基于關(guān)聯(lián)規(guī)則的熱泵洗碗機(jī)干燥過程特性研究

余新宇 巫江虹 于仙毅

(1 華南理工大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院 廣州 510641；2 榮耀終端有限公司 深圳 518000)

干燥行業(yè)每年都要消耗大量能源，約占整個工業(yè)能耗的12%[1-2]。相比于傳統(tǒng)干燥方式，熱泵干燥技術(shù)具有高能效比以及降低大氣污染物和溫室氣體排放的顯著優(yōu)勢，在干燥領(lǐng)域受到重視[3]。熱泵干燥技術(shù)的核心是熱泵系統(tǒng)，將熱泵系統(tǒng)提供的熱量輸送至干燥室內(nèi)，加熱內(nèi)部的濕熱空氣，以達(dá)到空氣除濕及物料干燥的目的，該技術(shù)廣泛應(yīng)用于物料干燥領(lǐng)域[4]。本文的研究對象是熱泵洗碗機(jī)干燥系統(tǒng)。

洗碗機(jī)熱泵干燥相比其它傳統(tǒng)干燥技術(shù)具有較大的節(jié)能潛力。胡斌等[5]就高溫?zé)岜眉夹g(shù)對國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)行分析總結(jié)，認(rèn)為該技術(shù)具有廣泛應(yīng)用前景且節(jié)能效果良好。P. Bengtsson等[6]開發(fā)了具有熱泵系統(tǒng)的洗碗機(jī)瞬態(tài)仿真模型，對壓縮機(jī)排量和運(yùn)行時間進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明熱泵干燥相比傳統(tǒng)熱電干燥可減少24%的總能耗。董偉等[7]通過實(shí)驗(yàn)研究對比了4種運(yùn)行工況下熱泵洗碗機(jī)與電加熱洗碗機(jī)的COP，結(jié)果表明前者性能均優(yōu)于后者。有學(xué)者對熱泵干燥系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化進(jìn)行了探索，白旭升等[8]研究了香菇熱泵干燥影響因素，得到了提升干燥效果的相關(guān)干燥條件，并建立香菇熱泵干燥動力學(xué)模型，沈九兵等[9]設(shè)計(jì)并開發(fā)了一種單級/復(fù)疊雙制熱式熱泵干燥系統(tǒng)樣機(jī)，針對不同環(huán)境溫度變化而切換不同的運(yùn)行模式，滿足系統(tǒng)的干燥供熱需求。

綜上所述，洗碗機(jī)熱泵干燥系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化具有一定的可行性，但熱泵干燥系統(tǒng)性能的影響因素眾多，運(yùn)行工況、洗碗機(jī)的流路設(shè)計(jì)、洗碗機(jī)內(nèi)碗碟布置方式、環(huán)境參數(shù)等眾多因素對熱泵干燥性能相互影響，使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和理論的研究方法工作量巨大，很難快速準(zhǔn)確地找出相關(guān)的影響因素和規(guī)律。隨著數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的興起，該技術(shù)也逐漸在制冷領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。陳煥新等[10]綜述了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在制冷空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用，如故障診斷、能耗預(yù)測等，表明該技術(shù)在制冷行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。Zhang Chaobo等[11]提出一種改進(jìn)的關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法，對某商業(yè)建筑冷水機(jī)組進(jìn)行挖掘，發(fā)現(xiàn)將數(shù)據(jù)挖掘方法應(yīng)用在制冷領(lǐng)域是可行的。Yu Zhun等[12]運(yùn)用關(guān)聯(lián)規(guī)則方法對某建筑空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行挖掘，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在能源浪費(fèi)和設(shè)備故障，并提出節(jié)能策略。龔麒鑒等[13]建立基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的變頻壓縮機(jī)功率預(yù)測模型，并使用粒子群算法對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的初始閾值和權(quán)值進(jìn)行尋優(yōu)，結(jié)果表明該模型具有較好的預(yù)測能力。

