木材热泵干燥窑内的湿度模糊控制模型初探

31张振ia（设通在心男fo南京林业大学木材工业学避博士研究生Allrightsreserved，http://www.cnki.net提出比较先进的多除湿蒸发器干燥热泵设计思想，但要做成多个窑体或连续隧道式窑体，成本高，难以实现产业化推广。有学者研究表明，采用模糊控制的除湿机比采用传统控制系统的除湿机达到设定湿度的时间减少了33.3，功耗下降了8.据此，提出了一种新型的木材热泵干燥系统一一采用模糊控制的、制冷剂流量可变的变风量多除湿蒸发器热泵干燥系统。
该系统具有节能、控制的特点。对于此干燥系统，冷凝器、蒸发器及压缩机的控制策略是核心技术。相对常规热泵干燥系统的机组集中控制，本干燥系统采用冷凝加热器、各个制冷除湿蒸发器与压缩机组独立控制。机组运行时，通过窑内的湿度、温度传感器检测到几个特征湿度、温度量，与干燥基准进行比较，来控制电子膨胀阀的开度，改变制冷剂的流量，进而控制窑内温湿度。
在木材干燥过程中，干燥介质的湿度是影响木材干燥的重要因素。当空气温度一定时，相对湿度越高，脱水能耗比SPC越小，反之，相对湿度越低，脱水能耗比SPC越大。基于此，在一定干燥基准给定的温度区间内，考虑到木材干燥过程中的时间-湿度优化关系（H-S），对木材热泵干燥机组进行湿度调节，从而控制干燥窑内介质状态，保证机组运行状态与给定干燥基准相匹配，运行时间优化，从而在保证干燥质量的情况下，达到能耗低的目的。在除湿蒸发器模糊控制中，相对湿度偏差及变化率的量化因子I和足对其控制性能具有重要作用气此时要求动态特性和稳态特性要好，鲁棒性要强。理论及模拟实验表明，制冷剂流量与阀开度呈强非线性关系。
在制冷空调行业，许多学者对温度控制模型进行了深入探索。1987年Ashrae以四项多项式回归，1988年jima米用非ANN的分段线性回归方法，1989年MacArthur运用AR-MAX时序作为温度控制模型。这些模型是线性关系，稳态性好。1996年F.Blaschke，P.C.Custman和A.A.Clark应用人工神经网络法推得的模型，在空调室内机智能控制系统上取得了很好的效果，温度控制比较。这些模型比较复杂，实现成本较高。为避开空调温度控制模型的这些缺点，采用模糊C-均值划分方法确定所建模型的规则数量及隶属函数，然后用小二乘法算出模型的后件参数，从而得出干燥窑内湿度控制模相互耦合具有较大的适应能力，从而建立起H-S湿度控制模型。
1湿度模糊控制干燥热泵特点在传统的干燥热泵中，一般只使用一个蒸发器、一个冷凝器的结构（），压缩机以单台定频传统除湿机系统图居多。压缩机运行一般只有开和关两位控制。这种系统由于传热温差较大，拥损失大，能量利用率相X寸低。在传统木材干燥热泵中，通过除湿蒸发器的空气量是不变的，但木材除湿（热泵）干燥是变工况的，随木材干燥过程的进行，窑内温度逐步由低温转变到高温，此时若通过除湿蒸发器的风量不变，则随工况变化，后期有可能到达除湿量为零的状态，甚至使回收的能量低于热泵能耗。有学者在研究水果和其他种类热泵除湿干燥时，提出了佳旁通率（BAR）的概念。国内木材干燥领域学者也指出对应于每种空气状态9），都有一佳空气旁通率i，但佳旁通率在实际除湿过程中难以掌握。由此设计出新的多蒸发器除湿热泵干燥系统原理如。
