響應(yīng)面法優(yōu)化消防水帶熱泵微波聯(lián)合干燥工藝

摘 要：為解決利用熱泵對消防水帶干燥時(shí)后期干燥速率慢、能耗高的問題，提出采用熱泵+微波聯(lián)合干燥的方式。設(shè)計(jì)和搭建熱泵微波聯(lián)合干燥實(shí)驗(yàn)臺(tái)，設(shè)計(jì)分別以熱泵初始送風(fēng)溫度、熱泵干燥時(shí)間以及微波功率為自變量的單因素實(shí)驗(yàn)，以此確定各因素的影響范圍，在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上以SMER、MER、[ηen]為指標(biāo)，采用Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化分析。結(jié)果表明，熱泵微波聯(lián)合干燥消防水帶優(yōu)化工藝參數(shù)為：初始送風(fēng)溫度42.3 ℃、熱泵干燥時(shí)間43.45 min、微波功率1.25 kW。在此條件下得到SMER為0.658 kg/kWh，MER為1.232 kg/h，微波能量利用率為63.7%。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果與模型預(yù)測值相近，相對誤差均小于4%，表明優(yōu)化結(jié)果可靠。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合干燥；熱泵；微波；消防水帶；響應(yīng)面法；單位能耗除濕量

中圖分類號：TK173 " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

火災(zāi)的日益增多致使消防水帶的使用頻率大大增加，用后的水帶需要及時(shí)清洗與干燥以防止水帶發(fā)霉從而降低使用壽命［1］，消防水帶的維護(hù)保養(yǎng)也日漸重要。隨著干燥技術(shù)的發(fā)展，各類干燥設(shè)備的相繼出現(xiàn)逐漸取代傳統(tǒng)的晾曬方式，但如何高效且低耗地干燥一直是亟需解決的問題。

熱泵干燥技術(shù)具有耗能低、易控制、干燥溫度范圍廣且對環(huán)境污染較小的優(yōu)點(diǎn)［2］，但干燥后期由于物料中干基含水率的降低，干燥速率減小，需要更長的時(shí)間才能達(dá)到干燥需求，因此干燥后期有大量熱量損失，導(dǎo)致能耗過大［3-4］。微波是一種波長在1 mm～1 m之間、頻率在300 MHz～300 GHz之間的電磁波，工業(yè)常用的頻率為915和2450 MHz［5］。其干燥原理是通過電磁波使物料內(nèi)部的極性分子發(fā)生極化，分子發(fā)生劇烈運(yùn)動(dòng)相互間不斷摩擦來使物料升溫。微波干燥時(shí)間短、效率高，但磁場分布不均，長時(shí)間加熱使物料局部過熱［6-8］。因此，將熱泵與微波相結(jié)合，綜合兩種干燥方式的優(yōu)點(diǎn)，能在保證干燥效率的同時(shí)降低能耗［9-11］。且微波具有殺菌的特點(diǎn)［12-13］，可在干燥的同時(shí)除去消防水帶表面附著的細(xì)菌等微生物，保證水帶在存放過程中不會(huì)發(fā)霉腐爛。

鄭亞琴［14］用熱泵微波聯(lián)合干燥工藝探究雪蓮果的干燥特性，且通過響應(yīng)面法確定最佳工藝參數(shù)為：熱泵送風(fēng)溫度42.7 ℃，送風(fēng)速度1.69 m/s，轉(zhuǎn)換點(diǎn)含水率50%，微波功率密度2 W/g。實(shí)驗(yàn)表明，送風(fēng)溫度對單位能耗除濕量影響顯著。 宋楊等［15］研究海參的熱泵微波真空聯(lián)合干燥工藝，結(jié)果表明聯(lián)合干燥工藝干燥效率更高，且最佳實(shí)驗(yàn)工況為：熱泵溫度30 ℃，風(fēng)速1 m/s，干燥轉(zhuǎn)換含水率40%，微波干燥功率230 W。以上研究均表明了熱泵微波聯(lián)合干燥工藝的可行性與節(jié)能性。本文為解決利用熱泵對消防水帶干燥時(shí)后期干燥速率慢、能耗高的問題，提出采用熱泵+微波聯(lián)合干燥的方式，取長補(bǔ)短，優(yōu)化干燥過程，降低能耗。