基于以上分析，本文利用團(tuán)隊(duì)前期搭建的洗碗機(jī)熱泵干燥實(shí)驗(yàn)平臺測試數(shù)據(jù)，分析洗碗機(jī)干燥效果與熱泵系統(tǒng)能效關(guān)系，進(jìn)行熱泵干燥系統(tǒng)的運(yùn)行特性關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘分析，提出節(jié)能運(yùn)行策略，以達(dá)到在保證洗碗機(jī)干燥效果的前提下降低系統(tǒng)耗電量的研究目標(biāo)。

1 數(shù)據(jù)挖掘框架

為了挖掘和分析洗碗機(jī)干燥性能及運(yùn)行影響因素之間的關(guān)系，基于數(shù)據(jù)挖掘方法建立研究框架，圖1所示為熱泵干燥項(xiàng)目數(shù)據(jù)挖掘完整流程示意圖，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘分析、知識解釋三部分[14]。

圖1 數(shù)據(jù)挖掘整體框架

數(shù)據(jù)預(yù)處理是數(shù)據(jù)挖掘流程中的第一步也是非常重要的一步，數(shù)據(jù)處理結(jié)果的質(zhì)量影響后續(xù)挖掘結(jié)果的好壞，本文的數(shù)據(jù)預(yù)處理包括：數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)清洗和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換[15]。

關(guān)聯(lián)規(guī)則方法是數(shù)據(jù)挖掘中一種常用的無監(jiān)督算法，該算法能夠通過設(shè)定相關(guān)閾值生成頻繁項(xiàng)集，進(jìn)而找到數(shù)據(jù)項(xiàng)之間的強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則[16-18]。關(guān)聯(lián)規(guī)則的表達(dá)形式為X→Y，其中X、Y分別為前提(lhs)和結(jié)果(rhs)。本文選用最常用的關(guān)聯(lián)規(guī)則算法——Apriori算法[19-20]。

知識解釋是利用專家知識進(jìn)一步分析所挖掘出的強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，從中提煉出有指導(dǎo)價值的信息。本文以運(yùn)行參數(shù)與干燥系統(tǒng)耗電量為目標(biāo)導(dǎo)向，進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則的篩選并提取有價值的信息，然后在信息提取的基礎(chǔ)上對結(jié)果進(jìn)行后挖掘，得到節(jié)能運(yùn)行策略。

2 熱泵洗碗機(jī)關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘

2.1 測試系統(tǒng)及數(shù)據(jù)獲取

實(shí)驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)焓差室中進(jìn)行，系統(tǒng)如圖2所示為一洗碗機(jī)熱泵干燥系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)使用了4類標(biāo)準(zhǔn)測試餐具：陶瓷、玻璃、塑料和金屬餐具，共150個。實(shí)驗(yàn)中每次干燥測試熱泵系統(tǒng)壓縮機(jī)均運(yùn)行30 min進(jìn)行餐具干燥，之后對干燥效果進(jìn)行評估。表1所示為設(shè)置的平均干燥指數(shù)，參考于洗碗機(jī)測試標(biāo)準(zhǔn)。為保證評分的嚴(yán)謹(jǐn)性，所有餐具評分均由一人完成，干燥指數(shù)得分越高干燥效果越好。

圖2 洗碗機(jī)實(shí)物圖

表1 平均干燥指數(shù)

圖3所示為熱泵洗碗機(jī)干燥系統(tǒng)，其干燥原理簡單理解為：在干燥階段，洗碗機(jī)內(nèi)部的濕空氣與蒸發(fā)器換熱，溫度降低至露點(diǎn)溫度而析出水分，接著干空氣流經(jīng)冷凝器被加熱為高溫干空氣，然后高溫干空氣進(jìn)入洗碗機(jī)吸收各類餐具表面的水分，最后再次進(jìn)入風(fēng)道構(gòu)成熱風(fēng)循環(huán)。此過程循環(huán)進(jìn)行，直至將洗碗機(jī)內(nèi)部的餐具全部干燥。實(shí)驗(yàn)過程中采集了大量洗碗機(jī)干燥數(shù)據(jù)以及熱泵系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，用于后續(xù)的干燥性能影響因素挖掘[21]。

