水源熱泵在溫室加溫中的應用

1、1水地源熱泵技術在溫室加溫中的應用溫室的能耗情況溫室冬季生產(chǎn)需要消耗大量能源。我國除熱帶地區(qū)的溫室冬季生產(chǎn)不需要加 溫外，大部分地區(qū)冬季都比較寒冷，有的地區(qū)嚴寒期甚至長達120-200天，要保證種植作物的正常生長和發(fā)育，溫室生產(chǎn)，都必須配置加溫，人工補充熱量。根 據(jù)所在地區(qū)不同，溫室加溫的時間也長短不一，東北地區(qū)加溫時間大約需要56個月，華北地區(qū)需要35個月。我國南方地區(qū)的連棟溫室，尤其是花卉生產(chǎn)溫室 和育苗溫室，冬季生產(chǎn)也需要進行加溫或臨時加溫。一般， 連棟溫室加溫年耗煤量約為90150kg/m2， 燃煤成本占整個生產(chǎn)成本 的30%50%設計不合理的溫室或地處嚴寒地區(qū)的溫室，加溫耗煤可能會遠

2、遠 超出上述指標。因此，能量消耗大是影響大型溫室經(jīng)濟效益的重要因素之一。目前，我國建設的大型溫室，北緯35。地區(qū)，冬季加溫耗能費約占總成本的30%40%,北緯40地區(qū)約占40%50%北緯43及以上地區(qū)約占60%70%北緯40度左右地區(qū)：連棟溫室加溫能耗100250W/ m2燃煤消耗60150kg/（m2年）=40100噸/（畝年）采暖煤、水電費用占生產(chǎn)成本的50%70%加溫溫室年耗煤量表北緯35北緯40北緯43傳統(tǒng)加溫溫室2026 kg/m24052 kg/m226590 kg/m大型連棟溫室60105 kg/m2290120 kg/m22105150 kg/m現(xiàn)代溫室工程采暖熱負荷計算采暖熱

3、負荷是溫室加溫的主要參數(shù)，是溫室采暖設計的基礎，也是設計時選 擇散熱設備和供2熱設備的主要依據(jù)。顯然，熱負荷計算過大，會使初始投資增加, 造成浪費；過小，則不能滿足使用要求，使生產(chǎn)有可能遭受嚴重損失。 實際工程中， 溫室設計一般用冬季最寒冷夜間的后半夜至凌晨的供熱量作為 采暖設計熱負荷。 主要由兩個部門組成： 圍護結構熱損失和冷風滲透熱損失。不 同作物，不同品種，不同生長階段，對環(huán)境溫度有不同的額要求。下表列出了常 見溫室瓜果類植物的適宜溫度范圍。若不知確切作物，對于幾大類作物溫室的室內(nèi)設計溫度，可按下表取值。溫室采暖方式采暖系統(tǒng)一般由熱源， 室內(nèi)散熱設備和熱媒輸送系統(tǒng)組成。 目前用于溫室的

4、采暖方式主要有熱水采暖，蒸汽采暖，熱風采暖，電熱采暖和輻射采暖等。目前 溫室中最常用的熱源有燃煤鍋爐， 燃氣鍋爐和電鍋爐。 散熱方式主要有熱水管道 散熱和熱風散熱。熱水采暖以熱水（60C80C）為熱媒的采暖系統(tǒng)，由熱源鍋爐，熱水輸送管道，循 環(huán)水泵，散熱器一級控制閥門等組成。 與熱風和蒸汽采暖相比， 一次性投資較多， 循環(huán)動力大，熱損失小，運行較為經(jīng)濟。一般冬季室外采暖設計溫度在-10C以下且加溫時間超過三個月的， 常采用熱水采暖系統(tǒng)。 我國北方地區(qū)大都采用熱水 采暖。散熱器類型：柱形散熱器占用空間多，目前基本不用； 圓翼型散熱器散熱面積大，節(jié)省材料，占地小，美觀，溫 室常用。光管散熱器常用來

5、做成蛇形，直接給植物根部加熱。經(jīng)驗數(shù)據(jù)：鋼制圓翼型散熱器散熱量：600650 W/m在北京地區(qū)溫室中的配置數(shù)量：0.30.6m/m2蒸汽采暖以蒸汽為熱媒的采暖系統(tǒng)， 組成與熱水采暖系統(tǒng)相近。 一般在有蒸汽資源的 地方或有大面積連片溫室群供暖時，為了節(jié)約投資，才選用蒸汽采暖系統(tǒng)。熱風采暖3熱風系統(tǒng)是利用熱源將空氣加熱到要求的溫度， 然后由風機將加熱空氣送入 溫室中。相比熱水加溫系統(tǒng)，熱風采暖設備投資低，安裝簡單，但是運行費用較 高。主要使用在冬季采暖時間短的地區(qū)，尤其適合于小面積單棟溫室。在我國主 要使用在長江流域以南地區(qū)。電熱采暖利用電流通過電阻大的導體將電能轉變?yōu)闊崮苓M行空氣或土壤加溫的加溫

