莠不齐。一些企业起点高,坚持走科技发展之路,为干燥业的发展起到推动作用;但也有投资少、技术含量低的,以大量低质、低价的设备挤占市场,不仅影响了干燥设备的整体形象,更引起了国内干燥设备价格的对冲,出现了价格战,恶性循环,科技含量高的产品挤不进大市场,而“利润的微弱化”更让很多优势企业在市场中毫无优势可言。

由此可见,在传统的烘干行业发展竞争中已经到了白热化的阶段,因此空气源热泵烘干产品将大有可为。毋庸置疑,对于中国市场,高温热泵烘干技术更是一个新鲜的产物,但极不成熟。

纵观整体空气源热泵行业快速发展也仅仅数年时间,普通热水产品的运用尚且在不断总结经验,不断进步之中,何况高温烘干类的特种热泵。因此面对这样一片蓝海,小伙伴们怎么样去欢快的游弋?

市场很大,从哪下手?

新闻中心

图:高温热泵除湿烘干机基本工作原理

烘干是一个非常大的市场,根据统计目前可以应用于于烟草烘干、火龙果花、葡萄干、荔枝、龙眼、山渣、红枣、核桃、枸杞、罗汉果、坚果、腊味、海产品、中药材、龟苓膏粉、挂面、柿饼、茶叶、菊花、灵芝、金银花、香菇、虫草花、菜干、腐竹、八角、食品恒温、木材、家具、饲料、蚕茧、橡胶、煤泥、矿沙、城市污泥、生物肥料、皮革、印刷、布料印花、烟花亮珠、纸筒、蚊香、洗衣用品、农作物产品、低温烤漆、五金塑胶配件干燥等特殊行业,热泵烘干产品基本原来并没有太多值得分析之处,主要部件相对制冷系统多出一个干燥室,也就是常规来说的烘房,最终经过制热循环干空气进入烘干房与物料进行接触,带走水分的湿空气再进入到除湿蒸发器析出水分后,干空气再次与蒸发器进行热交换,以此来形成一个空气循环过程。

市场看似简单,实际并不容易。广东大商王明霄曾因为洗衣房的烘干项目在华天成实验室一待就是一周到十天时间,从一开始烘出来的毛巾没有丝毫的柔软度,到最终在厚厚的一叠实验数据下能够既保证了烘干的效率又能够保证成品的品质,这种成功建立在了巨大的代价基础上。毛巾如此,此外各种腊味、中草药、食材的烘干则更加需要对于系统的控制,实际上,目前整个行业对于热泵的烘干仅仅是摸到些许皮毛。

相关研究机构从初步的市场发展得出结论,目前热泵烘干主要集中于木材加工以及食品干燥领域。其中,在木材干燥领域,是较早应用热泵干燥技术的一个领域,以往干燥木材多采用自然干燥或者燃烧锯末加热的隧道方式干燥,但其干燥质量、产品等级难以保证,对于制造高档家具、乐器以及装潢需要的高品质木材,需要更先进的技术来保证烘干的工艺性。上世纪八十年代,我国在木材加工领域率先引入热泵烘干技术,而随着目前一些企业在不断深入热泵烘干领域之后,对于一些木材产品的加工已经获得长足的进步;而随着引入热泵技术烘干木材的十年后,日本以及国内一些从事热泵技术研究的学者们开始论证热泵干燥技术在食品工业中的应用,进行深入的探讨和研究,对茶叶、果制品、水产品等进行了大量的干燥试验,并得出热泵干燥是节能、有效的干燥方法,经热泵干燥的产品保证了产品的质量和风味,避免了一些有效成分的挥发和分解以及营养成分的损失,具有比传统热风干燥法更好的品质的结论。

目前常规商用空气源热泵热水市场,基本集中于酒店、宾馆、休闲会所、学校、医院等场合,相较之下,似乎高温热泵烘干的市场更加丰富。但一时之间,各个企业都无从下口,在这些项目的操作中一定程度上依赖以传统干燥为生的渠道商,在新技术面前,这些渠道商需要不断的将经验积累到实际的运用中,但这个过程如果稍有不慎,可能会导致烘干的物品变得一文不值,渠道商不敢付出这样的代价,因此,市场看起来巨大,却有点无从下手,且在已经运用的一些项目中,开始出现了部分产品问题。广东中宇对《热泵热水机资讯》表示,目前热泵烘干产品的优势在于对中低温产品的烘干中,在这个领域中将逐渐取代原先燃煤、燃油等高耗能、高污染的方式,而在高温烘干技术发展中,还有很长一段路需要去开拓。

技术壁垒待攻破

在前期的市场开拓中,空气源热泵产品凭借着一定的节能性以及新概念获得了一些项目的使用,但很多企业并不真正懂得烘干项目的特性,仅仅用常规热水的思维来操作烘干项目,因此过去的这个发展阶段,有非常多的工程经验值得去总结。

