温室主动蓄放热-热泵联合加温系统热力学分析.pdf

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1、第30卷第14期农业工程学报、，01．3ONO．142014年7月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringJul_2014179温室主动蓄放热．热泵联合加温系统热力学分析孙维拓1,2,3，张义，一，杨其长※，方慧，卢威，胡永逵4(1．中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，北京100081；2．农业部设施农业节能与废弃物处理重点实验室，北京100081；3．北京农业智能装备技术研究中心，北京100097；4．北京中科华誉能源技术发展有限责任公司，

2、北京100083)摘要：主动蓄放热．热泵联合加温系统加温和节能效果显著，在温室加温领域应用前景广阔，但系统技术参数及工艺仍有待优化。该文通过对系统进行能量平衡和可用能(Exergy)分析，得出系统及各组件的性能系数、可用能损失、损失比和可用能效率，以此为依据对系统进行性能评价和优化。试验结果表明：系统平均1d中集热和保温阶段可用能损失总量为9．77x10kJ，可用能效率为48．7％；可用能损失最大、可用能效率最低的组件是主动蓄放热装置，其次是热泵装置、循环水泵和蓄热水箱，其可用能损失比分别为78．7％、8．3％、7．7

3、％、5．3％，可用能效率分别为25．6％、38．3％、75．0％、88．2％。就整个系统而言，最需要进行技术优化的是主动蓄放热装置与热泵装置，可用能损失主要由有限温差传热引起，降低传热温差、减少有限温差传热过程以及改进生产工艺是优化的重点。试验期间系统的集热效率为89．0％～100．5％，热泵装置制热性能系数(coeficientofperformance，COPrlp)达5．48~6．08，性能远远高于传统太阳能热水系统以及水、地源热泵。该研究为温室加温系统性能评价和优化设计提供思路。关键词：温室；加温；蓄热；热泵；

4、热力学；可用能doi：10．3969~．issn．1002—6819．2014．14．023中图分类号：$625文献标识码：A文章编号：1002—6819(2014)一14—0179—10孙维拓，张义，杨其长，等．温室主动蓄放热．热泵联合加温系统热力学分析[J]．农业工程学报，2014，30(14)：179—188．SunWeituo，ZhangYi，YangQichang，eta1．Therrnodynamicanalysisofactiveheatstorage-releaseassociatedwithheatp

5、umpheatingsystemingreenhouse[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAB)，2014，30(14)：179—188．(inChinesewithEnglishabstract)效提升和利用。作为太阳能与热泵联合加温的一种0引言利用形式，太阳能热泵将太阳能热利用与热泵节能中国设施农业发展迅速，截至2012年，全国技术有机结合起来，即可通过太阳辐射作用提高热设施栽培总面积达38

6、6．5万hm_z【。而温室加温是冬泵的蒸发温度和性能系数(coefficientof季设施农业环境调控最重要的环节，在北方大型温performance，COP)，又可以弥补太阳能热利用中室中，根据纬度不同冬季加温耗能约占运行总成本存在的低密度、间断性和不稳定性等不足【】。由于的30％~70％【2弓J。随着能源危机、环境污染和全球太阳能集热器集热温度处于较低的水平，即使采用廉变暖问题的恶化，世界各国不断地将目光投向清价的简易集热装置也可以获得较高的集热效率，有助洁、可再生能源的开发和利用上，如太阳能L4]、浅于降低集热成

7、本并实现与温室结构集成化【l。层地热能【5_7]、生物质能和工业废热[8-10]等。．目前，在农业应用领域，对太阳能与热泵联合在世界很多地区直接太阳辐射被认为是最具加温系统的主要评价参数为集热效率和热泵潜力的能源L1，而热泵技术可将低品位能量进行有COPt】。然而，这2个参数的定义均基于热力学第一定律，即能量平衡方程。该分析方法可有效反映收稿日期：2014—02—07修订日期：2014—06—02基金项目：863计划资助课题(2013AA102407)；国家科技支撑计划系统各热力过程中能量在数量上的变化，但不能反(20

8、14BAD08B02)；公益性行业(农业)科研专项(201203002)：基映能量在质量上的退化和贬值，即可用能(Exergy)本科研业务费(BSRF201405)变成废热的不可逆损失[19-20】。对于太阳能热利用等作者简介：孙维拓，男，山东邹城人，主要从事温室节能、设施环境调控方面的研究。北京中国农业科学院农业环境与可持续发展