地源热泵系统在温室大棚应用

  温室(greenhouse) 又称暖房。能透光、保温（或加温），用来栽培植物的设施。在不适宜植物生长的季节，能提供生育期和增加产量，多用于低

温室(greenhouse) 又称暖房。能透光、保温（或加温），用来栽培植物的设施。在不适宜植物生长的季节，能提供生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。温室的种类多，依不同的屋架材料、采光材料、外形及加温条件等又可分为很多种类，如玻璃温室、塑料温室；单栋温室、连栋温室；单屋面温室、双屋面温室；加温温室、不加温温室等。温室结构应密封保温，但又应便于通风降温。现代化温室中具有控制温湿度、光照等条件的设备，用电脑自动控制创造植物所需的最佳环境条件。

国内温室大棚发展迅速，现在形成了各式各样的风格，主要有7种不同的种类和用途，分别是日光温室、生态餐厅温室、生产温室、病虫害检疫隔离温室、商业零售温室、试验温室、观赏温室。下面一一介绍：

1、日光温室
日光温室是一种我国温室大棚发展中创造性的温室，具有保温效果特别好、性价比高以及实用性强等优点。

2、生态餐厅温室
生态餐厅温室又称阳光温室或生态餐厅，是专门用于公众就餐的温室，室内布置各种花卉、盆景、园林造景或立体种植形式，使就餐人员仿佛置身于大自然的环境中，给人以回归自然的感觉。

3、生产温室
生产温室顾名思义就是以生产为目的的温室。根据生产的内容和功能不同生产温室又有育苗温室、蔬菜温室、花卉温室、果树温室、水产养殖温室、畜禽越冬温室等等。

4、病虫害检疫隔离温室
病虫害检疫隔离温室是用于暂养从境外引进作物专门进行病虫害检疫的温室。严格上讲，这种温室要求出入温室的人员、物资都必须消毒，室内外空气的交换也要过滤、消毒。

5、商业零售温室
商业零售温室是专门用于花卉等批发、零售的温室。花卉在温室内展览和销售能够具有适宜的生长环境，但同时室内有大量的交通通道和展览销售台架，便于顾客选购。

6、试验温室
试验温室是专门用于科学实验的温室，其中包括科研教育温室、人工气候室等。这类温室的设计专业性强，要求差异大，必须进行针对性的个性化设计。

7、观赏温室
观赏温室是室内种植观赏作物的温室，且往往外观建筑的比较新颖。在植物园中见到的大量造型温室、热带雨林温室其实都是属于观赏温室。温室内部空间要求较高较大，以满足室内种植高大树木的要求。

二、常规的温室大棚加温方式

采暖系统一般由热源，室内散热设备和热媒输送系统组成。目前用于温室的采暖方式主要有热水采暖，蒸汽采暖，热风采暖，电热采暖和辐射采暖等。目前温室中最常用的热源有燃煤锅炉，燃气锅炉和电锅炉。散热方式主要有热水管道散热和热风散热。

1、热水采暖
以热水（60℃~80℃）为热媒的采暖系统，由热源锅炉，热水输送管道，循环水泵，散热器一级控制阀门等组成。与热风和蒸汽采暖相比，一次性投资较多，循环动力大，热损失小，运行较为经济。一般冬季室外采暖设计温度在-10℃以下且加温时间超过三个月的，常采用热水采暖系统。我国北方地区大都采用热水采暖。

2、蒸汽采暖
以蒸汽为热媒的采暖系统，组成与热水采暖系统相近。一般在有蒸汽资源的地方或有大面积连片温室群供暖时，为了节约投资，才选用蒸汽采暖系统。

3、热风采暖
热风系统是利用热源将空气加热到要求的温度，然后由风机将加热空气送入温室中。相比热水加温系统，热风采暖设备投资低，安装简单，但是运行费用较高。主要使用在冬季采暖时间短的地区，尤其适合于小面积单栋温室。在我国主要使用在长江流域以南地区。

4、电热采暖
利用电流通过电阻大的导体将电能转变为热能进行空气或土壤加温的加温方式。温室中常用的电加热线有空气加热线和地热加热线两种。采用电热采暖不受季节地区限制，可根据种植作物的要求和天气条件控制加温的强度和加温时间，具有升温快，温度分部均匀，稳定，操作灵便等优点。缺点是耗电量大，运行费用高。多用于育苗温室的基质加温和实验温室的空气加温等。

地源热泵技术现如今正处在一个急速上升的过程中，作为地源热泵技术本身不管在国外还是国内已经非常成熟。已经广泛的应用于住宅、办公、商场、工厂、体育场馆以及多种大型建筑。作为一个完全无污染的绿色环保空调形式，他得最大的优点还在于节省了空调系统的运行费用以及土地空间，而我们需要付出的仅仅是多一点点的投资。并且，我们可以从技术方面分析热泵技术应用于温室大棚的可行性。

1、大多数温室大棚的温度需求范围为30℃以内，不管是使用燃油还是电加热系统，所得到的温度都要远高于这个温度范围，无形中增加温度损耗。而热泵空调系统供暖温度在45℃~55℃，属于低温供暖，温差小，损耗小，避免了能源的浪费。

2、热泵系统的供暖能效比高达4.0，意思就是说，我们利用1kW的电能，经过热泵转换，就能得到4kW甚至更多的热能。大大超过了电加热系统1.0的能效，更不用说燃油还不到1.0的能效了。由此可见，大大减少后期的运行费用。