6、方式。溫室中常用的電加熱線有空氣加熱線和地熱加熱線兩種。采用電熱采暖不受季節(jié)地區(qū)限制，可根據(jù)種植作物的要求和天氣條件控制加溫的強度和加溫時 間，具有升溫快，溫度分部均勻，穩(wěn)定，操作靈便等優(yōu)點。缺點是耗電量大，運 行費用咼。多用于育苗溫室的基質(zhì)加溫和實驗溫室的空氣加溫等。地中熱交換在封閉狀態(tài)下利用貯熱原理，白天收集太陽能貯存在土壤中，夜間室內(nèi)溫度低時，再把地下貯存的熱量補充到室內(nèi)，提高夜間室溫，有效地均衡晝夜室溫。- J -/ 5）風機運行時產(chǎn)生噪音火爐采暖用地爐或鐵爐，燃煤的煙氣通過煙道散熱供暖。熱穩(wěn)定性較好，有輻射加熱效果；設備費用低；操作管理較麻煩；主要在日光溫室和塑料大棚中使用。地中熱交

7、換系統(tǒng)存在問題20二二、統(tǒng)建設費用高 冷空氣（在室內(nèi)氣溫S5C以上且持續(xù)相當時間2050元/m2)。2）/ 條件下，才能有效蓄熱，嚴冬季節(jié)不易達到該條件。夜間難以維持室內(nèi) 上氣溫。）/熱空氣冷空氣3） 白晝溫室密閉運行方式，、C2熱空氣、14C /，不足的問題突出，應考慮進行 !12C以C02施肥。1)84地源熱泵應用前景伴隨著我國以設施農(nóng)業(yè)為主體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展， 能源對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本 的影響也越來越大。 節(jié)能高效已經(jīng)成為我國未來設施農(nóng)業(yè)發(fā)展的主題。 目前國內(nèi) 外各種大型連棟溫室， 包括正在全國快速發(fā)展的新型生態(tài)餐廳多采用燃煤、 燃油 或天然氣等傳統(tǒng)能源， 鍋爐集中供暖， 夏季有的還用中央

8、空調(diào)集中制冷。 由于大 型農(nóng)業(yè)設施較普通建筑物所需冷熱負荷大得多， 采用傳統(tǒng)能源消耗比較大， 環(huán)境 污染嚴重，采用中央空調(diào)制冷電能消耗大， 能源利用率低； 且二者的運行費用都 比較高。在面積比較大，負荷比較大的溫室或者生態(tài)酒店，地源熱泵相對燃油鍋爐+普通空調(diào)初投資要低一點，運行費用相對燃油鍋爐+普通空調(diào)模式要低得多，故 在面積比較大，檔次比較高的設施農(nóng)業(yè)項目上建議采用地源熱泵作為供暖和降溫 手段。不論是連棟玻璃溫室還是普通日光溫室， 土地面積基本足夠使用。 當然最好 能在溫室設計時，將系統(tǒng)設計進去，以便能在施工時充分利用溫室內(nèi)的面積。經(jīng)濟性比較地源熱泵系統(tǒng)的初期投資相對其他供暖方式要高些， 但

9、其供暖時，能量70 以上來自淺層地能，可比鍋爐節(jié)省70以上的能源和4060運行費用。根 據(jù)國外的經(jīng)驗，由于地源熱泵運行費用低，增加的初期投資在37年內(nèi)可以收回。地源熱泵系統(tǒng)在整個服務周期內(nèi)的平均費用，要低于傳統(tǒng)的供暖方式。 溫室常規(guī)加溫造價1、 暖氣加溫（不含鍋爐部分）（1） 地面均布80元/平方（5000平方溫室為例）（2） 抱柱均布210元/平方（5000平方溫室為例）2、 熱風爐加溫（不含鍋爐部分）前期投入不多110元/平方 （5000平方溫室為例） 后期維護及運行費用較 高3、 空調(diào)加溫（僅適合于小型溫室）5前期和后期費用均較高，沒有現(xiàn)成的報價，基本上300-500元/平方，調(diào)控教 精

10、確。6日光溫室以北京地區(qū)20000m2建筑為例，熱負荷為250w/m2,投資及運行費估算如下 表（不包括室內(nèi)末端設備）：方式 項目、華譽地溫熱泵溴化鋰吸收直燃機組燃油鍋爐燃氣鍋爐電鍋爐市政管網(wǎng)初投資鍋爐或換熱設備（萬兀）10014017302420輔助設備（萬元）5.215.224.220.217.217.2機房土建（萬元）101520201515設備安裝（萬元）101820202020管網(wǎng)（萬元）202527272727總投資（萬兀）145.2213.2108.2117.2103.299.2運行費冬季120天（元/季m2）1645454235307大型連棟溫室以北京地區(qū)20000m2建筑為例