新闻中心

图:采用专用压缩机,一定是未来热泵烘干产品发展的重要配件之一

首先在于空气源热泵产品本身的限制性。众所周知,空气源热泵产品的国家标准是热水加热为55℃,这也决定了空气源热泵产品所擅长的温度范围在中低温内,因此在前期所进行的一些项目中,热泵干燥的温度一般在45~60℃之间。由此也引发来工作效率的问题,采用较低的干燥温度,必然会使得干燥速度减慢,从而生产能力也相应的降低,时间成本是甲方重点考虑的问题。那么在这样的背景下,一些企业为了能够满足甲方的需求,则必须要提高干燥温度,因此不断在提升压缩机的压缩比以此来增大冷凝压力,并使压缩机一直处于极端的工况运行,烧压机的情况频频发生,压缩机的可靠性难以得到保证。而随着以日立为代表的睿能专用压缩机推出市场以来,一定程度上缓解这个问题的发生,在广东中宇烘干产品中,已经全系列采用睿能4Xpower专用压缩机,专用压缩机在一定程度上提升了压缩机排气端的排气压力和温度,有利于烘干房温度的提升。《热泵热水机资讯》注意到,在中宇展厅展示的一些热泵烘干产品中,针对不同的烘干物品进行了不同温度的设定,有1匹的低温干燥机,设定干燥温度不超过38℃,也有3匹热回收型热泵除湿烘干机,最高烘干温度不大于65℃。由此可见,作为专业致力于热泵烘干产品的中宇,也并不会将产品烘干温度设定的过高,充分说明这个产品的发展还需要谨慎为之。

与此同时,空气源热泵烘干产品目前向甲方介绍的最大卖点是高效节能性,但之前已经有一些学者研究分析,热泵干燥过程消耗的是能级最高的电能,从热泵干燥节运行的原理上是节约了能源,但从经济性上分析未必合算。因此,从热力学第一定律和热力学第二定律出发,将能量的质量和数量加以统一的度量标准,按能量的做功能力大小作为衡量能量的统一尺度,来分析热泵干燥过程能量的利用程度是很有必要的。而为了能够获得更好的烘干效率和适应性,系统本身的压力不断提升,因此对制冷剂管路的要求非常高,且在运行过程中管路的各个焊点容易发生泄漏,从而影响系统的稳定使用,并且对环境形成一定的危害。所以以上这些问题的暴露,说明目前空气源热泵烘干产品发展的还不够成熟,且对于渠道商的要求更高,尤其是在后期项目的维护上,对于系统的压缩机、制冷剂过滤器、热交换器等装置要进行定期的维护检修,否则一旦产品出现问题,对于甲方来说损失就不是机组的问题了,一烘房的物料的价值就难以估算。

从另一层面分析,空气源热泵烘干机组的规模难以做大,目前普遍采用的是主机+ 烘干房一体的形式,烘房面积较小,即使利用空气处理机组来完成整套系统配备,烘房最大面积也就在左右,而对于一些对场地要求较高的产品,比如木材烘干,最大干燥房需要做到300m2 以上,因此很多的市场都难以把握。

新闻中心

图:智能化的控制系统是目前热泵烘干需要技术创新的重要一步

时代在进步,技术在成熟。某企业技术负责人对《热泵热水机资讯》表示:“高温烘干热泵具备较为复杂的工艺,门槛肯定比普通空气源热泵热水产品高的多,但是只要舍得研发投入,未来这个广阔的市场就会属于有准备的企业。”同时他也认为,目前空气源热泵烘干机组最需要实现技术突破的在于控制系统。干燥是一个非稳态传热传质的过程,在干燥过程中各个状态点控制参数值有较大幅度的调整,手动调节难度大,所以自动化控制尤其重要。将现代检测、传感及控制技术结合起来运用于热泵干燥加工,如PID(比例积分与微分)控制法和模糊控制相结合,提高热泵干燥机干燥介质的控制精确度,实现对干燥质量的在线、智能控制。在不同的控制模式下(例如根据烘干物品的种类来设定不同的机组运行数据),能够实现一键切换,既能够满足用户不同的需求,同时也能够简化用户的操作。

除了控制系统需要更加智能化之外,提升干燥的温度也势在必行,将出风温度做到则非常有必要。目前常用的方式是通过辅助加热手段,电加热也好,锅炉补热也好,尚能够满足一些项目的需求,但总体来说这些辅助加热的方式并不经济环保。如果空气源热泵专业压缩机能够再进一步,压缩机制造企业向更高温度方向研究,满足烘干产品的需求,相信这块市场蕴藏的潜力一定不可小觑。

