摘要：以北京市某具體的溫室工程設計為例，對幾種不同冷熱源組合形式進(jìn)行了比較。通過(guò)技術(shù)及經(jīng)濟性特點(diǎn)分析，最終確定污水水源熱泵系統作為工程中的冷熱源，為實(shí)際工程中溫室空調形式的選擇提供了參考。

　　關(guān)鍵詞：溫室；冷熱源；污水水源熱泵

　　1.工程概況

　　本工程位于北京市大興區，當地年平均氣溫11.0℃，1月平均最低氣溫-4.8℃，7月平均最高氣溫25.8℃，采暖溫度-9℃，極端最低氣溫-27.4℃，全年無(wú)霜期209天，供暖期長(cháng)達130天。溫室為北京市大興區新鳳河水環(huán)境治理工程中的一個(gè)子工程，屬亞行貸款項目。新鳳河水環(huán)境治理工程是利用黃村污水處理廠(chǎng)的中水作為水源，一部分通過(guò)人工濕地凈化系統處理作為新鳳河李營(yíng)閘以下河段的環(huán)境用水，一部分中水直接作為河道生態(tài)用水供新鳳河李營(yíng)閘以上河段使用，為河道提供景觀(guān)用水并為下游提供灌溉用水。

　　2.溫室簡(jiǎn)介

　　溫室是以采光覆蓋材料作為全部或部分圍護結構材料，在冬季或其它不適宜植物露地生長(cháng)的季節供栽培植物的建筑。生活中我們常見(jiàn)的玻璃育花房和蔬菜大棚就是典型的溫室。溫室主要使用原理是讓陽(yáng)光直接照射進(jìn)溫室，加熱室內空氣，而同時(shí)玻璃或透明塑料薄膜又可以不讓室內的熱空氣向外散發(fā)，使室內的溫度保持高于外界的狀態(tài)，以提供有利于植物快速生長(cháng)的條件。這樣溫室形成了兩個(gè)特點(diǎn)：溫度較室外高、不散熱。

　　根據溫室的最終使用功能，可分為生產(chǎn)性溫室、試驗（教育）性溫室和允許公眾進(jìn)入的商業(yè)性溫室。蔬菜栽培溫室、花卉栽培溫室、養殖溫室等均屬于生產(chǎn)性溫室；人工氣候室、溫室實(shí)驗室等屬于試驗（教育）性溫室；各種觀(guān)賞溫室、零售溫室、商品批發(fā)溫室等則屬于商業(yè)性溫室。

　　本文所介紹的溫室坡面和三個(gè)側面均為玻璃結構材料，另一側面緊貼水環(huán)境治理工程的中心控制室（新鳳河水環(huán)境治理工程的一個(gè)組成部分），主要為水環(huán)境治理過(guò)冬綠化提供植物培養種苗。該溫室占地面積1300m2，位于大興區郊外新鳳河河畔，是一棟把使用功能和景觀(guān)揉為一體的建筑物，但需獨立配置采暖空調設施。

　　3.冷熱源方案比較

　　采暖方式和采暖設備選擇是一個(gè)涉及溫室投資、 運行成本、生產(chǎn)經(jīng)濟效益的問(wèn)題。因此，在設計方案階段，應充分考察工程的特點(diǎn)，對溫室所可能采用的熱源方式進(jìn)行詳細比較分析。分述如下：因工程所處位置遠離城市供熱管網(wǎng)，溫室的熱源需要自行解決。常用的熱源設備從燃料選用上可分為：燃油式、燃氣式、燃煤式和電熱式等四種。其中燃氣式的設備裝置最簡(jiǎn)單，造價(jià)最低，但氣源上沒(méi)有保證。

