水源热泵在日光温室中的应用研究

摘 要：水源热泵作为一种节能环保型空调装置已经被广泛应用。本文以水利科学研究院在永吉县岔路河镇的水稻育秧日光温室为研究对象，对水源热泵系统在东北地区的应用进行研究。通过对实际工程的分析可以看出，水源热泵系统适用于东北地区，换热稳定，且能在较短时期内收回投资。

关键词：日光温室；水源热泵；地面供热系统；节能

中图分类号：S626.5 文献标识码：A

1 引言

日光温室的建造和生产将是一个持续的过程；而效益是主要突破口。北方地区特有的气候特点在许多花卉、工厂化生产上有着得天独厚的地理优势，例如百合、等喜冷凉花卉栽培和夏季“北菜南运”的发展趋势越来越明显。为了适应入世的挑战，日光温室结构应进一步趋于合理，设施内配套技术、操作机械、环境调控设施应进一步完善，尤其是以提高经济效益为主的高档智能日光温室研究、高附加值产品的栽培将是发展的主导方向，最终实现日光温室可持续发展。

水源热泵是以水为介质来提取能量实现制热和制冷的一个或一组系统。针对水源热泵机组，就是通过消耗少量高品位能量，将地表水中不可直接利用的低品位热量提取出来，变成可以直接利用的高品位能源的装置。 水源热泵是利用太阳能和地热能来制冷、供热，应该说其属热泵中“地源热泵”的一种。 经过严格测试及不同地区热泵的应用实例测算，水源热泵制热的性能系数在3.1～4.7之间，制冷的性能系数在3.5～6.7之间。与其他系统相比，具有节能、对环境危害小的特性，这对于位于城市近郊和观光旅游区现代温室更符合可持续发展的要求。

2实验装置简介

2.1日光温室构造

该日光温室位于吉林市永吉县岔路河镇，为圆拱形屋面PVC板温室。温室南北走向。

平面布局：东西方向3m，跨度9m，共27m。南北方向开间为3m，分别为12、8、5开间。温室面积为675m2。覆盖材料：采用PC板，厚8mm双层PC板，透光率81%，面积1100m2。北墙高2.5m，长27m。墙围高0.5m，长（27+36+15+12+9）m。

2.1.1温室地面供热

温室地面供热是指将加热管置于地表以下，加热管将热量传递给地面，然后以整个地面作为散热面加热温室的一种加热方式。温室地面供热系统采用DN20的镀锌钢管作为辐射供暖管道，总长度180m。5根长5m的镀锌钢管同程式连接组成一组，共分为6组盘管，分别将各自的进出水管用塑料软管与地沟中的总进出水接头相连接。管道下方铺设20mm的细河砂找平层，铺设管道后再铺25mm的细河砂覆盖层和20mm的碎石覆盖层，如图1。

2.2水源热泵机组技术参数

2.3 日光温室温度设计及热负荷的计算 [1]

2.3.1温室的设计计算温度

目前，多数温室作物[2]的生长温度区间在5～30℃，最合适温度为22～25℃；子实体发育温度在7～22℃，最合适温度为14～16℃。空间相对湿度在生长阶段为60%～70%，子实体发育则要求70%～90%。因此，设计温室热工计算室内温度取18℃。

2.3.3水源热泵出水温度的确定

水源热泵可以将水的低品位热能加以利用，是一种节能环保的能源利用方式，但水源热泵的经济性受其COP值的影响很大，在影响COP值的各种因素中，供水温度的高低是一个可以适当调整的、非常重要的因素。为兼顾供暖效果和经济性，通过对日光温室的温度的计算，其供水温度的选择问题进行分析讨论，以便使该系统的优越性得到最大限度的发挥。

2.4日光温室多点温度智能检测系统

该系统针对中国北方地区日光温室生产发展需要，系统以ATMEL89 系列单片机为核心，PC 机RS232接口与测量仪通讯，实现对温室环境参数数据的显示、存储、查询和统计等。该检测仪操作简单，使用方便，测量结果准确可靠，提高了温室监控的自动化水平。

3 热泵供热的经济性分析

热泵的经济性是由多方面来确定的，它与锅炉房供热相比，显然具有以下特点：

3.1运行附加 费较小。这是因为：

热泵装置不需要燃料输送费用和保管费、排渣运输费等；

检修周期较长。因锅炉设备与高温烟气接触，构件极易受损；而热泵系统只有两个部件运动，磨损少，平时无需任何检修。

管理人员与劳动强度均可减少，节省工资开支。

3.2运行直接 费用（电费）一般比燃煤锅炉大，这是热泵的主要开支。

3.3热泵初投 资费用常大于锅炉房设备（指单纯为冬季供热而设）。相同容量的制热设备比锅炉设备为贵。

4 热泵的能量利用分析

5 热泵与能源价格的关系

热泵供热比锅炉供热是先进的.将热泵与煤、燃气、油等多种方式采暖时。以加热为10000kcal热量所需的费用做一个综合比较.我们可以得出：

5.1用热泵机组

设热泵的COP（指其制热量与所消耗的电能的比值.即机组的性能系数）值为4，则耗电量为2.91kW。若电费平均价格为0.5元/kWh（北京地区），则电费为：2.91 x 0.5元 = 1.75 元 ；

5.2用煤

煤大约能够产生70%的热量，则所需的燃料为2.13kg。若煤价为0.35元/kg，则费用为：2.13 x 0.35 元 = 0.75 元 ；

5.3用燃气

燃气大约能够产生75%的热量，则所需的的燃气量为3.81m3。若燃气价格为0.8元/m3，则费用为：3.81 x 0.8 元 = 3.05 元；

5.4用燃油

燃油大约能够产生80%的热量，所需的油量为1.16kg。若油价为2.4元/kg，则费用为：1.16 x 2.4 元 = 2.78 元 ；

由此可见，用煤取暖是最便宜的，而用燃气最贵。利用热泵的动力费用与电价有直接的关系，与其他加热方式相比还要视其他燃料的价格而定。

6结论

水源热泵作为一种可持续发展的绿色能源技术，有着高效节能环保的特点，受到了世界各国的广泛关注，在我国的发展也是十分迅速。本文关于水源热泵系统在日光温室中的应用的研究，随着热泵技术的日趋成熟和地面加热系统的完善，未来定会是我们东北地区温室生产的发展趋势。

参考文献

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