1 熱泵微波設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

1.1 干燥裝置及水帶材料

實(shí)驗(yàn)器材包括有襯里消防水帶8-65-25-滌綸長絲/滌綸長絲-聚氨酯、熱泵微波聯(lián)合干燥裝置、電子秤（ACS-30）、風(fēng)速儀（testo416）、電量表（DTSU666）、溫濕度自計(jì)儀（TH20BL-EX）［16］、微波發(fā)生器（麥格米特WEPEX1000A），其工作頻率為2450 MHz。

熱泵微波聯(lián)合干燥裝置是將兩組微波發(fā)生器與熱泵干燥裝置進(jìn)行“嫁接”，將磁控管與干燥箱相接，其裝置實(shí)物如圖1所示。其中，熱泵的壓縮機(jī)功率為2800 W，兩組微波發(fā)生器的最大功率均為1000 W，且0～1000 W可調(diào)節(jié)；干燥箱尺寸為3220 mm×1580 mm×1890 mm。

熱泵微波聯(lián)合干燥原理如圖2所示。圖2中，c[→]a為在干燥室中循環(huán)空氣與水帶進(jìn)行熱濕交換；a[→]b為空氣在蒸發(fā)器中被冷卻除濕；b[→]c為空氣在冷凝器處被等濕加熱至設(shè)定的送風(fēng)溫度［17］。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)步驟

首先稱取水帶干重并記錄，將水帶放入水中浸濕到完全濕透的狀態(tài)，取出靜置至不滴水狀態(tài)稱取濕重并記錄：單條水帶干重為5.0 kg，濕重為6.1 kg，其初始干基含水率為22%。然后將水帶安裝纏繞在干燥箱中實(shí)行先熱泵后微波分段干燥工藝，熱泵干燥階段每間隔20 min取出水帶稱量一次并記錄，微波干燥階段為防止水帶局部溫度過高致使水帶損壞，每開啟15 min則間歇10 min，在這10 min內(nèi)進(jìn)行水帶的稱量并記錄，然后計(jì)算出每階段的水帶干基含水率。直至水帶干基含水率小于2%認(rèn)為干燥結(jié)束，稱取干燥結(jié)束后的水帶重量，完成一次實(shí)驗(yàn)過程。

按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案設(shè)定送風(fēng)速度為3 m/s，在不同熱泵送風(fēng)溫度（30、35、40、45、50 ℃）下干燥不同的時(shí)間（20、40、60、80、100 min），之后關(guān)閉熱泵壓縮機(jī)，保持風(fēng)機(jī)開啟，風(fēng)速保持3 m/s恒定，開啟微波發(fā)生器，在不同微波功率條件下（1.00、1.25、1.50、1.75、2.0 kW）干燥至干基含水率[≤]2%時(shí)停止干燥。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

通過單因素實(shí)驗(yàn)確定熱泵初始送風(fēng)溫度、熱泵干燥時(shí)間以及微波功率影響因素的范圍，送風(fēng)速度保持3 m/s不變，實(shí)驗(yàn)方案如表1所示。

在整個(gè)干燥實(shí)驗(yàn)過程中循環(huán)風(fēng)機(jī)保持開啟。熱泵單獨(dú)干燥時(shí)經(jīng)過熱泵處理的高溫低濕的循環(huán)空氣與濕水帶發(fā)生熱濕交換，達(dá)到干燥水帶的目的；微波單獨(dú)干燥時(shí)循環(huán)空氣只參與除濕。熱泵裝置除濕啟停控制邏輯為：當(dāng)濕度傳感器檢測到循環(huán)空氣濕度大于20%時(shí)除濕模式自動(dòng)開啟；循環(huán)空氣濕度小于20%時(shí)除濕模式則自動(dòng)關(guān)閉。

