《Applied Sciences》：Investigation of Reactor Building Structural Integrity: Heavy Equipment Fall onto Reinforced Concrete Structures
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研究人员对一种红外（IR）–热泵（HP）联合干燥系统在竖直悬挂海带干燥中的性能进行了研究，设置了四种运行条件，包括单独红外干燥（IR）以及三种不同除湿强度（低、中、高，分别记为IR–HP-L、IR–HP-M和IR–HP-H）的热泵辅助干燥条件。在固定的标称红外
研究人员对一种红外（IR）–热泵（HP）联合干燥系统在竖直悬挂海带干燥中的性能进行了研究，设置了四种运行条件，包括单独红外干燥（IR）以及三种不同除湿强度（低、中、高，分别记为IR–HP-L、IR–HP-M和IR–HP-H）的热泵辅助干燥条件。在固定的标称红外功率密度和气流条件下，评估了热泵运行对干燥动力学、能量性能和产品品质的影响。结果表明，热泵的引入有效降低了循环空气的湿度，并加速了水分去除，且未显著改变干燥温度。干燥时间从IR条件下的6.00 h分别缩短至IR–HP-L、IR–HP-M和IR–HP-H条件下的5.25、4.65和4.40 h。然而，将热泵强度从中等提高到高等所带来的改善相比额外的压缩机能量输入较为有限。比能耗（SEC）从IR条件下的7.46 kWh·kg?1（水）降低至IR–HP-M条件下的5.82 kWh·kg?1（水），但在IR–HP-H条件下又升至6.05 kWh·kg?1（水）。薄层干燥模型与实验水分比曲线具有良好的吻合性，模型评估表明拟合精度应与模型复杂度一并考虑。品质评估显示，IR–HP-M在颜色保持、复水性能、水分均匀性和机械特性方面提供了较优的平均值，尽管各项品质指标的统计学显著性需基于批次间变异性进行解释。纳入干燥效率、能量利用和品质特性的综合性能评估表明，在所测条件下IR–HP-M是一个较优的折中选择。敏感性分析进一步表明，优选运行条件取决于权重方案和归一化方法。这些结果为红外辅助干燥高水分片状海洋生物质时选择合适的热泵除湿强度提供了实验依据。
海带（Saccharina japonica）是一种典型的高水分片状海洋生物质，收获后若不及时脱水，极易发生组织软化、微生物滋生和品质劣变，因此干燥是储存、运输和后续加工中的关键单元操作。传统自然晾晒虽设备投资低，但高度依赖环境温度、相对湿度与风速，导致周期长、过程可控性差；常规热风干燥虽可调控温度和时间，但依靠空气对流传递热量时，若干燥室内气流不均或湿空气不能及时排出，会在局部形成高湿区，增加外部传质阻力，造成干燥速率下降、能耗升高以及局部过干与残余水分并存。红外干燥通过辐射将能量直接传递至物料表面及近表面，升温快、热路径短，但主要强化热输入，无法独立解决蒸发产生大量水蒸气的移除问题。热泵干燥利用制冷循环对湿空气冷凝除湿，并回收部分潜热，在相对温和的温度下实现连续除湿和热回收，但单独使用时初期加热速率有限且压缩机引入额外能耗。因此，将红外快速加热与热泵主动除湿结合，并确定合适的热泵运行强度，是提高高水分片状海洋生物质干燥效率与能量利用率的可行途径。
在前期开发的竖直悬挂红外干燥平台基础上，本研究集成热泵除湿与再热单元，构成闭环红外-热泵联合干燥系统。在固定标称红外功率密度（1.2 kW·m
?2）和气流速度（3.0 m·s
?1）下，以单独红外干燥（IR）为对照，比较低、中、高三种热泵除湿强度（IR–HP-L、IR–HP-M、IR–HP-H）对干燥动力学、能量性能与产品品质的影响，以期阐明快速辐射加热与低湿空气控制之间的协同机制，并为联合干燥工艺设计提供实验依据。
