1热泵干燥技术
1.1热泵技术原理
热泵循环由四大部件组成：蒸发器、节流阀、冷凝器和压缩机。热泵工质经过压缩成为高温高压的气体，在冷凝器中对外释放大量潜热和部分显热，成为高温高压液体，经节流阀降温降压后，成为低温低压的液体，在蒸发器侧吸收外部热量蒸发，变为低温低压的气体，回到压缩机进行再次循环。蒸发器与冷凝器中的工质温差越小，则系统制热系数越高。通常1份压缩机所耗电能可转换成3—4份冷凝器释放的热量，因而具有较为显著的节能特性。
1.2热泵干燥系统
1.2.1开路循环系统
开路循环系统是最为简单的典型热泵烘干系统，由热泵系统、干燥室和供气系统组成。其中热泵系统为烘干系统提供热量，管道和风机组成供气系统，进气吸收热泵冷凝器释放的热量，高温干燥气体在干燥室中吸收物料的水分，变为高湿度气体，经热泵蒸发器放热后直接排放至环境中。由于热泵蒸发器回收干燥废热，节能效果明显。
1.2.2闭路循环系统
闭路循环与开路循环系统流程基本相同，只是降温析出冷凝水后的低湿度气体不再排放入环境，而是进入冷凝器中吸热，变为高温干燥气体再次进入干燥室。在环境温度较低的场合，该系统更加节能。全闭路循环可采用氮气、二氧化碳等气体充当干燥气体，从而避免高温空气与物料发生氧化、变色等问题。此外，还可根据参数调节需要，在蒸发器前侧或后侧，进行部分空气回收。
2热泵干燥技术的应用
2.1热泵设备的改进
为了实现更好的中药材干燥效果，通过逐步改进热泵干燥的控制系统、循环模式、制冷或干燥工质等方法，提高热泵干燥技术的效率和技术水平。在实际干燥过程中，有很多不稳定因素难以准确控制，设计开发了干燥室温湿度和风量全程监控系统，并将模糊控制与PID控制器结合，增强了热泵干燥系统对不稳定因素的适应性。不同的循环模式对除湿效果也有影响，在比较了不同循环模式对除湿效果的影响后，发现开路式、半开路式热泵干燥循环中，系统的单位能耗除湿量较高；在闭路式热泵干燥循环过程中，当BAR=0.4，单位能耗除湿量比其它几种运行方式都高，可达1.57。
不同性质的物料对工质的要求也不尽相同。给出了空气、氮气、二氧化碳、氩气、氢气、氦气等6种干燥工质的热物性数据及其计算方程，并分析了它们的适用条件。空气最为常用，当物料不含有易燃易氧化成分时即可采用；氮气属惰性工质，当材料中含有易燃易氧化成分时，氮气为首选工质；当干燥物料需要较多工质时可选用二氧化碳，以减少设备能耗；氩气适于以导热为主给物料传递热、由介质循环带走水分的热泵装置；当物料要求低温短时间干燥时，氢气工质最适合；氦气与氢气条件相似，但安全程度比氢气高，无燃烧爆炸的危险。这些为热泵干燥系统选择适宜的干燥介质提供了很好的参考。
为了减轻操作人员的工作量，需将设备的自动化程度进行提升。依据果蔬热风干燥特性和热泵干燥的特点，研制出果蔬热泵干燥系统和计算机调控装置。将热泵干燥技术、自动检测控制技术、SCADA技术融合，开发出一套由热泵干燥装置、数据采集与监控系统组成的热泵干燥监控系统，改善了干燥试验过程中的监控方式，提高了试验的精确性和效率，极大减轻了工作人员的劳动负荷。
2.2热泵干燥工艺的优化