表2 為不同設(shè)計(jì)工況下蒸發(fā)溫度與冷凝溫度。

1.2.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取熱泵初始送風(fēng)溫度、熱泵干燥時(shí)間以及微波功率較優(yōu)的范圍，確定3因素3水平實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行Box-Behnken中心組合實(shí)驗(yàn)分析，并以單位能耗除濕量（specific moisture extraction rate，SMER）、單位時(shí)間除濕量（moisture extraction rate，MER）和微波能量利用率[ηen]為響應(yīng)值，優(yōu)化消防水帶熱泵微波聯(lián)合干燥工藝，因素水平設(shè)計(jì)如表3所示。

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 總干燥時(shí)間

總干燥時(shí)間即將水帶從不滴水濕重干燥至水帶干基含水率[≤]2%所用的干燥時(shí)間，其計(jì)算公式為：

[τZ=τR+τW] （1）

式中：[τZ]——總干燥時(shí)間，h；[τR]——熱泵干燥時(shí)間，h；[τW]——微波干燥時(shí)間，h。

1.3.2 總耗電量

總耗電量為干燥水帶全過程所消耗的電量，包括熱泵壓縮機(jī)耗電量、風(fēng)機(jī)耗電量、電機(jī)耗電量和微波耗電量，其計(jì)算公式為：

[WZ=WY+WF+WD+WW] （2）

式中：[WZ]——總耗電量，kWh；[WY]——壓縮機(jī)耗電量，kWh；[WF]——風(fēng)機(jī)耗電量，kWh；[WD]——電機(jī)耗電量，kWh；[WW]——微波耗電量，kWh。

1.3.3 單位能耗除濕量

單位能耗除濕量為一次完整干燥過程設(shè)備單位耗功量除去的物料中水分質(zhì)量，其計(jì)算公式為：

[DSMER=mWZ] （3）

式中：[DSMER]——單位能耗除濕量，kg/kWh；[m]——干燥全過程除去的水量，kg。

1.3.4 單位時(shí)間除濕量

單位時(shí)間除濕量為一次完整干燥過程中單位時(shí)間下除去水分的質(zhì)量，其計(jì)算公式為：

[DMER=mτZ] （4）

式中：[DMER]——單位時(shí)間除濕量，kg/h。

1.3.5 微波能量利用率

微波能量利用率[ηen]為微波干燥階段水實(shí)際吸收的熱量與開啟微波發(fā)生器實(shí)際所消耗的電量的比值，其計(jì)算公式為：

[ηen=QXQW] （5）

式中：[QX]——水實(shí)際吸收的熱量，kWh；[QW]——微波發(fā)生器實(shí)際消耗的電量，kWh。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 熱泵初始送風(fēng)溫度對SMER和MER的影響

圖3為送風(fēng)速度為3 m/s、熱泵干燥時(shí)間為60 min、微波功率為2 kW時(shí)整個(gè)干燥過程中熱泵壓縮機(jī)與微波的耗電情況。從圖3可看出，當(dāng)熱泵干燥時(shí)間相同時(shí)，送風(fēng)溫度越高，壓縮機(jī)的能耗越大。說明溫度的升高致使干燥過程中的能耗增大，且在相同的熱泵干燥時(shí)間內(nèi)，溫度越高，在熱泵干燥結(jié)束時(shí)水帶的干基含水率越低，導(dǎo)致在微波干燥階段時(shí)間加長、能耗增大。

圖4為送風(fēng)速度為3 m/s、熱泵干燥時(shí)間為60 min、微波功率為2 kW時(shí)SMER和MER隨熱泵初始送風(fēng)溫度的變化關(guān)系。從圖4可看出，送風(fēng)溫度對SMER和MER影響差異顯著，隨著溫度的升高兩者的變化趨勢均為先增大后減小。SMER和MER在送風(fēng)溫度為40 ℃時(shí)均達(dá)到峰值，其值分別為0.563 kg/kWh、1.24 kg/h。唐榮琪等［18］采用熱泵單獨(dú)干燥消防水帶，在送風(fēng)溫度為50 ℃、送風(fēng)速度為4 m/s時(shí)干燥效果最好，其SMER、MER分別為0.55 kg/kWh、1.116 kg/h，與之對比，熱泵微波聯(lián)合干燥時(shí)SMER、MER分別提高2.36%、11.11%。說明熱泵微波聯(lián)合干燥在節(jié)能的同時(shí)可有效縮短干燥的時(shí)間。