圖3 熱泵洗碗機(jī)系統(tǒng)原理

實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)包含焓差室監(jiān)測數(shù)據(jù)、熱泵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)以及干燥實(shí)驗(yàn)評分?jǐn)?shù)據(jù)。其中焓差室監(jiān)測數(shù)據(jù)主要為環(huán)境工況、系統(tǒng)功耗等；熱泵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)包括系統(tǒng)各主要部件前后的溫度、壓力等；干燥評分是由專業(yè)人員對參數(shù)的干燥水平進(jìn)行評分，有整體干燥評分和各類餐具的單獨(dú)評分。焓差室監(jiān)測數(shù)據(jù)以及熱泵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的采集間隔均為5 s，而干燥評分?jǐn)?shù)據(jù)是在每次干燥實(shí)驗(yàn)結(jié)束時進(jìn)行一次評定。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理及結(jié)果

按照數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟，對原始數(shù)據(jù)集進(jìn)行集成、清洗。首先，將來自不同測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成處理，獲得集成數(shù)據(jù)集。然后，對缺失值進(jìn)行剔除或插補(bǔ)，對無用的異常值進(jìn)行剔除，得到清洗后的集成數(shù)據(jù)集。

對數(shù)據(jù)集進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換。將溫度、功耗等連續(xù)性數(shù)值型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為事項(xiàng)型數(shù)據(jù)，即數(shù)據(jù)離散化，也稱數(shù)據(jù)分箱。常用的連續(xù)型數(shù)據(jù)離散化方法有等寬劃分、等頻劃分和聚類劃分。采用等寬劃分的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分箱，首先需要知道每一個連續(xù)性參數(shù)的最大值和最小值，然后在最大-最小值之間進(jìn)行等寬劃分，按照相同的區(qū)間寬度將數(shù)據(jù)分成幾等分，該方法操作簡單，且能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行良好的離散表達(dá)。

注意劃分寬度由每一段的數(shù)據(jù)量決定，盡量使每段數(shù)據(jù)量差異較小。基于同樣的劃分思想，將所有的連續(xù)性參數(shù)進(jìn)行等寬劃分，得到完整的事項(xiàng)集。由于實(shí)驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)時間的限制，本文進(jìn)行了23次完整的干燥實(shí)驗(yàn)，采集了包括熱泵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)、環(huán)境工況、供風(fēng)方式以及計(jì)算參數(shù)等總計(jì)35個特征，組成了本次關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘所需的整體事項(xiàng)集。表2所示為部分特征參數(shù)的數(shù)據(jù)分箱結(jié)果，其中熱泵系統(tǒng)制冷劑標(biāo)準(zhǔn)充注量為550 g，環(huán)境溫度的波動范圍為5～45 ℃。

表2 特征分箱(部分)

2.3 關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘結(jié)果及分析

經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理獲得整體事項(xiàng)集，使用Apriori算法進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘，該算法需要人為給定兩個參數(shù)：最小支持度(minSup)、最小置信度(minConf)。本文通過對數(shù)據(jù)的探索，最終設(shè)置參數(shù)為minSup= 0.01和minConf= 0.2，參數(shù)取很小值是受制于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的限制，由于個別實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行的測試較少，若要找到所有條件下對應(yīng)的規(guī)則，需要取較小的閾值。使用這兩個參數(shù)對事項(xiàng)集進(jìn)行挖掘得到關(guān)聯(lián)規(guī)則集，為了保證每條規(guī)則都有意義，還應(yīng)對提升度(Lift)進(jìn)行限制，本文取minLift= 1.02，關(guān)聯(lián)規(guī)則長度限制為2，最終得到523條關(guān)聯(lián)規(guī)則，下面將展開對關(guān)聯(lián)規(guī)則解釋。

