新型热泵工艺在农业中的运用探究剖析

1地源热泵系统组成及工作原理

　　所述的流程由3套循环系统、2套能量交换系统及末端能量释放系统构成。地面以下20m～100m之间是1个相对恒温层，温度在13℃～20℃之间，此相对恒温层温度受季节性影响小△t=6℃～7℃，地域性影响小△t=10℃左右。用井水作为中间介质与地下恒温岩土进行热交换，以获取岩土中能量。从换热器中出来的水通过管道直接送生态酒店或温室等设施内部，井水与循环水进行能量交换之后通过管道回到井中再次与周围恒温岩土进行能量交换，这样完成1次循环。

　　从井口换热器中出来的循环水进入生态酒店或温室等设施内机房蒸发器中，与蒸发器中低温低压的介质进行热交换，介质变成高温低压的气态进入加压装置，介质经过加压装置后变成高温高压的气态进入压缩器中，在压缩器中介质与第3回路中的循环水进行热交换，经过热交换后，介质变成低温高压的液态进入减压装置中，第3回路循环水进行热交换后变成高温液体通过循环管道进入生态酒店或温室等设施内末端能量释放装置，将能量释放到所需空间内。介质进入加压装置后变成低温低压的液体进入蒸发器，这样介质完成1次能量循环系统。

　　第2回路循环水在蒸发器中介质发生能量交换后，返回井口换热器中，这样第2循环水路完成1次循环。

　　从井口换热器中出来的循环水进入生态酒店或温室等设施内机房压缩器中，与压缩器中高温高压的介质进行热交换，介质变成低温高压的液态进入减压装置中，介质经过减压装置后变成低温低压的液体进入蒸发器中，在蒸发器中介质与第3回路中的循环水进行能量交换，经过能量交换后，介质变成高温低压的气态进入加压装置中，第3回路循环水进行能量交换后变成低温液体通过循环管道进入生态酒店或温室等设施内末端能量释放装置，将能量释放到所需空间内。介质进入加压装置后变成高温高压的气态进入蒸发器，这样介质完成1次能量循环系统。第2回路循环水在蒸发器中介质发生能量交换后，返回井口换热器中，这样第2循环水路完成1次能量循环。

　　上述系统经过3个循环系统和2个能量交换装置将周围土壤中的能量传送到所需空间中，这样充分利用了可再生、无污染的地能。在冬季100m3/h的井水取约5℃的温差，即可获取0.6MW的热量，这相当于1t锅炉的供热量大型式锅炉节约煤材装置抗磨损变革研讨；在夏季用1KW的电能即可产生4KW的热量，能效比达到1：4，运行费用相当于普通空调的50.由于生态酒店或温室传热面积大、覆盖材料传热系数大，所以能耗非常大，运行费用高，这也是影响生态酒店及温室在我国发展1个主要原因，利用地源热泵技术可以很好的解决这个问题。

　　2西三旗生态园地源热泵系统试验设计

　　211测试的目的

　　此次实验主要是对西三旗生态酒店地源热泵冬季使用状况进行测试，通过测试温、湿度来检测温室地源热泵冬季使用时能耗情况，并与相同情况下使用空调所需能耗做比较，通过实际检测设施内地源热泵冬季节能状况。

　　212测试指标212.1温室内、外空气温度；212.2温室内、外空气湿度213试验设备器材全自动温、湿度记录仪4个，干湿温度计8个。

　　214西三旗生态园概况温室面积9504m2，跨度：33m，开间：8m，天沟高：7.5m，顶高：8.65m，温室主体骨架为工字钢结构，温室顶部采用8mm厚拜耳索拉塔夫PC板覆盖与100mm厚彩钢复合板，北立面采用100mm厚彩钢复合板，南立面采用12mm厚钢化玻璃，东西立面采用5mm 6mm 5mm双层中空玻璃。

　　311温湿度测试试验数据与分析

　　此次测试主要对西三旗生态酒店室内外温度、湿度进行了测试，对冬季环境下生态酒店的使用情况进行了测试，并对地源热泵冬季加温与普通空调冬季加温性能进行对比。

　　试验条件：生态酒店正常运行时间：10：00～24：00；由于酒店内有热带植物，温度全天必须保证在20℃左右，所以地源热泵必须全天运行；环境条件：阴天。

　　311.1温室内测点布置说明：其中※为全自动温、湿度记录仪；★为手动温、湿度记录器；室内测点布置9个，平面位置，其中自动温、湿度记录仪3个和手动温、湿度记录器6个。室外空气温度测定点数设3点（布置在高度1m，周围无遮挡物的空地），其中自动温、湿度记录仪1个，手动温、湿度记录器2个。