2.1.2 熱泵干燥時(shí)間對SMER和MER的影響

圖5為送風(fēng)速度為3 m/s、熱泵送風(fēng)溫度為40 ℃、微波功率為2 kW時(shí)整個(gè)干燥過程中熱泵壓縮機(jī)與微波的耗電情況。從圖5可看出，當(dāng)熱泵初始干燥溫度相同時(shí)，熱泵干燥時(shí)間越長，壓縮機(jī)的能耗越大；但干燥后的消防水帶干基含水率越低，后期所需的微波耗電量越少。

圖6為送風(fēng)速度為3 m/s、熱泵送風(fēng)溫度為40 ℃、微波功率為2 kW時(shí)SMER和MER隨熱泵干燥時(shí)間的變化關(guān)系。從圖6可看出，聯(lián)合干燥過程中熱泵干燥時(shí)間的加長導(dǎo)致壓縮機(jī)能耗大幅增加，但隨著時(shí)間的推移，干燥速率不斷下降，所以干燥過程中SMER整體呈下降趨勢；MER則是隨熱泵干燥時(shí)間呈先增大后減小的趨勢，在熱泵干燥時(shí)間為60 min時(shí)達(dá)到峰值，為1.223 kg/h。說明熱泵干燥時(shí)間會(huì)顯著影響聯(lián)合干燥的效果。

2.1.3 微波功率對SMER、MER以及[ηen]的影響

圖7為送風(fēng)速度為3 m/s、熱泵送風(fēng)溫度為40 ℃、熱泵干燥時(shí)間為60 min時(shí)整個(gè)干燥過程中熱泵壓縮機(jī)和微波的耗電情況。從圖7可看出，由于熱泵干燥時(shí)間和溫度相同，所以壓縮機(jī)能耗相同，當(dāng)微波功率為1.50 kW時(shí)耗電量最??；微波能量利用率隨微波功率的增大呈先增大后減小的趨勢，在微波功率為1.50 kW時(shí)達(dá)到峰值，為61.7%，分別比微波功率為1.25 kW和1.75 kW時(shí)高14.05%和4.93%。說明在功率為1.50 kW時(shí)，微波對水帶的干燥效果最好，其能耗也最低。

圖8為送風(fēng)速度為3 m/s、熱泵送風(fēng)溫度為40 ℃、熱泵干燥時(shí)間為60 min時(shí)SMER和MER隨微波功率的變化關(guān)系。從圖8可看出，微波功率的大小對SMER和MER影響顯著。當(dāng)微波功率小于1.75 kW時(shí)，隨著微波功率的增大，MER隨之不斷升高，當(dāng)微波功率大于1.75 kW時(shí)，隨著微波功率的增大，MER隨之略微降低。SMER隨微波功率的增大呈先增大后減小的趨勢。SMER在功率為1.50 kW時(shí)達(dá)到峰值，為0.613 kg/kWh，分別比功率為1.25和1.75 kW時(shí)高3.90%和3.55%。在微波功率為1.50 kW時(shí)，整個(gè)干燥過程能耗最低。說明在1.50 kW條件下，相較于其他工況微波能量利用最充分。

2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

采用Design-Expert8.0.6軟件進(jìn)行3因素3水平的Box-Behnken實(shí)驗(yàn)，測定3個(gè)指標(biāo)：SMER（[γ1]）、MER（[γ2]）和[ηen]（[γ3]）。響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示，顯著性檢驗(yàn)結(jié)果如表5～表7所示。

2.2.1 回歸模型的建立及方差分析

通過Box-Behnken中心組合旋轉(zhuǎn)法原理對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，研究各因素之間交互作用以及各因素對回歸模型的影響作用。根據(jù)軟件分析結(jié)果得出對3個(gè)指標(biāo)SMER、MER、[ηen]均采用二次模型。以初始送風(fēng)溫度（[χ1]）、熱泵干燥時(shí)間（[χ2]）和微波功率（[χ3]）為自變量，SMER（[γ1]）、MER（[γ2]）和[ηen]（[γ3]）為因變量，得到3個(gè)二次回歸方程分別為：

