新型熱泵工藝在農業(yè)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(huán)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(gè)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(zhì)與地下恒溫巖土進(jìn)行熱交換，以獲取巖土中能量。從換熱器中出來(lái)的水通過(guò)管道直接送生態(tài)酒店或溫室等設施內部，井水與循環(huán)水進(jìn)行能量交換之后通過(guò)管道回到井中再次與周?chē)銣貛r土進(jìn)行能量交換，這樣完成1次循環(huán)。

　　從井口換熱器中出來(lái)的循環(huán)水進(jìn)入生態(tài)酒店或溫室等設施內機房蒸發(fā)器中，與蒸發(fā)器中低溫低壓的介質(zhì)進(jìn)行熱交換，介質(zhì)變成高溫低壓的氣態(tài)進(jìn)入加壓裝置，介質(zhì)經(jīng)過(guò)加壓裝置后變成高溫高壓的氣態(tài)進(jìn)入壓縮器中，在壓縮器中介質(zhì)與第3回路中的循環(huán)水進(jìn)行熱交換，經(jīng)過(guò)熱交換后，介質(zhì)變成低溫高壓的液態(tài)進(jìn)入減壓裝置中，第3回路循環(huán)水進(jìn)行熱交換后變成高溫液體通過(guò)循環(huán)管道進(jìn)入生態(tài)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(zhì)進(jìn)入加壓裝置后變成低溫低壓的液體進(jìn)入蒸發(fā)器，這樣介質(zhì)完成1次能量循環(huán)系統。

　　第2回路循環(huán)水在蒸發(fā)器中介質(zhì)發(fā)生能量交換后，返回井口換熱器中，這樣第2循環(huán)水路完成1次循環(huán)。

　　從井口換熱器中出來(lái)的循環(huán)水進(jìn)入生態(tài)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(zhì)進(jìn)行熱交換，介質(zhì)變成低溫高壓的液態(tài)進(jìn)入減壓裝置中，介質(zhì)經(jīng)過(guò)減壓裝置后變成低溫低壓的液體進(jìn)入蒸發(fā)器中，在蒸發(fā)器中介質(zhì)與第3回路中的循環(huán)水進(jìn)行能量交換，經(jīng)過(guò)能量交換后，介質(zhì)變成高溫低壓的氣態(tài)進(jìn)入加壓裝置中，第3回路循環(huán)水進(jìn)行能量交換后變成低溫液體通過(guò)循環(huán)管道進(jìn)入生態(tài)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(zhì)進(jìn)入加壓裝置后變成高溫高壓的氣態(tài)進(jìn)入蒸發(fā)器，這樣介質(zhì)完成1次能量循環(huán)系統。第2回路循環(huán)水在蒸發(fā)器中介質(zhì)發(fā)生能量交換后，返回井口換熱器中，這樣第2循環(huán)水路完成1次能量循環(huán)。

　　上述系統經(jīng)過(guò)3個(gè)循環(huán)系統和2個(gè)能量交換裝置將周?chē)寥乐械哪芰總魉偷剿杩臻g中，這樣充分利用了可再生、無(wú)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(chǎn)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(tài)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(tài)酒店及溫室在我國發(fā)展1個(gè)主要原因，利用地源熱泵技術(shù)可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。

　　2西三旗生態(tài)園地源熱泵系統試驗設計

　　211測試的目的

　　此次實(shí)驗主要是對西三旗生態(tài)酒店地源熱泵冬季使用狀況進(jìn)行測試，通過(guò)測試溫、濕度來(lái)檢測溫室地源熱泵冬季使用時(shí)能耗情況，并與相同情況下使用空調所需能耗做比較，通過(guò)實(shí)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(dòng)溫、濕度記錄儀4個(gè)，干濕溫度計8個(gè)。

　　214西三旗生態(tài)園概況溫室面積9504m2，跨度：33m，開(kāi)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(tài)酒店室內外溫度、濕度進(jìn)行了測試，對冬季環(huán)境下生態(tài)酒店的使用情況進(jìn)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(jìn)行對比。

　　試驗條件：生態(tài)酒店正常運行時(shí)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(huán)境條件：陰天。

　　311.1溫室內測點(diǎn)布置說(shuō)明：其中※為全自動(dòng)溫、濕度記錄儀；★為手動(dòng)溫、濕度記錄器；室內測點(diǎn)布置9個(gè)，平面位置，其中自動(dòng)溫、濕度記錄儀3個(gè)和手動(dòng)溫、濕度記錄器6個(gè)。室外空氣溫度測定點(diǎn)數設3點(diǎn)（布置在高度1m，周?chē)鸁o(wú)遮擋物的空地），其中自動(dòng)溫、濕度記錄儀1個(gè)，手動(dòng)溫、濕度記錄器2個(gè)。

　　3.112試驗數據及分析試驗從9：30開(kāi)始，其中自動(dòng)記錄儀每15min測試1次，手動(dòng)溫、濕度記錄器每隔1h測試1次。

　　其中：橫坐標表示時(shí)間，縱坐標表示溫度；系列1表示室外點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖，系列2、3、4點(diǎn)表示室內點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)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(shí)刻不同點(diǎn)溫度高相差1.5℃，出現在夜間23：001：00，高點(diǎn)溫度為20.7℃，低點(diǎn)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(shí)刻不同點(diǎn)溫度高相差1.5℃，出現在凌晨1：00，高點(diǎn)溫度為20.9℃，低點(diǎn)溫度為19.4℃。從以上分析知西三旗生態(tài)酒店室內溫度分布比較均勻，且日溫度波動(dòng)較小。

　　其中：橫坐標表示時(shí)間，縱坐標表示濕度；系列1表示室外點(diǎn)濕度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖，系列2、3、4點(diǎn)表示室內點(diǎn)濕度隨時(shí)間變化曲線(xiàn)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(shí)刻不同點(diǎn)濕度高相差6.1，出現在夜間20：00，高點(diǎn)濕度為32.8，低點(diǎn)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(shí)刻不同點(diǎn)濕度高相差7.7，出現在凌晨2：00，高點(diǎn)濕度為39.6，低點(diǎn)溫度為31.9.從以上分析知西三旗生態(tài)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(tài)酒店地源熱泵系統分析

　　西三旗生態(tài)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(fēng)機盤(pán)管331臺，每臺耗電量：50W；循環(huán)水泵臺，每臺功率：35kw，2臺同時(shí)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(tài)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(fēng)機盤(pán)管331臺，每臺耗電量：50W；循環(huán)水泵臺，每臺功率：35kw，2臺同時(shí)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(tài)酒店熱負荷計算表格可以看出，西三旗生態(tài)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(shí)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(huì )隨之下降，而且呈直線(xiàn)下降，當室外溫度-5℃時(shí)，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(gè)采暖季節120d計算，從上表可以看出西三旗生態(tài)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(tài)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(guò)對西三旗生態(tài)園地源熱泵項目理論與實(shí)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(huán)保節能的優(yōu)點(diǎn)。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(shí)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(tài)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(diǎn)，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(yè)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(shí)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(tài)酒店這種生態(tài)酒店項目應增設新風(fēng)系統，這樣可以控制濕度，提高人的舒適度感。