影响热泵干燥工艺的因素有风速、温度、相对湿度、载物量、风量、循环模式、物料形状等，其中干燥风速、干燥温度、相对湿度为主要因素。在诸多因素交互作用条件下，学者针对不同物料的干燥工艺参数进行了优化，并建立了数学模型。以热泵恒温干燥箱研究核桃干燥特性，发现温度对核桃干燥速率影响较大，在干燥初期风速对干燥速率影响较大，对实验数据进行拟合证实核桃热泵干燥符合Page模型。对桑叶的批量干燥研究，得出优化工艺参数为干燥温度64.20℃、风速2.40m/s、热烫时间2.0min、干燥2.25h。以新鲜山药为原料，研究其热泵干燥特性及数学模型，发现山药热泵干燥符合Page模型。研究了生地的热泵干燥特性，并得到优化工艺参数条件为干燥温度49.8℃、风速2.67m/s、生地切片厚度3.5mm，该工艺下生地梓醇损失率最小，仅为10.2%。
2.3热泵干燥在品质控制方面的优势
热泵干燥技术在中药材有效成分、产品复水性、色泽等品质控制方面优势明显，而普通热风干燥的产品有效成分流失较多，色泽一般，品质下降严重，所以在干燥有效成分挥发性强的物料时，热泵干燥为首选干燥技术。对黄花菜热泵干燥前后的香气成分进行比较分析，结果表明主要香气成分一致，烷烃类物质相对含量大幅度减少，烯类物质完全消失及酮类物质大量生成；干制黄花菜含水量为95.3g/kg，感光品质良好，色泽金黄，无虫蛀和霉变，有黄花菜固有的香味，无异味，能长期保存，较普通自然干燥品质有很大提升。通过优化金银花的干燥工艺，提高了金银花干燥综合品质，同时发现气调热泵干燥金银花也有较好的品质。
2.4热泵干燥在能源利用率方面的优势
能耗问题通常是评价干燥设备系统性能的重要指标之一，高能耗带来的高成本导致干燥物料成本增加而成为企业负担，而热泵干燥技术在能耗方面较其他干燥技术具有明显的节能增效优势。对骏枣进行新型热泵干燥试验验证，结果表明相对于制冷工质为R32、R134a、R290的闭路式热泵干燥系统，新型热泵干燥系统的小时耗电量分别降低了9.73、8.78和9.31kW；相对于燃煤烤房，每吨干枣可节约成本约38元，并且污染物排放明显减少。
2.5热泵干燥与其他干燥方式联合应用
采用单一干燥方式有时无法满足干燥产品的节本增效和品质控制，将多种干燥方法结合或分阶段采用不同干燥方式已成为农产品干制生产的发展趋势。在干燥的前期采取热泵低温除湿干燥，后期采用远红外加热干燥，利用红外加热速度快、穿透性强的特性，达到缩短传热距离、提高干燥效率的效果，干燥金银花的结果显示产品品质显著上升。对比单一热泵和远红外辅助热泵干燥对铁棍山药片干燥品质的影响，表明联合干燥可显著提高干燥品质。设计出了一种基于太阳能热泵的当归干燥室并进行了仿真分析，较普通干燥室干燥速率有所提升，产品质量明显提高。研究表明，超声波-热泵协同干燥可以加快红枣干燥速率。综上所述，多种干燥手段的联合使用，较单一干燥方式在能效方面有明显的优势。
展望
中药材初加工的目的就是要在最大限度保留药材主效成分的同时，将药材含水量控制在合理范围，达到防劣变减损耗，利于贮藏和深加工。热泵干燥技术具有节能环保、品质可控等优点，它的普遍应用将助推中药材产业提质增效。但热泵干燥设备成本较高，中小微企业和种植户采购有困难，技术人员对设备难以及时维护。因此在提高干燥效率、降低设备成本、增强自动化智能化程度方面有待进一步研发。
参考文献
［1］高萌。低温环境下热泵热风干燥藏药性能试验［J］。农业工程学报，2020（21）：316-322.
［2］陈壮耀。低温热泵干燥工艺对桑葚品质的影响研究［D］。华南农业大学，2016.