样品来自辽宁大连当地养殖区的鲜海带（Saccharina japonica），选取无损伤、厚度相对均匀的叶片中央区，切成300±5 mm×80±3 mm、平均厚度2.6±0.3 mm的试样，初始湿基含水率约80.2%。每种条件进行3个独立批次实验，共12批。系统采用分项电表独立计量红外模块、热泵压缩机、循环风机及辅助设备的电能消耗，并据此计算比能耗（SEC）和单位能耗除湿量（SMER）。使用在线称重和温湿度传感器记录样品质量及空气状态，采用Lewis、Henderson–Pabis、Page和Midilli四种薄层干燥模型拟合水分比（MR）曲线，以AICc评价模型复杂度。品质指标包括CIELAB色差、固定时间复水增重、纵向水分分布及拉伸特性，并采用单因素方差分析与Tukey检验进行统计比较，通过综合性能指数（CPI）和敏感性分析进行总体评价。
3.1 温度与湿度趋势及热泵除湿特性：热泵除湿主要影响循环空气湿度，各处理平均温度均在58.2–59.1 °C之间，差异较小，表明热泵未显著改变红外加热所建立的热环境。平均相对湿度从IR条件下的48.7%逐渐降至IR–HP-H条件下的34.6%；冷凝水回收率从IR–HP-L的62.0%升至IR–HP-H的87.1%，但从中等强度到高强度时增幅趋缓，表明进一步增加除湿能力带来的空气侧收益逐渐有限。
3.2 干燥动力学与薄层模型拟合：与IR相比，热泵辅助干燥显著缩短了达到目标含水率所需的时间，IR为6.00 h，IR–HP-L、IR–HP-M和IR–HP-H分别为5.25、4.65和4.40 h；平均干燥速率较IR分别提高约14.4%、29.1%和36.5%。Page模型对各条件的水分比曲线拟合良好，其特征时间随除湿强度增加而减小。然而，从IR–HP-M到IR–HP-H，干燥时间仅进一步缩短约5.4%，表明高除湿强度的动力学增益开始递减。
3.3 能耗与能量效率：系统总能耗在IR下最高（19.65 kWh），IR–HP-L和IR–HP-M分别降至16.80和15.33 kWh，而IR–HP-H回升至15.93 kWh。SEC从IR的7.46 kWh·kg
?1降至IR–HP-M的5.82 kWh·kg
?1，但在IR–HP-H回升至6.05 kWh·kg
?1；SMER呈先升后降趋势，IR–HP-M最高。能量构成分析显示，红外加热占比下降而压缩机占比上升，说明能耗节省来自运行时间的缩短而非单机功率下降。
3.4 品质保持、干燥均匀性与结构完整性：IR–HP-M在总色差（ΔE）、复水增重（RR）、水分分布变异系数及拉伸性能方面均呈现较优的平均值，但统计显著性受批次间变异限制。IR–HP-H虽然干燥时间最短，但未带来额外的品质改善，局部收缩反而增加，表明过强的除湿可能加剧瞬时水分梯度。
3.5 过程、能量与品质指标间的探索性关系：基于12个独立批次的Pearson相关分析显示，平均相对湿度与干燥时间、SEC等指标存在统计关联，但因样本量有限，仅视为探索性结果，不推断因果关系。
3.6 综合性能与敏感性分析：在主要权重方案下，IR–HP-M的CPI最高（0.948），IR最低（0.000）。敏感性分析中，采用min-max归一化时，IR–HP-M在97.3%的权重组合中排名第一；采用比率归一化时该比例为75.1%，且时间优先权重下IR–HP-H可能略优。因此，优选条件依赖于评价目标和归一化方法。
3.7 对动态热泵控制的启示与研究局限：固定条件比较表明，压缩机容量应与随干燥进程变化的除湿需求匹配，研究人员据此提出了基于在线质量损失估算干燥率的分段调节策略，但该策略未在本研究中实验验证。本研究为实验室规模，未考察红外强度、风速、装载密度等因素的交互作用。
讨论部分指出，高强度除湿虽然进一步缩短了干燥时间，但额外的压缩机能耗使总能耗和SEC上升，边际收益递减；因此，动态调节压缩机运行可能进一步改善能效。研究结论可概括为：热泵集成主要通过降低循环空气湿度、增强外部传质驱动力来提升红外干燥性能，并未显著改变干燥温度；增加除湿强度可加速水分去除，但高强度的额外能耗使其不具备最优能量性能；薄层模型评估需兼顾拟合精度与模型复杂度；综合干燥效率、能量利用与品质特性，IR–HP-M是测试条件下的较优折中方案；优选条件依赖于权重与归一化方法。该实验室尺度结论为后续扩大试验和工业应用提供了基础，但需进一步研究。