实际上,国内外的一些专业学者们也没有忽视对于热泵烘干产品的研究,在实验过程中,他们提出以下几个未来的发展方向:应用多级蒸发新型热泵干燥装置,以满足不同物料或同种物料在不同干燥阶段的温度要求,国立新加坡大学机械工程系的K.J.Chua 等人进行了两级蒸发热泵干燥试验,试验表明:二级蒸发热泵干燥系统可在较大范围内改变干燥系统的温度和相对湿度,并能提高系统的操作系数和COP,节约能耗;研究开发相匹配干燥热泵的制冷工质。由于干燥热泵的工作的特殊性,工作温度高,排气温度高,应加强研制相适应的制冷工质,要求在较高的冷凝温度下,冷凝压力较低,有较高的单位容积制冷量,较高的热稳定性和化学稳定性;研发多用途热泵系统。根据生产实际,调整热泵系统的模块组合,从而使之具有干燥、空气调节、冷冻贮藏等多种功能;加强热泵干燥工艺的研究。合理的干燥工艺可以起到节能、省时、高效的作用,为了使热泵干燥技术在各个领域得到应用,必须研究与之相适应的干燥工艺。例如对木材干燥工况要有与85℃热泵相匹配的干燥基准,食品干燥要求适合食品的干燥工艺;采用联合干燥的方法,加快干燥速度。由于热泵工作温度受到热泵工质和压缩机运行条件的限制,加上对流干燥本身的不足,热泵的特点还没有更好的发挥出来,将热泵与其他干燥方法相结合,可更好的满足物料干燥的要求;采用复合干燥介质。热泵干燥设备为封闭式操作,减少了干燥室外界氧气对产品的影响,但无法彻底解决干燥室内部干燥介质空气中的氧气对产品品质的影响。因此,如果在脱水过程中采用复合式干燥介质,即在干燥室内适当的降低氧气成分,增加氮气或者二氧化碳的含量。可进一步抑制酶的活性,降低酶促褐变的作用,减少叶绿素的损失,提高维生素C 的保存率,从而进一步提高产品的品质。另外,如果能够将干燥介质中的氧气、氮气、二氧化碳按照一定比例加入到干燥室中,作为干燥介质循环使用,可能会有高效的节能效果,当然这需要大量的试验进行验证。

这些都是停留于一些理论阶段的技术升级,对于企业来说,现在资源最匮乏的是技术人员,不仅仅要懂得制冷专业技术,对于食品加工学等与烘干相关的一些专业也必须了解。这样复合型的人才,只能过不断的通过理论结合实际慢慢磨练出来,但有多少企业会花如此多代价去培养如此的专业技术人员呢?

别把蓝海变成红海

就在本刊编辑部在整理这篇文章时,某同行媒体前来探讨关于特种热泵的行业现状,我们得出一致的结论是未来很有可能行业中的中小企业会大举进入特种热泵市场。如果出现这样的情况,短期内风险一定是巨大的。前文中已经用较大的篇幅阐述了热泵烘干技术层面的局限性和亟待成熟的地方,且一些中小企业奉行拿来主义,某企业负责人对《热泵热水机资讯》抱怨说:“现在很多企业疯了一样做起烘干机,这些天就发现两个企业拿了我们的产品做了解剖去模仿,其中一家甚至连外观都直接模仿,漆面的颜色都选择一样,但因为是同行,经常碰面,面子上抹不开。”实际上,这个负责人所说的这其中的一个企业,在常规热水市场中已经做得非常不错,在抢占新兴市场的份额时直接选择野蛮的手法,模仿产品,挖企业技术人员的墙角,最终导致的结果就是形似而神不似。

新闻中心

图:采用中宇高温热泵烘干机制作出的烘干成品

       目前,非常规空气源热泵热水市场中,烘干、采暖等市场都在逐渐兴起,相比较常规热水市场,这里动辄几十上百万的项目犹如一只只小肥羊,在其身后是垂涎欲滴凶恶的狼群。我们所面对的一定是一片蓝色的海洋,正挽起裤脚小心翼翼的踏入进去开始我们的收货,却不提防后面来了一群凶神恶煞、手拿电网的捕猎者,彻底断绝了生机,变成一片毫无生命力的红海。

这样的景象,你想看到么?可以想象,一定会有很多的企业一方面高呼着要保护行业,保护资源,而另一方面却干着损人不利己的事情。“现在有些厂家一窝蜂的去做,但是什么都不了解,就对客户保证承诺,最近又有两家企业因为保证和承诺给终端客户赔钱了。”某企业负责人对于现状非常气愤,不仅仅损失了经济利益,更加损失了烘干市场对这个产品的认知。同时,作为烘干行业最宝贵的资源,一些烘干成套设备商或传统烘干渠道成为抢手货,他们已经对热泵烘干产品有了认知,但并不深入,对于他们来说变换的仅仅是热源,如果在深入了解、试用过程中出现了对热泵设备的不满意,对于这个领域未来的发展则具有较大影响。

在短期的高利益驱使下,这个大蛋糕飘散出诱人的香味,这个蛋糕这么容易就能吃么?是摸索着前进,还是做好了再进?千万不要还没碰到蓝海的边,就变成了红海,终究镜花水月。