[γ1=-2.1391+0.1685χ1+0.0066χ2-0.9301χ3-0.0184χ1χ3+0.0056χ2χ3-0.0017χ21-0.0001χ22+0.4162χ23] （6）

[γ2=-9.7962+0.4811χ1+0.0254χ2+0.74χ3-0.0327χ1χ3-0.0022χ2χ3+0.0054χ21-0.0002χ22+0.3003χ23] （7）

[γ3=-4.2973+0.2761χ1+0.0044χ2-0.8166χ3-0.0338χ1χ3+0.0152χ2χ3-0.0028χ21-0.0002χ22+0.3994χ23] （8）

對方程式（6）～式（8）進(jìn)行可信度分析，其相關(guān)性平方值[R2]分別為0.9941、0.9755和0.9760。說明該模型對3個(gè)指標(biāo)的考察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別有99.41%、97.55%和97.60%的可信度，可信度高。圖9為3個(gè)模型預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值的對比，可見實(shí)驗(yàn)值與回歸方程預(yù)測值較接近，說明3個(gè)模型對于SMER、MER、[ηen]所對應(yīng)的各自變量的相關(guān)系數(shù)的分析非常精準(zhǔn)。方程式（6）～式（8）的信噪比（可信與不可信數(shù)據(jù)之比）分別為44.808、18.426和19.022，遠(yuǎn)大于4，說明模型的適用性較好，3個(gè)回歸方程為優(yōu)化熱泵微波聯(lián)合干燥消防水帶工藝提供了一個(gè)良好的模型。

利用Design-Expert8.0.6軟件對表4數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸擬合，通過方差分析對模型的精確度進(jìn)行深入分析，結(jié)果如表5～表7所示。3個(gè)模型的F值分別為130.5400、30.9600和31.6200，F(xiàn)顯著概率值均小于0.0001，表明3個(gè)模型均極為顯著，且精確度較高。

2.2.2 響應(yīng)面分析

分析表5可知，初始送風(fēng)溫度、熱泵干燥時(shí)間和微波功率是影響SMER的主要因素，且3個(gè)因素之間的兩兩交互作用明顯。圖10為微波功率取零水平時(shí)的三維曲線，圖10中曲面變化幅度較大，可知初始送風(fēng)溫度與熱泵干燥時(shí)間顯著影響SMER。當(dāng)其中一個(gè)因素保持不變時(shí)，SMER隨另一因素的升高呈先增大后減小的趨勢。原因可能為熱泵初始送風(fēng)溫度較高時(shí)干燥過程中熱量利用不充分，當(dāng)熱泵干燥時(shí)間較長時(shí)其干燥速率大幅下降，時(shí)間越長能耗越大，導(dǎo)致SMER降低。圖11為初始送風(fēng)溫度取零水平時(shí)的三維曲線。從 圖11可知，保持微波功率這一因素不變，SMER隨熱泵干燥時(shí)間的增大呈先增大后減小的趨勢，而微波功率對SMER的

影響變化不大。其原因可能為在干燥過程中水帶中水在相同時(shí)間內(nèi)所吸收的熱量是一定的，微波功率越大反而會(huì)導(dǎo)致能耗的升高。圖12為熱泵干燥時(shí)間取零水平時(shí)的三維曲線。由圖12可知，保持微波功率這一因素不變，SMER隨初始送風(fēng)溫度的升高呈先增大后減小的趨勢，而微波功率對SMER的影響變化不大。原因與上述相同。

分析表6可知，初始送風(fēng)溫度、熱泵干燥時(shí)間和微波功率3個(gè)因素之間兩兩交互作用對MER的影響顯著。如圖13所示，微波功率取零水平時(shí)，保持其他兩因素中一個(gè)因素不變，MER隨另一因素的增大呈先增大后減小的趨勢，由此可見，在熱泵微波聯(lián)合干燥過程中，兩因素交互作用對MER影響顯著。圖14、圖15分別為初始送風(fēng)溫度和熱泵干燥時(shí)間取零水平時(shí)的三維曲線。由圖14、圖15可知，當(dāng)保持微波功率不變時(shí)，MER隨熱泵干燥時(shí)間的增大呈先增后減的趨勢；而當(dāng)保持熱泵干燥時(shí)間不變時(shí)，MER隨微波功率的升高而變大，說明熱泵微波聯(lián)合干燥時(shí)熱泵干燥時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致整個(gè)干燥過程的時(shí)間變長，MER減小。

