新型熱泵工藝在農業中的運用探究剖析

1地源熱泵系統組成及工作原理

　　所述的流程由3套循環系統、2套能量交換系統及末端能量釋放系統構成。地面以下20m～100m之間是1個相對恒溫層，溫度在13℃～20℃之間，此相對恒溫層溫度受季節性影響小△t=6℃～7℃，地域性影響小△t=10℃左右。用井水作為中間介質與地下恒溫巖土進行熱交換，以獲取巖土中能量。從換熱器中出來的水通過管道直接送生態酒店或溫室等設施內部，井水與循環水進行能量交換之后通過管道回到井中再次與周圍恒溫巖土進行能量交換，這樣完成1次循環。

　　從井口換熱器中出來的循環水進入生態酒店或溫室等設施內機房蒸發器中，與蒸發器中低溫低壓的介質進行熱交換，介質變成高溫低壓的氣態進入加壓裝置，介質經過加壓裝置后變成高溫高壓的氣態進入壓縮器中，在壓縮器中介質與第3回路中的循環水進行熱交換，經過熱交換后，介質變成低溫高壓的液態進入減壓裝置中，第3回路循環水進行熱交換后變成高溫液體通過循環管道進入生態酒店或溫室等設施內末端能量釋放裝置，將能量釋放到所需空間內。介質進入加壓裝置后變成低溫低壓的液體進入蒸發器，這樣介質完成1次能量循環系統。

　　第2回路循環水在蒸發器中介質發生能量交換后，返回井口換熱器中，這樣第2循環水路完成1次循環。

　　從井口換熱器中出來的循環水進入生態酒店或溫室等設施內機房壓縮器中，與壓縮器中高溫高壓的介質進行熱交換，介質變成低溫高壓的液態進入減壓裝置中，介質經過減壓裝置后變成低溫低壓的液體進入蒸發器中，在蒸發器中介質與第3回路中的循環水進行能量交換，經過能量交換后，介質變成高溫低壓的氣態進入加壓裝置中，第3回路循環水進行能量交換后變成低溫液體通過循環管道進入生態酒店或溫室等設施內末端能量釋放裝置，將能量釋放到所需空間內。介質進入加壓裝置后變成高溫高壓的氣態進入蒸發器，這樣介質完成1次能量循環系統。第2回路循環水在蒸發器中介質發生能量交換后，返回井口換熱器中，這樣第2循環水路完成1次能量循環。

　　上述系統經過3個循環系統和2個能量交換裝置將周圍土壤中的能量傳送到所需空間中，這樣充分利用了可再生、無污染的地能。在冬季100m3/h的井水取約5℃的溫差，即可獲取0.6MW的熱量，這相當于1t鍋爐的供熱量大型式鍋爐節約煤材裝置抗磨損變革研討；在夏季用1KW的電能即可產生4KW的熱量，能效比達到1：4，運行費用相當于普通空調的50.由于生態酒店或溫室傳熱面積大、覆蓋材料傳熱系數大，所以能耗非常大，運行費用高，這也是影響生態酒店及溫室在我國發展1個主要原因，利用地源熱泵技術可以很好的解決這個問題。

　　2西三旗生態園地源熱泵系統試驗設計

　　211測試的目的

　　此次實驗主要是對西三旗生態酒店地源熱泵冬季使用狀況進行測試，通過測試溫、濕度來檢測溫室地源熱泵冬季使用時能耗情況，并與相同情況下使用空調所需能耗做比較，通過實際檢測設施內地源熱泵冬季節能狀況。

　　212測試指標212.1溫室內、外空氣溫度；212.2溫室內、外空氣濕度213試驗設備器材全自動溫、濕度記錄儀4個，干濕溫度計8個。

　　214西三旗生態園概況溫室面積9504m2，跨度：33m，開間：8m，天溝高：7.5m，頂高：8.65m，溫室主體骨架為工字鋼結構，溫室頂部采用8mm厚拜耳索拉塔夫PC板覆蓋與100mm厚彩鋼復合板，北立面采用100mm厚彩鋼復合板，南立面采用12mm厚鋼化玻璃，東西立面采用5mm 6mm 5mm雙層中空玻璃。

　　311溫濕度測試試驗數據與分析

　　此次測試主要對西三旗生態酒店室內外溫度、濕度進行了測試，對冬季環境下生態酒店的使用情況進行了測試，并對地源熱泵冬季加溫與普通空調冬季加溫性能進行對比。

　　試驗條件：生態酒店正常運行時間：10：00～24：00；由于酒店內有熱帶植物，溫度全天必須保證在20℃左右，所以地源熱泵必須全天運行；環境條件：陰天。

　　311.1溫室內測點布置說明：其中※為全自動溫、濕度記錄儀；★為手動溫、濕度記錄器；室內測點布置9個，平面位置，其中自動溫、濕度記錄儀3個和手動溫、濕度記錄器6個。室外空氣溫度測定點數設3點（布置在高度1m，周圍無遮擋物的空地），其中自動溫、濕度記錄儀1個，手動溫、濕度記錄器2個。