受到手機(jī)網(wǎng)絡(luò)影響，學(xué)生群體求知方式發(fā)生改變，很多知識點(diǎn)網(wǎng)上搜索一下就有，學(xué)生不引起重視。老師布置作業(yè)，學(xué)生多數(shù)依葫蘆畫瓢，并沒真正掌握寫作要領(lǐng)，往往在日后工作中碰壁。

2.3.1 干燥指數(shù)間關(guān)聯(lián)規(guī)則分析

干燥指數(shù)包括整體干燥指數(shù)和各類餐具的干燥指數(shù)，在整體關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘結(jié)果中提取各類餐具干燥指數(shù)與整體干燥指數(shù)間的關(guān)聯(lián)規(guī)則，目的是為了獲得與整體干燥指數(shù)關(guān)聯(lián)度最大的某類餐具的干燥指數(shù)，進(jìn)而可以只針對此類餐具進(jìn)行后續(xù)的干燥指影響因素分析。從整體的規(guī)則集中提取的干燥指數(shù)間規(guī)則如表3所示。

表3 干燥指數(shù)間關(guān)聯(lián)規(guī)則表

由表3可知，整體干燥指數(shù)越高，各類干燥指數(shù)也相應(yīng)高，反之結(jié)果也大體成立，但仍存在一些反常的規(guī)則，如表3中的規(guī)則1、12，該規(guī)則表達(dá)的是當(dāng)金屬類餐具干燥指數(shù)處于較優(yōu)水平時，而整體干燥指數(shù)卻處于較差水平，且該規(guī)則的支持度和置信度均較高，所以并非隨機(jī)因素導(dǎo)致的結(jié)果，以下對該結(jié)果進(jìn)行分析。

為了解釋各類餐具與整體的干燥指數(shù)的具體關(guān)系，對干燥指數(shù)進(jìn)行可視化顯示，圖4所示為各類干燥指數(shù)的分布情況。對4類餐具干燥指數(shù)進(jìn)行分析，其中金屬(Dry_idx_me)和玻璃(Dry_idx_gl)餐具的干燥指數(shù)分布集中且均處于高水平，說明這兩類餐具干燥效果較好；而陶瓷(Dry_idx_ce)和塑料(Dry_idx_pl)餐具干燥指數(shù)分布較為分散，在不同的測試實(shí)驗(yàn)中干燥得分相差巨大。由此得出一個關(guān)鍵的知識：該洗碗機(jī)熱泵干燥系統(tǒng)的性能好壞受到內(nèi)部被干燥餐具材料類型的影響，對于金屬和玻璃材料具有較好的干燥效果，而對陶瓷和塑料材料的干燥效果不顯著，因此該洗碗機(jī)所要克服的困難主要集中在陶瓷和塑料餐具干燥效果的提升，可將提升整體干燥指數(shù)的目標(biāo)轉(zhuǎn)移到提升陶瓷和塑料材料餐具的干燥指數(shù)。

圖4 各類干燥指數(shù)箱型圖

2.3.2 干燥指數(shù)影響因素提取

基于上一小節(jié)干燥指數(shù)間關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘結(jié)果分析，可先進(jìn)行關(guān)聯(lián)規(guī)則篩選再分析干燥指數(shù)與影響因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系。陶瓷和塑料餐具對整體干燥效果具有較大的影響，所以可篩選出干燥指數(shù)影響因素對這兩種材料干燥指數(shù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則代替整體的關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行分析，在不影響總體挖掘效果的情況下，減少了不同影響因素事項(xiàng)的冗余。

