水源熱泵在溫室加溫中應(yīng)用技術(shù)

1、水地源熱泵技術(shù)在溫室加溫中的應(yīng)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(guó)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(yán)寒期甚至長(zhǎng)達(dá)120-200天，要保證種植作物的正常生長(zhǎng)和發(fā)育，溫室生產(chǎn)，都必須配置加溫，人工補(bǔ)充熱量。根 據(jù)所在地區(qū)不同，溫室加溫的時(shí)間也長(zhǎng)短不一，東北地區(qū)加溫時(shí)間大約需要56個(gè)月，華北地區(qū)需要35個(gè)月。我國(guó)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(jìn)行加溫或臨時(shí)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(gè)生產(chǎn)成本 的30%50%設(shè)計(jì)不合理的溫室或地處嚴(yán)寒地區(qū)的溫室，加溫耗煤可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)

2、超出上述指標(biāo)。因此，能量消耗大是影響大型溫室經(jīng)濟(jì)效益的重要因素之一。目前，我國(guó)建設(shè)的大型溫室，北緯 35。地區(qū)，冬季加溫耗能費(fèi)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(fèi)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

3、 kg/m22105150 kg/m現(xiàn)代溫室工程采暖熱負(fù)荷計(jì)算采暖熱負(fù)荷是溫室加溫的主要參數(shù)，是溫室采暖設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是設(shè)計(jì)時(shí)選 擇散熱設(shè)備和供熱設(shè)備的主要依據(jù)。顯然，熱負(fù)荷計(jì)算過(guò)大，會(huì)使初始投資增加， 造成浪費(fèi)；過(guò)小，則不能滿足使用要求，使生產(chǎn)有可能遭受嚴(yán)重?fù)p失。實(shí)際工程中，溫室設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)熱負(fù)荷。主要由兩個(gè)部門組成：圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱損失和冷風(fēng)滲透熱損失。不 同作物，不同品種，不同生長(zhǎng)階段，對(duì)環(huán)境溫度有不同的額要求。下表列出了常 見(jiàn)溫室瓜果類植物的適宜溫度范圍。表i鎰?wù)Ｒ?jiàn)區(qū)果柏物的適溫范用種黃氣逗夜間氣溫IDtam譚土溫蛾離適宜適宜最fit為適宜兩

4、*柿3552515M813茄子3523®118102512013352W01S2012251S-2013曲瓜5510-15&25120131511-18J02513甜虹35Z5-J0152518-2013若不知確切作物，對(duì)于幾大類作物溫室的室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度，可按下表取值。表？宅內(nèi)設(shè)計(jì)溫度百推薦值r20曹通城卉16昇溫瓜果菠盞菜1250袤2全國(guó)特點(diǎn)地區(qū)佔(zhàn)室冬季采暖單位面積負(fù)荷計(jì)笄綜合衷 眄亦特點(diǎn)地區(qū)熱負(fù)荷特點(diǎn)地區(qū)熱負(fù)荷黑龍江180-250南京125-200北京16220廣州80-110溫室采暖方式采暖系統(tǒng)一般由熱源，室內(nèi)散熱設(shè)備和熱媒輸送系統(tǒng)組成。目前用于溫室的 采暖方式主要有熱水

5、采暖，蒸汽采暖，熱風(fēng)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?xì)忮仩t和電鍋爐。散熱方式主要有熱水管道散熱和熱風(fēng)散熱熱水采暖以熱水（60C 80C）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(jí)控制閥門等組成。與熱風(fēng)和蒸汽采暖相比，一次性投資較多， 循環(huán)動(dòng)力大，熱損失小，運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)。一般冬季室外采暖設(shè)計(jì)溫度在-10C以下且加溫時(shí)間超過(guò)三個(gè)月的，常采用熱水采暖系統(tǒng)。我國(guó)北方地區(qū)大都采用熱水 米暖。散熱器類型：柱形散熱器一一占用空間多，目前基本不用;圓翼型散熱器一一散熱面積大，節(jié)省材料，占地小，美觀，溫室常用光管散熱器常用來(lái)做成蛇形，直接給植物根部加熱經(jīng)

