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水地源熱泵機組在各類溫室大棚中的應(yīng)用

來源:知乎溫室設(shè)計與建設(shè)知識知道   2019年03月11日 09:02   1062

溫室(greenhouse) 又稱暖房。能透光、保溫(或加溫),用來栽培植物的設(shè)施。在不適宜植物生長的季節(jié),能提供生育期和增加產(chǎn)量,多用于低溫季節(jié)喜溫蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。溫室的種類多,依不同的屋架材料、采光材料、外形及加溫條件等又可分為很多種類,如玻璃溫室、塑料溫室;單棟溫室、連棟溫室;單屋面溫室、雙屋面溫室;加溫溫室、不加溫溫室等。溫室結(jié)構(gòu)應(yīng)密封保溫,但又應(yīng)便于通風(fēng)降溫?,F(xiàn)代化溫室中具有控制溫濕度、光照等條件的設(shè)備,用電腦自動控制創(chuàng)造植物所需的環(huán)境條件。

國內(nèi)溫室大棚發(fā)展迅速,現(xiàn)在形成了各式各樣的風(fēng)格,主要有7種不同的種類和用途,分別是日光溫室、生態(tài)餐廳溫室、生產(chǎn)溫室、病蟲害檢疫隔離溫室、商業(yè)零售溫室、試驗溫室、觀賞溫室。下面一一介紹:

1、日光溫室
日光溫室是一種我國溫室大棚發(fā)展中創(chuàng)造性的溫室,具有保溫效果特別好、性價比高以及實用性強等優(yōu)點。

2、生態(tài)餐廳溫室
生態(tài)餐廳溫室又稱陽光溫室或生態(tài)餐廳,是專門用于公眾就餐的溫室,室內(nèi)布置各種花卉、盆景、園林造景或立體種植形式,使就餐人員仿佛置身于大自然的環(huán)境中,給人以回歸自然的感覺。

3、生產(chǎn)溫室
生產(chǎn)溫室顧名思義就是以生產(chǎn)為目的的溫室。根據(jù)生產(chǎn)的內(nèi)容和功能不同生產(chǎn)溫室又有育苗溫室、蔬菜溫室、花卉溫室、果樹溫室、水產(chǎn)養(yǎng)殖溫室、畜禽越冬溫室等等。

4、病蟲害檢疫隔離溫室
病蟲害檢疫隔離溫室是用于暫養(yǎng)從境外引進作物專門進行病蟲害檢疫的溫室。嚴格上講,這種溫室要求出入溫室的人員、物資都必須消毒,室內(nèi)外空氣的交換也要過濾、消毒。

5、商業(yè)零售溫室
商業(yè)零售溫室是專門用于花卉等批發(fā)、零售的溫室?;ɑ茉跍厥覂?nèi)展覽和銷售能夠具有適宜的生長環(huán)境,但同時室內(nèi)有大量的交通通道和展覽銷售臺架,便于顧客選購。

6、試驗溫室
試驗溫室是專門用于科學(xué)實驗的溫室,其中包括科研教育溫室、人工氣候室等。這類溫室的設(shè)計專業(yè)性強,要求差異大,必須進行針對性的個性化設(shè)計。

7、觀賞溫室
觀賞溫室是室內(nèi)種植觀賞作物的溫室,且往往外觀建筑的比較新穎。在植物園中見到的大量造型溫室、熱帶雨林溫室其實都是屬于觀賞溫室。溫室內(nèi)部空間要求較高較大,以滿足室內(nèi)種植高大樹木的要求。

 

二、常規(guī)的溫室大棚加溫方式

采暖系統(tǒng)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。目前溫室中常用的熱源有燃煤鍋爐,燃氣鍋爐和電鍋爐。散熱方式主要有熱水管道散熱和熱風(fēng)散熱。

1、熱水采暖
以熱水(60℃~80℃)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,運行較為經(jīng)濟。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。

2、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)。

3、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,但是運行費用較高。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)。

4、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行空氣或土壤加溫的加溫方式。溫室中常用的電加熱有空氣加熱和地?zé)峒訜醿煞N。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。缺點是耗電量大,運行費用高。多用于育苗溫室的基質(zhì)加溫和實驗溫室的空氣加溫等。

地源熱泵技術(shù)現(xiàn)如今正處在一個急速上升的過程中,作為地源熱泵技術(shù)本身不管在國外還是國內(nèi)已經(jīng)非常成熟。已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于住宅、辦公、商場、工廠、體育場館以及多種大型建筑。作為一個*無污染的綠色環(huán)??照{(diào)形式,他得大的優(yōu)點還在于節(jié)省了空調(diào)系統(tǒng)的運行費用以及土地空間,而我們需要付出的僅僅是多一點點的投資。并且,我們可以從技術(shù)方面分析熱泵技術(shù)應(yīng)用于溫室大棚的可行性。

1、大多數(shù)溫室大棚的溫度需求范圍為30℃以內(nèi),

,不管是使用燃油還是電加熱系統(tǒng),所得到的溫度都要遠高于這個溫度范圍,無形中增加溫度損耗。而熱泵空調(diào)系統(tǒng)供暖溫度在45℃~55℃,屬于低溫供暖,溫差小,損耗小,避免了能源的浪費。

2、熱泵系統(tǒng)的供暖能效比高達4.0,意思就是說,我們利用1kW的電能,經(jīng)過熱泵轉(zhuǎn)換,就能得到4kW甚至更多的熱能。大大超過了電加熱系統(tǒng)1.0的能效,更不用說燃油還不到1.0的能效了。由此可見,大大減少后期的運行費用。

3、熱泵系統(tǒng)特別是水地源熱泵系統(tǒng)大大減少了對場地的占用,并且系統(tǒng)真正實現(xiàn)了0排放。不僅減少了對耕地的占用,并且大大減少了對環(huán)境的污染。

三、運行費用分析

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)嚴寒期甚至長達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5~6個月,華北地區(qū)需要3~5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)也需要進行加溫或臨時加溫。
一般,連棟溫室加溫年耗煤量約為90~150kg/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寒地區(qū)的溫室,加溫耗煤可能會遠遠超出上述指標。因此,能量消耗大是影響大型溫室經(jīng)濟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100~250W/ m2
燃煤消耗60~150kg/(m2·年)
= 40~100噸/(畝·年)
采暖煤、水電費用占生產(chǎn)成本的50%~70%


四、工程實例

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊試驗站日光溫室水地源熱泵系統(tǒng):水源熱泵系統(tǒng),末端風(fēng)機盤管(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%以上的高濕度狀況。一棟480m2左右的日光溫室冬季采暖費用(不含人工費)達到8600元,合18元/(m2年)。水地源熱泵供暖、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行費用分別約為1.20,1.31,1.00,3.36。水地源熱泵供暖的運行費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。雖然在運行費用方面,水地源熱泵系統(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,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)配置:熱泵主機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,溫差達到26℃。使用水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。博覽園水地源熱泵系統(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9.3萬平米,共設(shè)置120米深的水地源換熱孔2110個。跟普通燃煤鍋爐相比一年可以節(jié)約標煤760噸,直接減少二氧化碳排放1400噸。

五、總結(jié)

水地源熱泵作為一種低溫供暖形式已經(jīng)逐漸的取代常規(guī)供熱形式使用在溫室大棚中。而溫室大棚技術(shù)也在新農(nóng)村建設(shè)中起到尤為重要的作用。利用水地源熱泵技術(shù),解決溫室溫度需求,減少了污染,使用壽命遠大于電加熱及燃油鍋爐形式。運行費用減少了70%以上。值得在溫室大棚建設(shè)中大力推廣。

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