圖5 lhs=>Dry_idx_ce關(guān)聯(lián)規(guī)則

圖6 lhs=>Dry_idx_pl關(guān)聯(lián)規(guī)則

由圖5和圖6可知，影響干燥指數(shù)的因素眾多，如制冷劑充注量，各測點(diǎn)溫度、壓力，系統(tǒng)功耗，供風(fēng)方式和環(huán)境溫度等。其中熱泵系統(tǒng)各測點(diǎn)溫度變化、壓力變化等屬于熱泵系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，一般只受系統(tǒng)初始條件的影響，所以在分析干燥性能影響因素時可將此類因素排除。因此，本文重點(diǎn)考慮外部可操作因素對干燥指數(shù)的影響，通過調(diào)節(jié)相關(guān)外部條件，可以達(dá)到提升干燥效果及節(jié)能優(yōu)化的目的。由上述關(guān)聯(lián)規(guī)則可知，能夠?qū)Ω稍镄Ч麡?gòu)成影響且可人為控制的變量有制冷劑充注量(M)、環(huán)境溫度(Tsu)和供風(fēng)方式(W_air)，因此主要分析以上三個因素對干燥指數(shù)的影響。

2.3.3 影響因素與干燥指數(shù)挖掘結(jié)果分析

以上節(jié)分析得出的三個干燥指數(shù)影響因素——制冷劑充注量、供風(fēng)方式、環(huán)境溫度作為前提條件，干燥指數(shù)作為結(jié)果進(jìn)行后挖掘，得到的關(guān)聯(lián)規(guī)則結(jié)果進(jìn)行可視化，圖7～圖9分別為以上三個因素與干燥指數(shù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則映射圖。

圖7 制冷劑量與干燥指數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則

圖8 環(huán)境溫度與干燥指數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則

圖9 供風(fēng)方式與干燥指數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則

圖7所示為制冷劑充注量對干燥指數(shù)影響的關(guān)聯(lián)規(guī)則。可知當(dāng)充注量處于最低水平時，干燥指數(shù)基本也呈現(xiàn)最低的水平，隨著制冷劑充注量的增加，干燥效果也有所提升。原因是：制冷劑充注量水平直接影響熱泵系統(tǒng)制熱量進(jìn)而影響洗碗機(jī)干燥效果，當(dāng)制冷劑量不足時，系統(tǒng)制熱量不足以帶走洗碗機(jī)內(nèi)部的水蒸氣，干燥效果較差；充注量提升，系統(tǒng)制熱量會相應(yīng)提升，理論上可以滿足洗碗機(jī)的干燥需求，但洗碗機(jī)干燥影響因素眾多，并不是簡單通過提升制冷劑充注量就能達(dá)到理想的干燥效果。因此，制冷劑不足確實(shí)會對洗碗機(jī)干燥性能產(chǎn)生很大的不良影響，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)確保熱泵系統(tǒng)制冷劑量充足。

圖8所示為環(huán)境溫度對干燥指數(shù)影響的關(guān)聯(lián)規(guī)則。由圖8可知，當(dāng)環(huán)境溫度處于兩個極端即過高或過低，均會嚴(yán)重影響干燥效果；當(dāng)環(huán)溫適宜時，相比于極端工況干燥效果有所提升，但提升效果不顯著。原因是：當(dāng)環(huán)溫過高時，會導(dǎo)致熱泵系統(tǒng)排氣溫度高于正常水平而執(zhí)行高溫保護(hù)自動停機(jī)，系統(tǒng)無法制造充足的熱量帶走洗碗機(jī)內(nèi)部的水分；而當(dāng)環(huán)溫過低時，系統(tǒng)蒸發(fā)溫度過低，導(dǎo)致流經(jīng)蒸發(fā)器的濕空氣除濕過后溫度很低，此時干空氣經(jīng)過冷凝器出口，干空氣溫度仍較低，所以在洗碗機(jī)中無法帶走餐具表面足夠的水分，干燥效果不好。因此，需要保證環(huán)境溫度適宜才能充分發(fā)揮熱泵系統(tǒng)的干燥性能。