6、驗(yàn)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蒸汽米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(shí)，為了節(jié)約投資，才選用蒸汽采暖系統(tǒng)。熱風(fēng)米暖熱風(fēng)系統(tǒng)是利用熱源將空氣加熱到要求的溫度， 然后由風(fēng)機(jī)將加熱空氣送入 溫室中。相比熱水加溫系統(tǒng)，熱風(fēng)采暖設(shè)備投資低，安裝簡(jiǎn)單，但是運(yùn)行費(fèi)用較 高。主要使用在冬季采暖時(shí)間短的地區(qū)，尤其適合于小面積單棟溫室。在我國(guó)主 要使用在長(zhǎng)江流域以南地區(qū)。電熱采暖利用電流通過(guò)電阻大的導(dǎo)體將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苓M(jìn)行空氣或土壤加溫的加溫方式。溫室中常用的電加熱線有空氣加熱線

7、和地?zé)峒訜峋€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(qiáng)度和加溫時(shí) 間，具有升溫快，溫度分部均勻，穩(wěn)定，操作靈便等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是耗電量大，運(yùn) 行費(fèi)用咼。多用于育苗溫室的基質(zhì)加溫和實(shí)驗(yàn)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(yáng)能貯存在土壤中，夜間室內(nèi)溫度 低時(shí)，再把地下貯存的熱量補(bǔ)充到室內(nèi)，提高夜間室溫，有效地均衡晝夜室溫。熱空氣冷空氣熱空18C 地中熱交換系統(tǒng)存在問(wèn)題1）管道用量大，埋設(shè)施工量大，系統(tǒng)建設(shè)費(fèi)用高（2050元/m2）。2）蓄、放熱效果和加溫能力有限。（在室內(nèi)氣溫25C以上且持續(xù)相當(dāng)時(shí)間條件下，才能有效蓄熱，嚴(yán)冬季節(jié)不易達(dá)到該

8、條件。夜間難以維持室內(nèi)12C以上氣溫。）3）白晝溫室密閉運(yùn)行方式，CO2不足的問(wèn)題突出，應(yīng)考慮進(jìn)行 CO2施肥。4）連陰數(shù)日時(shí)，不能有效發(fā)揮作用。5）風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生噪音。火爐采暖用地爐或鐵爐，燃煤的煙氣通過(guò)煙道散熱供暖。熱穩(wěn)定性較好，有輻射加熱 效果；設(shè)備費(fèi)用低；操作管理較麻煩；主要在日光溫室和塑料大棚中使用。地源熱泵應(yīng)用前景伴隨著我國(guó)以設(shè)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(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本 的影響也越來(lái)越大。節(jié)能高效已經(jīng)成為我國(guó)未來(lái)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的主題。 目前國(guó)內(nèi) 外各種大型連棟溫室，包括正在全國(guó)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，夏季有的還用中央空調(diào)集

9、中制冷。 由于大 型農(nóng)業(yè)設(shè)施較普通建筑物所需冷熱負(fù)荷大得多， 采用傳統(tǒng)能源消耗比較大，環(huán)境 污染嚴(yán)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(yùn)行費(fèi)用都比較高。在面積比較大，負(fù)荷比較大的溫室或者生態(tài)酒店，地源熱泵相對(duì)燃油鍋爐 + 普通空調(diào)初投資要低一點(diǎn)，運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)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(shè)施農(nóng)業(yè)項(xiàng)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(dāng)然最好 能在溫室設(shè)計(jì)時(shí)，將系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)去，以便能在施工時(shí)充分利用溫室內(nèi)的面積。經(jīng)濟(jì)性比較地源熱泵系統(tǒng)的初期投資相對(duì)其他供暖方式要高些， 但其供暖時(shí)

10、，能量 70 以上來(lái)自淺層地能，可比鍋爐節(jié)省 70以上的能源和 4060運(yùn)行費(fèi)用。根 據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，由于地源熱泵運(yùn)行費(fèi)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(gè)服務(wù)周期內(nèi)的平均費(fèi)用，要低于傳統(tǒng)的供暖方式。 溫室常規(guī)加溫造價(jià)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(fēng)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(hù)及運(yùn)行費(fèi)用較 高3、空調(diào)加溫（僅適合于小型溫室）前期和后期費(fèi)用均較高，沒(méi)有現(xiàn)成的報(bào)價(jià)，基本上 300-500 元

11、/平方，調(diào)控教 精確。日光溫室以北京地區(qū)20000m 2建筑為例，熱負(fù)荷為250w/m2,投資及運(yùn)行費(fèi)估算如下 表（不包括室內(nèi)末端設(shè)備）：方式 項(xiàng)目'、華譽(yù)地溫?zé)岜娩寤囄罩比紮C(jī)組燃油鍋爐燃?xì)忮仩t電鍋爐市政管網(wǎng)初鍋爐或換熱設(shè)備（萬(wàn)兀）10014017302420輔助設(shè)備（萬(wàn)元）5.215.224.220.217.217.2投機(jī)房土建（萬(wàn)元）101520201515設(shè)備安裝（萬(wàn)元）101820202020資管網(wǎng)（萬(wàn)元）202527272727總投資（萬(wàn)兀）145.2213.2108.2117.2103.299.2運(yùn)行費(fèi)冬季120天（元/季m2）164545423530大型連棟溫室以北京