在系统中，设置3个除湿蒸发器，均使用电子膨胀阀控制。3个蒸发器对应的风机均为直流调速磷9盗模型对|！动各除湿蒸发lishil|l根据科参数投入运行的蒸发器数量和状态以及风量，从而达到合适旁通率和适宜窑内空气介质状态。
应用模糊控制模型建立的该木材干燥热泵系统与传统热泵干燥系统有着很大区别。首先蒸发器数量多且每个蒸发器独立控制，运行状态不一定完全相同。各蒸发器根据各自接受到窑内控制规则参数和调节自己的电子膨胀阀的开度以调节该蒸发器制冷剂流量，从而调节该蒸发器的蒸发温度，同时在蒸发器的高低压侧分别设有分液器和集汽器，起均压作用。从干燥的中期到后期，在一定参数条件下，会有一个或两个蒸发器的电子膨胀阀关闭，进入通风状态，起旁通作用。这样尽可能减少换热温差，减少嫌损失，提高拥效率。
每个蒸发器的风机采用变频控制，根据窑内控制规则参数来调节风量。压缩机则根据各蒸发器的运行状况调节自己的转速，从而调节系统总的制冷剂流量，使压缩机的输出功率与负荷变化实时匹配，从而实现节能。由于采用变频风机，使旁通风量即旁通率随窑内空气参数变化实时调节，保持佳旁通率状态，实现节能。对于采用单蒸发器，在后期采用旁通阀旁通流过蒸发器的空气的木材干燥热泵，容易造成通过蒸发器的气流速度变化过大，传热温差变化也大，从而引起传热过程期损失大，前期阻力损失大，噪音也大，不利于节能和环保。
应用模糊控制的该木材干燥热泵机组由于采用了多蒸发器，进行变频调节制冷剂流量和通过每个蒸发器的风量。在每个时刻，都可以按照SPC低的原则运行，实现了节能。
2干燥窑内湿度控制模型根据证明，按下面聚类算法可保证且4>2>|3，但设定相同的阀值A，如对*4，如果ll/W-p义，贝IJ蒸发器1的电子膨胀阀开度值为零，蒸发器1退出除湿运行，进入通风状态，起旁通作用，之前则根据计算的电子膨胀阀开度值调整制冷剂流量和蒸发温度；蒸发器2的运行模式与前述相同。
在木材除湿干燥过程中，单纯加开除湿机的时间不一定能加除湿量和节能效果，必须掌握好开除湿机的时间。因此，对奶设定有压缩机停止运转，系统进入待机状态，直到值恢复到某一设定值，系统重新开机。由以上比较分析可以看出，基于H-S湿度模糊控制模型的上述木材干燥热泵系统能够做到使各蒸发器能够根据检测到的窑内参数和预设的干燥基准自动独立判断自己的运行状态，如蒸发温度、电子膨胀阀开度、风机运行状态，从而能够保证在干燥初期，3个蒸发器都全负荷投入运行。在运行一段时间后，随着窑内状态变化，某个蒸发器根据检测到的湿度参数，按照处C优化的原则调整自己的运行状态。
在一定湿度条件下，电子膨胀阀关闭，该蒸发器进入通风状态，起旁通作用，按该状态下佳旁通率i调节风机转速，控制旁通风量。其余蒸发器继续运行，期间根据窑内状态调节各自的电子膨胀阀开度和风机转速，直到第二台蒸发器退出制冷运行，进入通风状态，继续按优状态运行。在此调节过程中，压缩机会根据各室内蒸发器的运行状况自动调节转速，改变制冷剂流量，与窑内负荷实时匹配。
4结论将聚类中心的矩阵（一个3*2的矩阵）和由式（11）至式（14）计算的。，…，存入单片机该湿度模糊控制模型可以用少量的规则逼近非线性函数，动态特性和稳态特性好，鲁棒性强，对窑内湿度控制的扰动、耦合适应能力强。该设计可用于多蒸发器变风量木材热泵除湿系统的系统设计，也为其他使用电子膨胀阀的木材干燥热泵机组的设计提供依据，实现节能。