日光温室空气源热泵供能系统与热负荷预测研究

摘要

通过温室反季节种植的果蔬等作物的需求量日益增多，结合我国的气候特点，国内大部分地区的温室都需要在不同季节供能。为保障作物优质高效生产，降低系统能耗，研发节能环保的温室供能系统至关重要。 本研究搭建了一套适合寒冷地区日光温室的新型空气源热泵供能系统实验平台。通过此实验平台，研究日光温室空气源热泵供能系统的运行效果。系统热源端采用低温空气源热泵机组，末端采用地暖辐射和纤维风管送风系统相结合的方式，实现直接从空气中取热，并适宜的分配热量至室内空气和土壤，以提高热能利用效率，从而提升日光温室冬季抵御低温的能力，同时夏季使用同一系统实现降温，为作物提供了适宜的生长条件。而且为了对设备选择和系统调节控制进行指导，提出温室热负荷预测的方法。 系统冬季运行期间，可在夜间室外环境温度低于-3℃时，可将日光温室内作物冠层高度平均气温提升至20.3~22.2℃，加温效果显著。日光温室东西方向温度分布比较均匀，南北方向温度呈现从北到南温度逐渐升高的规律。夜间通过地暖系统直接对土壤加热，将土壤平均温度提升至20℃以上，满足了大多数植物对根区最适生长温度的要求。温室供能系统可在夏季室外温度已接近37℃时，保持在室内温度在28.4~31.2℃，具有显著的降温效果，保证了同一套系统可以在冬夏季分别使用。通过深度信念网络建立较为精确预测温室供热负荷的模型，判定系数为 0.9402，均方根误差为 0.0620，预测热负荷很好地逼近实际热负荷且具有较高的稳定性。通过与近年来温室供热系统的对比发现，本系统单位面积日均所需供热量为1073.162 kJ/(m2·d)，相对供暖费用为0.072元/(m2·d)，节能效果和经济性显著。此外，对不同热源、相同末端的不同系统进行了综合性的评价，本系统在节能性和环保性方面优势明显，综合评价也为最优方案。 该研究为日光温室冬季供暖和夏季辅助降温提供了新的解决方案，同时拓展了空气源热泵的应用领域，在温室作物生产中具有广阔的应用前景。

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