12、地區(qū)20000m 2建筑為例，供暖、制冷負(fù)荷為250w/m 2,投資及運(yùn)行費(fèi) 估算如下表（不包括室內(nèi)末端設(shè)備）：1、方華譽(yù)地溫溴化鋰吸收水冷機(jī)組+水冷機(jī)組+水冷機(jī)組+水冷機(jī)組+項(xiàng)、熱泵直燃機(jī)組燃油鍋爐燃?xì)忮仩t電鍋爐市政管網(wǎng)制冷主機(jī)（萬(wàn)兀）10014090909090初鍋爐或換熱設(shè)備（萬(wàn)兀）17302420冷卻設(shè)備（萬(wàn)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(shè)備（萬(wàn)兀）5.215.224.220.217.217.2投機(jī)房土建（萬(wàn)兀）101520201515設(shè)備安裝（萬(wàn)兀）101820202020管網(wǎng)（萬(wàn)兀）202527272727資總投

13、資（萬(wàn)兀）155.2225.2208.2217.2203.2199.2運(yùn)行費(fèi)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(shí)例中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊試驗(yàn)站 日光溫室地源熱泵系統(tǒng)：水源熱泵系統(tǒng)，末端風(fēng)機(jī)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(fèi)用約為0.12元/（m2d）。在整個(gè)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18 C以上，同時(shí)，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9

14、5%以上的高濕度狀況。一棟480m2左右的日光溫室冬季采暖費(fèi)用（不含人工費(fèi)）達(dá)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(fēng)供暖 幾種溫室采暖方式的相對(duì)運(yùn)行費(fèi)用分別約為1.20，1.31，1.00，3.36。地源熱泵 供暖的運(yùn)行費(fèi)用略高于燃煤熱水供暖， 但低于天然氣供暖和燃油熱風(fēng)供暖。 雖然 在運(yùn)行費(fèi)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(shì)， 但其 顯著的節(jié)能減排效果以及不會(huì)對(duì)溫室建設(shè)地區(qū)造成污染的優(yōu)點(diǎn)， 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.

15、65 米，溫室主體骨架為工字鋼結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)配置：熱泵主機(jī) 2 臺(tái)， 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(fēng)機(jī)盤管331臺(tái)，每臺(tái)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(dá)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(biāo)志性建筑“三中心”占地 5萬(wàn)平米，連棟溫室面 積 4.4萬(wàn)平米，園區(qū)綠化面積 22萬(wàn)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(dá) 9.3萬(wàn)平米，共設(shè)置 120米深 的地源換熱孔 2110個(gè)。跟普通燃煤鍋爐

16、相比一年可以節(jié)約標(biāo)煤 760噸，直接減 少二氧化碳排放 1400 噸。北京鮮花港：鮮花港一期溫室及其附屬設(shè)置占地面積 400 畝，建筑面積 22 萬(wàn)平米。鮮花港花卉生產(chǎn)基地?fù)碛?17萬(wàn)平米的智能溫室，是北京最大的設(shè)施花 卉生產(chǎn)基地之一。 鮮花港是國(guó)內(nèi)首次在農(nóng)業(yè)設(shè)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(shù)的標(biāo)桿項(xiàng)目。鮮花港采用的供暖系統(tǒng)，屬于地源熱泵， 水源熱泵， 地?zé)崽菁?jí)利用加燃?xì)忮仩t調(diào)峰的復(fù)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(fù)荷達(dá) 4.6萬(wàn)kw。該系統(tǒng)有4 口深 層地?zé)峋?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(shè) 暖氣片，而是把導(dǎo)熱管鋪設(shè)在地板下。夏季，鮮花港利用熱泵技術(shù)把地下100多米 14度的冷水抽上來(lái)，通過(guò)風(fēng)機(jī)盤管制成冷氣均勻的輸送到溫室，從而實(shí)現(xiàn) 降溫催花。經(jīng)過(guò)測(cè)算，運(yùn)行費(fèi)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?xì)夤?暖方式運(yùn)行費(fèi)用要低 30%以上。而夏季降溫工況下， 由當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)觀察和理論分 析可知，地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)無(wú)論在降溫效果方面還是節(jié)能方面都