分析表7可知，初始送風(fēng)溫度、熱泵干燥時(shí)間和微波功率對[ηen]的影響作用顯著，且3個(gè)因素之間兩兩交互作用影響顯著。圖16為微波功率取零水平時(shí)的三維曲線。由圖16可知，當(dāng)其中一水平保持不變時(shí)，[ηen]隨另一水平的增大呈先升高后降低的趨勢，說明初始送風(fēng)溫度與熱泵干燥時(shí)間的改變致使水帶的干基含水率不同，水帶含水率越低，微波作用力越小，間接導(dǎo)致聯(lián)合干燥過程中微波能量利用率的大小。圖17、圖18分別為初始送風(fēng)溫度和熱泵干燥時(shí)間取零水平時(shí)的三維曲線。從圖17、圖18可看出，微波功率的改變對[ηen]的影響不明顯，說明微波功率增大，能耗也隨之增大，但水帶中水吸收的熱量也隨之增加，導(dǎo)致[ηen]的變化不明顯。

2.2.3 最優(yōu)工況參數(shù)驗(yàn)證及確定

利用Design-Expert8.0.6軟件分析得出熱泵微波聯(lián)合干燥最優(yōu)工況：初始送風(fēng)溫度為42.3 ℃、熱泵干燥時(shí)間為43.45 min、微波功率為1.25 kW。在此工況下得到的SMER為0.642 kg/kWh，MER為1.198 kg/h，[ηen]為65.5%。根據(jù)最優(yōu)工況條件進(jìn)行3組驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，為便于實(shí)驗(yàn)實(shí)際控制與操作，將最優(yōu)工況修正為：初始送風(fēng)溫度為43 ℃，熱泵干燥時(shí)間為44 min，微波功率為1.25 kW。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

分析表8可知，3組驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果所對應(yīng)的指標(biāo)與預(yù)測值相對誤差均小于4%，說明該回歸模型能很好地預(yù)測熱泵微波聯(lián)合干燥工藝參數(shù)，優(yōu)化結(jié)果可靠。

3 結(jié) 論

本文利用響應(yīng)面法優(yōu)化消防水帶熱泵微波聯(lián)合干燥工藝，以SMER、MER、[ηen]為3個(gè)指標(biāo)，分別研究熱泵初始送風(fēng)溫度、熱泵干燥時(shí)間以及微波功率3個(gè)因素對3個(gè)指標(biāo)的影響，確定各因素的影響范圍。利用Design-Expert8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，建立回歸方程，并對熱泵微波聯(lián)合干燥消防水帶工藝進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化，得到聯(lián)合干燥優(yōu)化工藝參數(shù)為：初始送風(fēng)溫度42.3 ℃、熱泵干燥時(shí)間43.45 min、微波功率1.25 kW。在此條件下所做3組實(shí)驗(yàn)取平均得到的SMER為0.658 kg/kWh，MER為1.232 kg/h，[ηen]為63.7%。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果與模型預(yù)測值相近，相對誤差均小于4%，表明熱泵微波聯(lián)合干燥消防水帶工藝優(yōu)化結(jié)果可靠，為消防水帶的干燥提供了參考。

［參考文獻(xiàn)］

［1］ GB 6246—2011， 消防水帶［S］.

GB 6246—2011， Fire hose ［S］.

［2］ 何偉， 儲(chǔ)文峰， 胡中停， 等. 新型太陽能-空氣源熱泵聯(lián)合干燥系統(tǒng)設(shè)計(jì)及枸杞干燥實(shí)驗(yàn)研究［J］. 太陽能學(xué)報(bào)， 2021， 42（12）： 59-63.

HE W， CHU W F， HU Z T， et al. Design of new solar energy and air source heat pump combined drying system and experimental study on Chinese wolfberry drying［J］. Acta energiae solaris sinica， 2021， 42（12）： 59-63.

［3］ 楊祝安， 吳肖望， 錢創(chuàng)， 等. 熱泵微波聯(lián)合干燥技術(shù)研究進(jìn)展［J］. 食品科技， 2018， 43（4）： 43-47.