圖9所示為不同供風(fēng)方式對干燥性能的影響，可知上下交替供風(fēng)(W_air3)的方式比另外兩種方式具有顯著的優(yōu)勢，對各類餐具均有較好的干燥效果。供風(fēng)方式對干燥性能影響很大，這與洗碗機(jī)內(nèi)部餐具的分布形式有很大關(guān)系。在洗碗機(jī)測試系統(tǒng)中，各類餐具擺放位置由最上層至最下層依次為金屬類、陶瓷類、玻璃類和塑料類。首先分析上進(jìn)下出的供風(fēng)方式，該方式對于上層餐具能夠提供充足的熱量，而最上層餐具是金屬類，提供的熱量對于此類餐具的干燥是過量的，在干燥完成后熱風(fēng)仍然會先與之接觸，氣流組織的向下流動受到餐具的阻擋，導(dǎo)致到達(dá)底部去干燥塑料餐具時干燥能力大幅減弱，因此塑料餐具在此方式中的干燥指數(shù)很低；而下進(jìn)上出的供風(fēng)方式能夠提供充足的熱量給底部較難干燥的塑料餐具，干燥指數(shù)有所提升，但會導(dǎo)致上層餐具干燥指數(shù)降低，整體干燥效果仍然不佳；干燥效果最好的是上下交替進(jìn)風(fēng)的供風(fēng)方式，該方式能夠?qū)a(chǎn)生的熱量充分利用，做到上下層餐具干燥兼具，對洗碗機(jī)整體干燥性能有較為顯著的提升。

3 熱泵洗碗機(jī)運(yùn)行特性分析

由上述分析可知，適當(dāng)調(diào)整外界因素可以有效提升干燥性能。圖10和圖11所示為熱泵系統(tǒng)制熱性能和餐具整體干燥指數(shù)的關(guān)聯(lián)規(guī)則，由規(guī)則可知整體干燥指數(shù)并非隨制熱性能的提升而越來越好，結(jié)果顯示當(dāng)制冷量和制熱量處于較低水平時洗碗機(jī)仍能夠取得優(yōu)異的干燥效果。因此，系統(tǒng)優(yōu)化方法的前提是保證其干燥性能滿足實(shí)際要求，在此基礎(chǔ)上可以通過提升系統(tǒng)能量利用效率，以更低的能耗達(dá)到制冷、制熱量需求來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的節(jié)能運(yùn)行。

圖10 制熱量與干燥指數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則

圖11 制冷量與干燥指數(shù)關(guān)聯(lián)規(guī)則

綜合上述知識規(guī)則，針對洗碗機(jī)熱泵干燥系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了洗碗機(jī)節(jié)能干燥策略，如圖12所示。首先，選擇與洗碗機(jī)干燥負(fù)荷匹配的熱泵系統(tǒng)，系統(tǒng)制冷劑充注量滿足餐具干燥所需求的制熱量，環(huán)境溫度選擇室溫即可；然后對熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使之高效節(jié)能運(yùn)行且滿足干燥負(fù)荷需求；最后，調(diào)整洗碗機(jī)風(fēng)道氣流組織方式到一個最佳的狀態(tài)即上下交替供風(fēng)，能夠?qū)ι舷聦硬途哌M(jìn)行較為均衡的干燥，提升整體的干燥效果。該節(jié)能運(yùn)行策略是在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上提出，這里選取三組典型運(yùn)行條件進(jìn)行對比，其中基礎(chǔ)運(yùn)行條件為“制冷劑量充足，環(huán)溫適中，采用上供下回的供風(fēng)方式”，熱泵洗碗機(jī)運(yùn)行30 min后，整體干燥效果良好，壓縮機(jī)平均功耗為340.2 W。當(dāng)采用節(jié)能運(yùn)行方案，如將供風(fēng)方式調(diào)整為上下交替供風(fēng)，同樣運(yùn)行30 min后，整體干燥效果優(yōu)秀，而壓縮機(jī)平均功耗為312.2 W，降低能耗8.32%；若將基礎(chǔ)運(yùn)行條件的制冷劑量調(diào)整為中等，則最終干燥效果仍為良好，但壓縮機(jī)平均功耗降低為335.2 W，降低能耗1.49%。可見，該節(jié)能運(yùn)行策略具有一定的應(yīng)用價值。