　　燃油式的設備雖然具有設備簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化控制程度高、造價(jià)也比較低、占地面積比較小及土建投資低等，但燃油設備的運行費用相對較高，相同的熱值比燃煤費用高3倍以上。盡管燃煤式的設備最復雜，操作也比較復雜，需要鍋爐工人責任心強，精心操作，并且燃煤式設備費用最高，土建費用比較高，但燃煤設備運行費用是各種熱源設備中最低的。燃煤式設備最重要的缺點(diǎn)是污染空氣和環(huán)境，與本工程的環(huán)保主題不一致。 電能是最清潔、方便的能源，但電能是二次能源，本身比較貴，且當地電力負荷也較為緊張，為此還需再配套電力增容設施。若能充分考慮電能峰谷價(jià)差的優(yōu)惠，電能也是一個(gè)可選項。（設計溫室白天熱負荷較低約為總負荷的1/4，夜間熱負荷最高。剛好符合谷峰電價(jià)的使用要求，運行成本將比白天用電低1-2倍。）對南方地區而言，采暖期短熱負荷低，采用燃油式的設備比較好。但對北京而言，冬季加溫時(shí)間長(cháng)（采暖天數130天），采用燃煤熱水鍋爐雖然一次投資比較大，但可以節約運行費用，長(cháng)期計算還是合適的。

　　溫室供熱系統選擇應結合初投資、運行成本、生產(chǎn)技術(shù)水平、操作管理簡(jiǎn)單、設備可靠性及環(huán)保等諸方面綜合考慮。除上述幾種形式外地熱、水源熱泵也可解決冬季供暖問(wèn)題。

　　地熱作為新能源的一種應合理規劃，尤其需重點(diǎn)解決好水資源的合理使用問(wèn)題。深層水為數萬(wàn)年前形成的一次性?xún)?yōu)質(zhì)水，具有不可再生性。而工程所處位置是否具有該資源，且開(kāi)發(fā)費用都是未知數，且北京水資源嚴重短缺該方案不予考慮。

　　水源熱泵系統，夏季供冷冬季可供熱。該種供熱方式效率能效比可高達4.1，供冷效率能效比可達4.2-5.1，較單純電熱采暖效率高的多，但需要有連續穩定的水源作保證。水源熱泵與鍋爐（電、燃料）的供熱系統相比，水源熱泵具有明顯的優(yōu)勢。鍋爐供熱只能將90%～98%的電能或70%～85%的燃料內能轉化為熱量，供用戶(hù)使用，因此水源熱泵要比電鍋爐加熱節省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節省二分之一以上的能量。由于水源熱泵的水源溫度（12～28℃）全年較為穩定，其制冷、制熱系數可達3.5～4.4，與傳統的空氣源熱泵相比，要高出40%左右，其運行費用為普通中央空調的50～60%.從工程現有條件來(lái)看：連續穩定的水源只有來(lái)自污水處理廠(chǎng)的中水可以滿(mǎn)足，能否采用中水作為該工程的水源呢？若采用中水水源熱泵該工程還會(huì )成為此項目的一個(gè)設計亮點(diǎn)。

　　經(jīng)考察研究，只要采用適于污水運行的換熱器，利用城市污水的水量大、水溫適宜的特點(diǎn)，就可形成一套特殊的水源熱泵系統。該系統可充分利用城市污水處理廠(chǎng)二級出水（水溫12～28℃）作為水源，合理利用出水的流量和溫差進(jìn)行制冷和供熱，而不影響二次出水的后續回用。對城市污水水源熱泵系統而言，由于水源穩定，設備的制冷、供熱效果將會(huì )有可靠的保證。經(jīng)與設備生產(chǎn)商和業(yè)主的多次溝通，最終確定采用污水水源熱泵機組作為本工程的冷熱源。

　　隨著(zhù)可持續發(fā)展和公眾環(huán)保意識的提高，世界利用能源的結構都正在轉變，從原有的煤、石油取暖過(guò)渡到以天然氣及電等清潔能源。北京作為大氣污染最為嚴重的城市之一，其治理大氣污染的政策中就包括能源結構的調整，從以煤為主改為天然氣和電力替代能源。但是，替代能源雖然可以部分解決大氣污染的問(wèn)題，而天然氣和石油等都屬于不可再生的能源，從可持續發(fā)展的角度看，必須提高能源利用效率或者尋找可以再生的能源。本工程中提出的利用集中城市生活污水作為水源的污水水源熱泵，提取低位能源進(jìn)行制冷、供暖，既節能又環(huán)保，具有一定的現實(shí)意義。