YANG Z A， WU X W， QIAN C， et al. Research progress of combined heat pump and microwave drying technology［J］. Food science and technology， 2018， 3（4）： 43-47.

［4］ 趙海波， 戴家傲， 喬玲敏， 等. 熱泵微波聯(lián)合干燥對刺參干燥特性和品質(zhì)特性的影響［J］. 煙臺(tái)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)與工程版）， 2018， 31（4）： 329-335.

ZHAO H B， DAI J A， QIAO L M， et al. Influences of combined heat pump and microwave drying on drying characteristics and product quality of sea cucumbers［J］. "Journal of Yantai University （natural science and engineering edition）， 2018， 31（4）： 329-335.

［5］ 儲(chǔ)濤濤， 江陽， 尹勇， 等. 農(nóng)產(chǎn)品微波干燥技術(shù)的應(yīng)用與展望［J］. 安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2022， 28（5）： 151-152.

CHU T T， JIANG Y， YIN Y， et al. Application and prospect of microwave drying technology for agricultural products［J］. Anhui agricultural science bulletin， 2022， 28（5）： 151-152.

［6］ 徐毅鋒， 楊晚生. 微波與熱風(fēng)耦合干燥技術(shù)的研究發(fā) 展現(xiàn)狀［J］. 企業(yè)科技與發(fā)展， 2021（2）： 41-42， 45.

XU Y F， YANG W S. Research and development status of microwave and hot air coupling drying technology［J］. Sci-tech amp; development of enterprise， 2021（2）： 41-42， 45.

［7］ 邢文龍， 楊延辰， 張小燕， 等. 微波聯(lián)合干燥技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域的應(yīng)用［J］. 農(nóng)業(yè)工程， 2021， 11（2）： 69-74.

XING W L， YANG Y C， ZHANG X Y， et al. Application of microwave combined drying technology in field of agricultural products［J］. Agricultural engineering， 2021， 11（2）： 69-74.

［8］ 從艷霞，鄭明明，鄭暢，等.微波技術(shù)在油菜籽加工中的應(yīng)用研究進(jìn)展［C］//中國作物學(xué)會(huì)油料作物專業(yè)委員會(huì)第八次會(huì)員代表大會(huì)暨學(xué)術(shù)年會(huì)綜述與摘要集. 青島， 中國， 2018.

CONG Y X， ZHENG M M， ZHENG C， et al. Research progress on application of microwave technology in rapeseed processing ［C］// Summary and abstract collection of the 8th Member Congress and Academic Annual Meeting of the Oil Crops Professional Committee of Crop Science Society of China. Qingdao， China， 2018.

［9］ 楊博， 王未君， 李文林. 熱泵-微波聯(lián)合干燥技術(shù)研究進(jìn)展［J］. 食品工業(yè)， 2022， 43（7）： 202-206.

YANG B， WANG W J， LI W L. The research progress of heat pump-microwave combined drying technology［J］. The food industry， 2022， 43（7）： 202-206.

［10］ 李莉峰， 葉春苗， 韓艷秋. 正交試驗(yàn)優(yōu)化熱泵-微波聯(lián)用制取蓮藕干工藝條件［J］. 食品工業(yè)， 2020， 41（4）： 82-86.

LI L F， YE C M， HAN Y Q. Optimization of technological condition for producing lotus root with heat pump combined with microwave by orthogonal experiment［J］. The food industry， 2020， 41（4）： 82-86.

［11］ 閆素英， 趙龍， 王群. 太陽能熱泵聯(lián)合系統(tǒng)的枸杞干燥特性與能耗分析［J］. 太陽能學(xué)報(bào)， 2023， 44（12）： 106-112.

YAN S Y， ZHAO L， WANG Q. Drying characteristicsand energy consumptionanalysis of solar heat pump combined system of wolfberry［J］. Acta energiae solaris sinica， 2023， 44（12）： 106-112.

［12］ 王教領(lǐng)， 宋衛(wèi)東， 王明友， 等. 微波熱泵聯(lián)合干燥機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究［J］. 農(nóng)機(jī)化研究， 2016， 38（12）： 161-167， 178.

