水源熱泵在溫室加溫中的應(yīng)用

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)寒期甚至長達(dá)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(bǔ)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(jìn)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(shè)計不合理的溫室或地處嚴(yán)寒地區(qū)的溫室，加溫耗煤可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出上述指

2、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/m26590 kg/m2大型連棟溫室60105 kg

3、/m290120 kg/m2105150 kg/m2現(xiàn)代溫室工程采暖熱負(fù)荷計算采暖熱負(fù)荷是溫室加溫的主要參數(shù)，是溫室采暖設(shè)計的基礎(chǔ)，也是設(shè)計時選擇散熱設(shè)備和供熱設(shè)備的主要依據(jù)。顯然，熱負(fù)荷計算過大，會使初始投資增加，造成浪費(fèi)；過小，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)計熱負(fù)荷。主要由兩個部門組成：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(shè)計溫度，可按下表取值。溫室采暖方式采暖系統(tǒng)

4、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（6080）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(fēng)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(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)。一般冬季室外采暖設(shè)計溫度在-10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，

5、溫室常用。光管散熱器常用來做成蛇形，直接給植物根部加熱。 經(jīng)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(fēng)采暖熱風(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，安裝簡單，但是運(yùn)行費(fèi)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(dǎo)體將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苓M(jìn)行空氣或土

6、壤加溫的加溫方式。溫室中常用的電加熱線有空氣加熱線和地?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)用高。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(bǔ)充到室內(nèi)，提高夜間室溫，有效地均衡晝夜室溫。203014 81218 地中熱交換系統(tǒng)存在問題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25以上且持續(xù)相當(dāng)

7、時間條件下，才能有效蓄熱，嚴(yán)冬季節(jié)不易達(dá)到該條件。夜間難以維持室內(nèi)12以上氣溫。）3）白晝溫室密閉運(yùn)行方式，CO2不足的問題突出，應(yīng)考慮進(jìn)行CO2施肥。4）連陰數(shù)日時，不能有效發(fā)揮作用。5）風(fēng)機(jī)運(yùn)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(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(shè)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

8、供暖，夏季有的還用中央空調(diào)集中制冷。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)計時，將系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)去，以便能在施工時充分利用溫室內(nèi)的面積。經(jīng)濟(jì)性比較地源熱泵系統(tǒng)的初期投資相對其他供暖方式要高些，但其供暖

9、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(yùn)行費(fèi)用。根據(jù)國外的經(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，沒有現(xiàn)成的報價，基本上300-500元/平方，調(diào)控教精確。日光溫室

10、以北京地區(qū)20000m2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)初投資鍋爐或換熱設(shè)備 （萬元）10014017302420輔助設(shè)備（萬元）5.215.224.220.217.217.2機(jī)房土建（萬元）101520201515設(shè)備安裝（萬元）101820202020管網(wǎng) （萬元）202527272727總投資 （萬元）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 以北京地區(qū)20000m2建筑為

11、例，供暖、制冷負(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)組水冷機(jī)組燃油鍋爐水冷機(jī)組燃?xì)忮仩t水冷機(jī)組電鍋爐水冷機(jī)組市政管網(wǎng)初投資制冷主機(jī)（萬元）10014090909090鍋爐或換熱設(shè)備 （萬元）17302420冷卻設(shè)備（萬元）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（萬元）5.215.224.220.217.217.2機(jī)房土建（萬元）101520201515設(shè)備安裝（萬元）101820202020管網(wǎng) （萬元）202527272727總投資 （萬元）155.2225.2208.2

12、217.2203.2199.2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

13、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，但其顯著的節(jié)能減排效果以及不會對溫室建設(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8.65米，溫室主體骨架為工字鋼結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)配

14、置：熱泵主機(jī)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(fēng)機(jī)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22左右，最高溫差達(dá)到26。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(dá)9.3萬平米，共設(shè)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(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

15、溫室及其附屬設(shè)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?fù)碛?7萬平米的智能溫室，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?zé)嵝履茉吹裙?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)崽菁壚眉尤細(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kw。該系統(tǒng)有4口深層地?zé)峋?3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，通過風(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)過測算，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┡绞竭\(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)無論在降溫效果方面還是節(jié)能方面都落后于當(dāng)前中國溫室普遍采