　　3.112试验数据及分析试验从9：30开始，其中自动记录仪每15min测试1次，手动温、湿度记录器每隔1h测试1次。

　　其中：横坐标表示时间，纵坐标表示温度；系列1表示室外点温度随时间变化曲线图，系列2、3、4点表示室内点温度随时间变化曲线图。

　　从上表可以看出1月24日室内高温度为22.2℃，低温度为19.0℃，日较差为3.2℃；同一时刻不同点温度高相差1.5℃，出现在夜间23：001：00，高点温度为20.7℃，低点温度为19.2℃。

　　1月25日室内高温度为21.8℃，低温度为19.0℃，日较差为2.8℃；同一时刻不同点温度高相差1.5℃，出现在凌晨1：00，高点温度为20.9℃，低点温度为19.4℃。从以上分析知西三旗生态酒店室内温度分布比较均匀，且日温度波动较小。

　　其中：横坐标表示时间，纵坐标表示湿度；系列1表示室外点湿度随时间变化曲线图，系列2、3、4点表示室内点湿度随时间变化曲线图。

　　从上表可以看出1月24日室内高湿度为39，低温度为24.8，室内日湿度较差为14.2；同一时刻不同点湿度高相差6.1，出现在夜间20：00，高点湿度为32.8，低点湿度为26.7.1月25日室内高湿度为44.1，低湿度为24，室内日湿度较差为20.1；同一时刻不同点湿度高相差7.7，出现在凌晨2：00，高点湿度为39.6，低点温度为31.9.从以上分析知西三旗生态酒店室内湿度分布比较均匀，但日夜湿度相差比较大，且湿度偏低。

　　312西三旗生态酒店地源热泵系统分析

　　西三旗生态酒店地源热泵系统主要参数如下：主机：2台，1备1用；制热功率：1251kw，耗电量：258kw；制冷功率：1020kw，耗电量：192kw；风机盘管331台，每台耗电量：50W；循环水泵台，每台功率：35kw，2台同时运行；潜水泵1台，功率：35kw；能耗比cop：制热：4.85；制冷：5.32.由于生态酒店内种有热带植物，故室内温度需全天保持在20℃左右，从上面测试的数据可以看出室内外温差基本保持在22℃左右，高温差达到26℃。

　　313普通冷水机组空调运行分析

　　相同负荷相同工况下普通水冷式空调分析：主机：2台，1备1用；制热功率：1251kw，制冷功率：1020kw，能耗比cop：制热3.3，制冷3.4；耗电量：制热379kw；制冷：300kw；风机盘管331台，每台耗电量：50W；循环水泵台，每台功率：35kw，2台同时运行；潜水泵1台，功率：35kw.

　　314西三旗地源热泵系统与普通空调系统对比分析

　　从西三旗生态酒店热负荷计算表格可以看出，西三旗生态酒店总热负荷为1083kw，选用的主机在标准状况室外7℃情况下制热负荷为1251kw，耗电功率为258kw，能耗比cop为4.85；1d运行费用为7972元；如果选用普通水冷空调，由于实际室外温度比标准状况7℃要低的多，这样能耗比即cop的值也会随之下降，而且呈直线下降，当室外温度-5℃时，根据统计结果cop一般在1.5左右，如果室外温度再下降，则使用普通空调比使用电锅炉效果还浪费能源（电锅炉能耗比cop为1）。

　　按照1个采暖季节120d计算，从上表可以看出西三旗生态酒店地源热泵冬季运行费用为956640元，如使用普通空调冬季运行费用为1247040元；使用地源热泵比使用普通空调冬季节约290400元，节约30.35.

　　315投资对比分析

　　地源热泵系统同常规的燃油锅炉加冷水机组初投资分析，就西三旗生态园项目2种调温系统投资而言，地源热泵系统投资低于常规的燃油锅炉加冷水机组投资。

　　4结论与建议

　　通过对西三旗生态园地源热泵项目理论与实际测试分析，可以看出地源热泵系统相对普通空调机组具有环保节能的优点。具体结论与建议如下：411冬季使用地源热泵采暖比使用普通空调节约能耗约30左右；412真正实现了供暖（冷）建筑使用区域的*，*；4131套地源热泵设备，冬季既可供暖，夏季又可制冷，并提供日常生活热水，节约总体投资；414面积比较大、负荷比较大的温室或生态酒店建议采用地源热泵，地源热泵相对燃油锅炉 普通空调初投资要低一点，但运行费用相对燃油锅炉 普通空调模式要低的多，故在面积比较大、档次比较高的设施农业项目上建议采用地源热泵作为供暖和降温手段；415从上述实验数据表格可以看出设施内湿度日偏差比较大，且湿度都不在人舒适感的范围内，人舒适的湿度范围为45～65之间。因此，建议像西三旗生态酒店这种生态酒店项目应增设新风系统，这样可以控制湿度，提高人的舒适度感。