　　4.溫室設計

　　基于上述分析比較，考慮節能環(huán)保的要求，通過(guò)論證考察，確定對現有的污水進(jìn)行重新利用，即采用污水水源熱泵作為溫室的供熱方案。本工程的水源中央空調系統是由末端系統（室內空氣處理末端等）、水源中央空調主機系統（又稱(chēng)為污水水源熱泵）和水源水系統三部分組成。

　　4.1 污水水源熱泵空調系統該水源中央空調系統主要為中控室及辦公區（468m²）提供冷暖負荷及溫室（1300 m2 ）提供采暖負荷。中控室及辦公區采用風(fēng)機盤(pán)管和新風(fēng)換氣機系統，溫室采用散熱器和暖風(fēng)機系統。由于該溫室為生長(cháng)型溫室，因此要求設計溫度在16℃-35℃之間，以滿(mǎn)足溫室植物生長(cháng)需求。

　　夏季溫室采用濕簾機械通風(fēng)降溫和自然通風(fēng)降溫兩種通風(fēng)方式，以滿(mǎn)足不同室外氣候條件下的需求。溫室在縱向兩側相對墻上布置有17個(gè)電控百葉風(fēng)閥分成上下兩組，滿(mǎn)足自然通風(fēng)需求；同時(shí)還設置了9臺通風(fēng)量為31500 m3/h的軸流風(fēng)機，在自然通風(fēng)不能滿(mǎn)足時(shí)使用。

　　同時(shí)還設置的6臺通風(fēng)量為3240m³/h暖風(fēng)機以彌補冬季散熱器采暖的不利影響，將聚集在高處的熱空氣，利用射流卷吸的方式帶到溫室下部，降低室內溫度梯度并具有經(jīng)濟節能的效果。水源水系統采用濕地景觀(guān)水池和污水廠(chǎng)來(lái)水兩路，當景觀(guān)水池水量有保證時(shí)優(yōu)先采用（此水質(zhì)較污水廠(chǎng)來(lái)水好）。

　　水源熱泵選用一臺高溫型水源熱泵機組，制冷量為270KW ，制熱量為327KW；系統采用大小不同的兩組循環(huán)泵，供冬季和夏季工況使用。詳見(jiàn)附圖。

　　4.2 系統特點(diǎn)該方案屬經(jīng)濟有效的高效節能技術(shù)，城市污水的溫度一年四季相對穩定，冬季比環(huán)境空氣溫度高，夏季比環(huán)境空氣溫度低，是很好的熱泵熱源和空調冷源。

　　環(huán)境效益顯著(zhù)，該裝置的運行沒(méi)有任何污染，可以建造在居民區內，沒(méi)有燃燒，沒(méi)有排煙，也沒(méi)有廢棄物，不需要堆放燃料廢物的場(chǎng)地，且不用遠距離輸送熱量。

　　運行穩定可靠，水源的溫度（常年溫度在12-28℃）一年四季相對穩定，其波動(dòng)的范圍遠遠小于空氣的變動(dòng)。是很好的熱泵熱源和空調冷源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經(jīng)濟性。

　　5.現實(shí)意義

　　城市污水水源熱泵系統，水源穩定可靠，設備的制冷、供熱效率高。該系統運行能量利用率夏季的效能系數可達4.2-5.1，冬季制熱系數可達4.1以上，是一種經(jīng)濟、高效、節能的熱泵系統。系統能有效地利用污水低位熱能，替代傳統的供暖、制冷系統，具有明顯的環(huán)保效益、社會(huì )效益和經(jīng)濟效益，是一種可以在污水處理行業(yè)推廣的新技術(shù)，有廣泛的發(fā)展前景和推廣意義。