圖12 洗碗機(jī)熱泵干燥過程節(jié)能運(yùn)行策略

由上述分析可知，熱泵洗碗機(jī)干燥系統(tǒng)性能主要有兩大影響因素，分別是熱泵制熱性能和熱風(fēng)與餐具的換熱除濕效果。洗碗機(jī)熱泵提供足夠多的熱量是保證系統(tǒng)干燥性能的前提，挖掘結(jié)果可以證明這一點(diǎn)，制冷劑充注量對系統(tǒng)干燥性能的影響較大。隨著充注量的提升，系統(tǒng)干燥性能也隨之提升，但由于熱泵干燥系統(tǒng)影響因素眾多，一味的提高熱泵的制熱量會浪費(fèi)大量能源，且達(dá)不到最理想的干燥效果。這里就引出了影響系統(tǒng)干燥性能的另一大因素——熱風(fēng)與餐具的換熱效果即洗碗機(jī)供風(fēng)方式，不同的供風(fēng)方式會導(dǎo)致洗碗機(jī)內(nèi)部餐具的干燥效果與其空間分布具有很大的相關(guān)性，上下交替供風(fēng)的方式可以高效地干燥全部餐具；此外，洗碗機(jī)內(nèi)部餐具的擺放方式、位置、與進(jìn)風(fēng)口的方向夾角等因素都對餐具和熱風(fēng)對流傳熱有關(guān)，增加此類影響因素可以豐富熱泵洗碗機(jī)的節(jié)能運(yùn)行策略。

4 結(jié)論

1)本文對洗碗機(jī)及其熱泵干燥系統(tǒng)進(jìn)行分析，建立了數(shù)據(jù)預(yù)處理——關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘——知識解釋的干燥性能影響因素數(shù)據(jù)挖掘框架，具有一定的應(yīng)用價值。

2)通過關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘得到整體規(guī)則庫。首先對關(guān)聯(lián)規(guī)則進(jìn)行篩選得到干燥指數(shù)間的規(guī)則，得到陶瓷、塑料材料對干燥性能的強(qiáng)關(guān)聯(lián)規(guī)則，進(jìn)而選取這兩種材料餐具作為后續(xù)主要研究對象，隨后篩選并分析各類因素對干燥指數(shù)的影響，得到制冷劑量、環(huán)境溫度和供風(fēng)方式三個關(guān)鍵因素，分析了三個因素對干燥指數(shù)的影響規(guī)律，結(jié)果表明：制冷劑充注量直接影響系統(tǒng)制熱量而引起干燥性能的變化，制熱量大，干燥性能好，但這種增益是有一定限度的；環(huán)境溫度過高或過低均對干燥影響巨大，而當(dāng)環(huán)境溫度適宜時，其上下變化并不是影響干燥性能的主要因素；供風(fēng)方式是通過熱風(fēng)與餐具的換熱效果即接觸的時間和位置來影響整體餐具的干燥性能，其中上下交替供風(fēng)方式效果最好。

3)篩選了熱泵系統(tǒng)制熱性能和干燥性能關(guān)聯(lián)規(guī)則。例如具有代表性的規(guī)則：{Qhc,5}=>{Dry_idx2},支持度和置信度分別為0.087和1.0；{Qhc,1} => {Dry_idx3},支持度和置信度分別為0.13和0.6，第二條規(guī)則的支持度甚至比第一條更高，且置信度也較高，說明這兩條規(guī)則均具有代表性。上述規(guī)則表明，過飽和的制熱量并不能有效提升系統(tǒng)干燥性能，反而使系統(tǒng)能耗增加。因此可在保證足夠的制熱量的前提下，從熱泵系統(tǒng)制熱性能和熱風(fēng)與餐具換熱兩大影響因素綜合分析與干燥性能的關(guān)系，得到完整的節(jié)能運(yùn)行策略。

本文受廣東省重點(diǎn)培育項(xiàng)目(2018B030308006)資助。(The project was supported by the Key Cultivation Project of Guangdong Province of China (No. 2018B030308006).)