11、，供暖、制冷負荷為250w/m2,投資及運行費 估算如下表（不包括室內(nèi)末端設備）：-式、方項 目華譽地溫熱泵溴化鋰吸收直燃機組水冷機組+燃油鍋爐水冷機組+燃氣鍋爐水冷機組+電鍋爐水冷機組+市政管網(wǎng)初投資制冷主機（萬兀）10014090909090鍋爐或換熱設備（萬兀）17302420冷卻設備（萬兀）10（水井）12（冷卻塔）10（冷卻塔）10（冷卻塔）10（冷卻塔）10（冷卻塔）輔助設備（萬兀）5.215.224.220.217.217.2機房土建（萬兀）101520201515設備安裝（萬兀）101820202020管網(wǎng)（萬兀）202527272727總投資（萬兀）155.2225.2208

12、.2217.2203.2199.2運行費冬季120天（元/季m2）164545423530夏季110天（元/季m2）124018181818全年（元/季m2）288563605348已有的研究論文及實例中國農(nóng)業(yè)大學上莊試驗站 日光溫室地源熱泵系統(tǒng)：水源熱泵系統(tǒng)，末端風機盤管（溫度控制開啟）供暖性能指數(shù)約為3.83,每日供暖耗電量約為0.15kwh/（m2d），供暖費用約為0.12元/（m2d）。在整個冬季加溫期間，溫室夜間加溫效果穩(wěn)定，夜間可以有效地維持室內(nèi)氣溫在18C以上，同時，室內(nèi)濕度保持在70%80%左右，可以有效避免普通日光溫室中夜間出現(xiàn)的接近95%以上的高濕度 狀況。一棟480m2左

13、右的日光溫室冬季采暖費用（不含人工費）達到8600元， 合18元/（m2年）。地源熱泵供暖、天然氣供暖、燃煤熱水供暖以及燃油熱風供暖 幾種溫室采暖方式的相對運行費用分別約為1.20，1.31，1.00，3.36。地源熱泵供暖的運行費用略高于燃煤熱水供暖，但低于天然氣供暖和燃油熱風供暖。雖然 在運行費用方面，地源熱泵系統(tǒng)供暖與傳統(tǒng)的燃煤熱水供暖還不具有優(yōu)勢，但其 顯著的節(jié)8能減排效果以及不會對溫室建設地區(qū)造成污染的優(yōu)點， 目前尤其是在城 市郊區(qū)發(fā)展具有特殊的意義。西三旗生態(tài)園：溫室面積9504m2,跨度33米，開間8米，天溝高7.5米， 頂高8.65米，溫室主體骨架為工字鋼結構。系統(tǒng)配置：熱泵主

14、機2臺，1用1備。制熱功率1251kw，耗電量258kw;制冷功率1020kw，耗電量192kw。末端 采用風機盤管331臺，每臺耗電量50w。生態(tài)酒店內(nèi)種熱帶植物，室內(nèi)溫度全天 保持在22C左右，最高溫差達到26C。使用地源熱泵比使用普通空調(diào)節(jié)約能耗30%左右。草莓博覽園：草莓博覽園標志性建筑“三中心”占地5萬平米，連棟溫室面 積4.4萬平米，園區(qū)綠化面積22萬平米。博覽園地源熱泵系統(tǒng)包含智能溫室及 “三中心”建筑的采暖及空調(diào)系統(tǒng)。供熱總面積達9.3萬平米，共設置120米深的地源換熱孔2110個。跟普通燃煤鍋爐相比一年可以節(jié)約標煤760噸，直接減 少二氧化碳排放1400噸。北京鮮花港：鮮花港

15、一期溫室及其附屬設置占地面積400畝，建筑面積22萬平米。鮮花港花卉生產(chǎn)基地擁有17萬平米的智能溫室，是北京最大的設施花 卉生產(chǎn)基地之一。 鮮花港是國內(nèi)首次在農(nóng)業(yè)設施上大規(guī)模自主開發(fā)淺層地能， 地 熱新能源等節(jié)能環(huán)保技術的標桿項目。鮮花港采用的供暖系統(tǒng)，屬于地源熱泵， 水源熱泵， 地熱梯級利用加燃氣鍋爐調(diào)峰的復合式能源利用方案供暖方式， 比傳 統(tǒng)能源提高3050%的效率。 鮮花港的供暖總負荷達4.6萬kw。 該系統(tǒng)有4口深 層地熱井，33口水源井和1900多口150米深的土壤源換熱孔。鮮花港溫室不設 暖氣片，而是把導熱管鋪設在地板下。夏季，鮮花港利用熱泵技術把地下100多米14度的冷水抽上來，通過風機盤管制成冷氣均勻的輸送到溫室，從而實現(xiàn) 降溫催花。經(jīng)過測算，運行費用53元每年每平米。冬季在溫室中使用地源熱泵系統(tǒng)供暖比采用傳統(tǒng)的燃煤熱水或燃油燃氣供 暖方式運行費用要低30%以上。而夏季降溫工況下， 由當前的實驗觀察和理論分 析可知，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)無論在降溫效果方面還是節(jié)能方面都落后于當前中國