　　3.112試驗數據及分析試驗從9：30開始，其中自動記錄儀每15min測試1次，手動溫、濕度記錄器每隔1h測試1次。

　　其中：橫坐標表示時間，縱坐標表示溫度；系列1表示室外點溫度隨時間變化曲線圖，系列2、3、4點表示室內點溫度隨時間變化曲線圖。

　　從上表可以看出1月24日室內高溫度為22.2℃，低溫度為19.0℃，日較差為3.2℃；同一時刻不同點溫度高相差1.5℃，出現在夜間23：001：00，高點溫度為20.7℃，低點溫度為19.2℃。

　　1月25日室內高溫度為21.8℃，低溫度為19.0℃，日較差為2.8℃；同一時刻不同點溫度高相差1.5℃，出現在凌晨1：00，高點溫度為20.9℃，低點溫度為19.4℃。從以上分析知西三旗生態酒店室內溫度分布比較均勻，且日溫度波動較小。

　　其中：橫坐標表示時間，縱坐標表示濕度；系列1表示室外點濕度隨時間變化曲線圖，系列2、3、4點表示室內點濕度隨時間變化曲線圖。

　　從上表可以看出1月24日室內高濕度為39，低溫度為24.8，室內日濕度較差為14.2；同一時刻不同點濕度高相差6.1，出現在夜間20：00，高點濕度為32.8，低點濕度為26.7.1月25日室內高濕度為44.1，低濕度為24，室內日濕度較差為20.1；同一時刻不同點濕度高相差7.7，出現在凌晨2：00，高點濕度為39.6，低點溫度為31.9.從以上分析知西三旗生態酒店室內濕度分布比較均勻，但日夜濕度相差比較大，且濕度偏低。

　　312西三旗生態酒店地源熱泵系統分析

　　西三旗生態酒店地源熱泵系統主要參數如下：主機：2臺，1備1用；制熱功率：1251kw，耗電量：258kw；制冷功率：1020kw，耗電量：192kw；風機盤管331臺，每臺耗電量：50W；循環水泵臺，每臺功率：35kw，2臺同時運行；潛水泵1臺，功率：35kw；能耗比cop：制熱：4.85；制冷：5.32.由于生態酒店內種有熱帶植物，故室內溫度需全天保持在20℃左右，從上面測試的數據可以看出室內外溫差基本保持在22℃左右，高溫差達到26℃。

　　313普通冷水機組空調運行分析

　　相同負荷相同工況下普通水冷式空調分析：主機：2臺，1備1用；制熱功率：1251kw，制冷功率：1020kw，能耗比cop：制熱3.3，制冷3.4；耗電量：制熱379kw；制冷：300kw；風機盤管331臺，每臺耗電量：50W；循環水泵臺，每臺功率：35kw，2臺同時運行；潛水泵1臺，功率：35kw.

　　314西三旗地源熱泵系統與普通空調系統對比分析

　　從西三旗生態酒店熱負荷計算表格可以看出，西三旗生態酒店總熱負荷為1083kw，選用的主機在標準狀況室外7℃情況下制熱負荷為1251kw，耗電功率為258kw，能耗比cop為4.85；1d運行費用為7972元；如果選用普通水冷空調，由于實際室外溫度比標準狀況7℃要低的多，這樣能耗比即cop的值也會隨之下降，而且呈直線下降，當室外溫度-5℃時，根據統計結果cop一般在1.5左右，如果室外溫度再下降，則使用普通空調比使用電鍋爐效果還浪費能源（電鍋爐能耗比cop為1）。

　　按照1個采暖季節120d計算，從上表可以看出西三旗生態酒店地源熱泵冬季運行費用為956640元，如使用普通空調冬季運行費用為1247040元；使用地源熱泵比使用普通空調冬季節約290400元，節約30.35.

　　315投資對比分析

　　地源熱泵系統同常規的燃油鍋爐加冷水機組初投資分析，就西三旗生態園項目2種調溫系統投資而言，地源熱泵系統投資低于常規的燃油鍋爐加冷水機組投資。

　　4結論與建議

　　通過對西三旗生態園地源熱泵項目理論與實際測試分析，可以看出地源熱泵系統相對普通空調機組具有環保節能的優點。具體結論與建議如下：411冬季使用地源熱泵采暖比使用普通空調節約能耗約30左右；412真正實現了供暖（冷）建筑使用區域的*，*；4131套地源熱泵設備，冬季既可供暖，夏季又可制冷，并提供日常生活熱水，節約總體投資；414面積比較大、負荷比較大的溫室或生態酒店建議采用地源熱泵，地源熱泵相對燃油鍋爐 普通空調初投資要低一點，但運行費用相對燃油鍋爐 普通空調模式要低的多，故在面積比較大、檔次比較高的設施農業項目上建議采用地源熱泵作為供暖和降溫手段；415從上述實驗數據表格可以看出設施內濕度日偏差比較大，且濕度都不在人舒適感的范圍內，人舒適的濕度范圍為45～65之間。因此，建議像西三旗生態酒店這種生態酒店項目應增設新風系統，這樣可以控制濕度，提高人的舒適度感。