3、热泵系统特别是水地源热泵系统大大减少了对场地的占用，并且系统真正实现了0排放。不仅减少了对耕地的占用，并且大大减少了对环境的污染。

三、运行费用分析

温室冬季生产需要消耗大量能源。我国除热带地区的温室冬季生产不需要加温外，大部分地区冬季都比较寒冷，有的地区严寒期甚至长达120-200天，要保证种植作物的正常生长和发育，温室生产，都必须配置加温，人工补充热量。根据所在地区不同，温室加温的时间也长短不一，东北地区加温时间大约需要5~6个月，华北地区需要3~5个月。我国南方地区的连栋温室，尤其是花卉生产温室和育苗温室，冬季生产也需要进行加温或临时加温。
一般，连栋温室加温年耗煤量约为90~150kg/m2，燃煤成本占整个生产成本的30%~50%。设计不合理的温室或地处严寒地区的温室，加温耗煤可能会远远超出上述指标。因此，能量消耗大是影响大型温室经济效益的重要因素之一。目前，我国建设的大型温室，北纬35°地区，冬季加温耗能费约占总成本的30% ~40%，北纬40°地区约占40%~50%，北纬43°及以上地区约占60%~70%。


北纬40度左右地区：

连栋温室加温能耗100～250W/ m2
燃煤消耗60～150kg/(m2·年)
= 40～100吨/(亩·年)
采暖煤、水电费用占生产成本的50%～70%


四、工程实例

中国农业大学上庄试验站日光温室地源热泵系统：水源热泵系统，末端风机盘管（温度控制开启）供暖性能指数约为3.83，每日供暖耗电量约为0.15kwh/（m2d），供暖费用约为0.12元/（m2d）。在整个冬季加温期间，温室夜间加温效果稳定，夜间可以有效地维持室内气温在18℃以上，同时，室内湿度保持在70%~80%左右，可以有效避免普通日光温室中夜间出现的接近95%以上的高湿度状况。一栋480m2左右的日光温室冬季采暖费用（不含人工费）达到8600元，合18元/(m2年)。地源热泵供暖、天然气供暖、燃煤热水供暖以及燃油热风供暖几种温室采暖方式的相对运行费用分别约为1.20，1.31，1.00，3.36。地源热泵供暖的运行费用略高于燃煤热水供暖，但低于天然气供暖和燃油热风供暖。虽然在运行费用方面，地源热泵系统供暖与传统的燃煤热水供暖还不具有优势，但其显著的节能减排效果以及不会对温室建设地区造成污染的优点，目前尤其是在城市郊区发展具有特殊的意义。

西三旗生态园：温室面积9504m2，跨度33米，开间8米，天沟高7.5米，顶高8.65米，温室主体骨架为工字钢结构。系统配置：热泵主机2台，1用1备。制热功率1251kw，耗电量258kw；制冷功率1020kw，耗电量192kw。末端采用风机盘管331台，每台耗电量50w。生态酒店内种热带植物，室内温度全天保持在22℃左右，最高温差达到26℃。使用地源热泵比使用普通空调节约能耗30%左右。

草莓博览园：草莓博览园标志性建筑“三中心”占地5万平米，连栋温室面积4.4万平米，园区绿化面积22万平米。博览园地源热泵系统包含智能温室及“三中心”建筑的采暖及空调系统。供热总面积达9.3万平米，共设置120米深的地源换热孔2110个。跟普通燃煤锅炉相比一年可以节约标煤760吨，直接减少二氧化碳排放1400吨。

北京鲜花港：鲜花港一期温室及其附属设置占地面积400亩，建筑面积22万平米。鲜花港花卉生产基地拥有17万平米的智能温室，是北京最大的设施花卉生产基地之一。鲜花港是国内首次在农业设施上大规模自主开发浅层地能，地热新能源等节能环保技术的标杆项目。鲜花港采用的供暖系统，属于地源热泵，水源热泵，地热梯级利用加燃气锅炉调峰的复合式能源利用方案供暖方式，比传统能源提高30~50%的效率。鲜花港的供暖总负荷达4.6万kw。该系统有4口深层地热井，33口水源井和1900多口150米深的土壤源换热孔。鲜花港温室不设暖气片，而是把导热管铺设在地板下。夏季，鲜花港利用热泵技术把地下100多米14度的冷水抽上来，通过风机盘管制成冷气均匀的输送到温室，从而实现降温催花。经过测算，运行费用53元每年每平米。

五、总结

冬季在温室中使用地源热泵系统供暖比采用传统的燃煤热水或燃油燃气供暖方式运行费用要低30%以上。而夏季降温工况下，由当前的实验观察和理论分析可知，地源热泵空调系统无论在降温效果方面还是节能方面都落后于当前中国温室普遍采用的湿帘-风机降温系统。这是因为湿帘- 风机系统是利用水的蒸发潜热降温，而热泵系统风机盘管制冷采用的是显热降温，所以，前者的降温效果要快，运行费用也相应地要低一些（温室采用湿帘- 风机系统降温风机耗能约为2 元/(m2·a），不过湿帘- 风机系统存在耗水量大和空气湿度大等缺点。因此，夏季在温室中可以采用湿帘- 风机、地源热泵联合降温系统，合理搭配使用两个系统，既可以减少投资费用和运行成本，又可以解决单一使用湿帘- 风机系统带来相对湿度较大，易引发病虫害和抑制蒸腾作用等问题。

地源热泵作为一种低温供暖形式已经逐渐的取代常规供热形式使用在温室大棚中。而温室大棚技术也在新农村建设中起到尤为重要的作用。利用地源热泵技术，解决温室温度需求，减少了污染，使用寿命远大于电加热及燃油锅炉形式。运行费用减少了70%以上。值得在温室大棚建设中大力推广。