WANG J L， SONG W D， WANG M Y， et al. The design Of microwave heat pump drying machine and experimental research［J］. Journal of agricultural mechanization research， 2016， 38（12）： 161-167， 178.

［13］ 田冰， 王玲， 彭林， 等. 多指標(biāo)綜合評分法優(yōu)化青花椒熱泵-微波聯(lián)合干燥工藝［J］. 食品研究與開發(fā)， 2019， 40（19）： 149-155.

TIAN B， WANG L， PENG L， et al. Optimization of heat pump-microwave combined drying process for zanthoxylum schinifolium by multi-index comprehensive scoring method［J］. Food research and development， 2019， 40（19）： 149-155.

［14］ 鄭亞琴. 雪蓮果熱泵： 微波聯(lián)合干燥工藝研究［D］. 淄博： 山東理工大學(xué)， 2013.

ZHENG Y Q. Study on combined heat pump and microwave drying technology of yacon［D］. Zibo： Shandong University of Technology， 2013.

［15］ 宋楊， 張國琛， 王彩霞， 等. 熱泵與微波真空聯(lián)合干燥海參的初步研究［J］. 漁業(yè)現(xiàn)代化， 2009， 36（1）： 47-51.

SONG Y， ZHANG G C， WANG C X， et al. Combined heat pump and microwave-vacuum drying of sea cucumber［J］. Fishery modernization， 2009， 36（1）： 47-51.

［16］ 于昊， 劉龍， 李永振， 等. 兩種消防水帶的干燥特性及干燥模型研究［J］. 消防科學(xué)與技術(shù)， 2022， 41（9）： 1268-1273.

YU H， LIU L， LI Y Z， et al. Study on drying characteristics and drying model of two kinds of fire hose［J］. Fire science and technology， 2022， 41（9）： 1268-1273.

［17］ 李永振， 劉龍， 于昊， 等. 中溫閉式熱泵干燥消防水 帶系統(tǒng)的（）分析［J］. 太陽能學(xué)報(bào)， 2023， 44（8）： 189-194.

LI Y Z， LIU L， YU H， et al. Exergy analysis of medium temperature closed-loop heat pump system drying fire hose［J］. Acta energiae solaris sinica， 2023， 44（8）： 189-194.

［18］ 唐榮琪， 劉龍， 黃晨， 等. 基于中溫?zé)岜玫南浪畮Ц稍镅b置性能研究［J］. 可再生能源， 2023， 41（6）： 757-65.

TANG R Q， LIU L， HUANG C， et al. Research on performance of fire hose drying device based on medium temperature heat pump［J］. Renewable energy resources， 2023， 41（6）： 757-765.

OPTIMIZATION PROCESS OF DRYING FIRE HOSE COMBINED HEAT PUMP AND MICROWAVE BY RESPONSE SURFACE METHOD

Liu Long，Hu Zhangpeng，Liu Cuiyu，Lei Xinyu，Shi Hao

（School of Environmental and Municipal Engineering， Qingdao University of Technology， Qingdao 266000， China）

Abstract：In order to solve the problem of slow drying rate and high energy consumption when the fire hose is dried by heat pump， the combined drying method of heat pump and microwave is put forward. A heat pump microwave combined drying experimental platform was designed and built， and a single factor experiment was designed with the initial air supply temperature of the heat pump， the drying time of the heat pump and the microwave power as independent variables， so as to determine the influence range of each factor. On the basis of the single factor experiment， SMER， MER and [ηen] microwave energy utilization rate were taken as indicators. The Box-Behnken center combination experiment was designed and the response surface optimization analysis was carried out. The results show that the optimum process parameters of the combined heat pump microwave drying fire hose are as follows： initial air supply temperature is 42.3 ℃， heat pump drying time is 43.45 minutes and microwave power is 1.25 kW. Under these conditions， SMER is 0.658 kg/kWh， MER is 1.232 kg/h， and [ηen] is 63.7%. The experimental results are close to the predicted values of the model， and the relative errors are less than 4%， indicating that the optimization results are reliable.

Keywords：combined drying； heat pump； microwave； fire hose； response surface method； specific moisture extraction rate