地源热泵技术原理
地源热泵原理图
地源热泵是一种利用地下浅层地热资源既能供热又能制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位能源(电能)，即可实现能量从低温热源向高温热源的转移。
冬季制热
在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过四通阀将冷媒流动方向换向。由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷媒/水热交换器内冷媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/空气热交换器内冷媒的冷凝，由空气循环将冷媒所携带的热量吸收。在地下的热量不断转移至室内的过程中，以强制对流 、自然对流或辐射的形式向室内供暖。
夏季制冷
在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化的循环。通过冷媒/空气热交换器内冷媒的蒸发将室内空气循环所携带的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过冷媒/水热交换器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的热量吸收，最终由水路循环转移至地下水或土壤里。在室内热量不断转移至地下的过程中，通过冷媒-空气热交换器，以13℃以下的冷风的形式为房供冷。
简单的来说就是：
在冬季，把土壤中的热量“取”出来，提高温度后供给室内用于采暖；
在夏季，把室内的热量“取”出来释放到土壤中去，并且常年能保证地下温度的均衡。
冬季
夏季
地源热泵优点
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1
地源热泵技术属可再生能源利用技术
地源热泵是利用了地球表面浅层地热资源(通常小于400米深)作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。地表浅层地热资源可以称之为地能(EarthEnergy，是指地表土壤、地下水或河流、湖泊中吸收太阳能、地热能而蕴藏的低温位热能。地表浅层是一个巨大的太阳能集热器，收集了47%的太阳能量，比人类每年利用能量的500倍还多。它不受地域、资源等限制，真正是量大面广、无处不在。这种储存于地表浅层近乎无限的可再生能源，使得地能也成为清洁的可再生能源一种形式。
2
地源热泵属经济有效的节能技术
地能或地表浅层地热资源的温度一年四季相对稳定，冬季比环境空气温度高，夏季比环境空气温度低，是很好的热泵热源和空调冷源，这种温度特性使得地源热泵比传统空调系统运行效率要高40%，因此要节能和节省运行费用40%左右。另外，地能温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
据美国环保署EPA估计，设计安装良好的地源热泵，平均来说可以节约用户30～40%的供热制冷空调的运行费用。
3
地源热泵环境效益显著
地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，相当于减少40%以上，与电供暖相比，相当于减少70%以上，如果结合其它节能措施节能减排会更明显。虽然也采用制冷剂，但比常规空调装置减少25%的充灌量；属自含式系统，即该装置能在工厂车间内事先整装密封好，因此，制冷剂泄漏机率大为减少。该装置的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。
4
地源热泵一机多用
应用范围广地源热泵系统可供暖、空调，还可供生活热水，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统；可应用于宾馆、商场、办公楼、学校等建筑，更适合于别墅住宅的采暖、空调。
5
地源热泵空调系统维护费用低
在同等条件下，采用地源热泵系统的建筑物能够减少维护费用。地源热泵非常耐用，它的机械运动部件非常少，所有的部件不是埋在地下便是安装在室内，从而避免了室外的恶劣气候，其地下部分可保证50年，地上部分可保证30年，因此地源热泵是免维护空调，节省了维护费用，使用户的投资在3年左右即可收回。
此外，机组使用寿命长，均在15年以上；机组紧凑、节省空间；自动控制程度高，可无人值守。
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今天来聊一聊粮食烘干应用
热泵型谷物干燥机技术及经济分析
热泵型谷物干燥机是采用热泵技术而研制出的热泵型干燥热风机再结合谷物烘干塔而组成的。我公司目前研制的是空气源热泵型谷物干燥机，以后还会研制水源和地源热泵型谷物干燥机。
热泵型谷物干燥机是目前唯一不燃烧燃料、无排放的产品，因此是环境友好型的新型产品。
也具有显著的节能效果，比燃油型谷物干燥机节能约80%以上；比燃煤型谷物干燥机节能约50%以上。
本文主要对热泵型谷物干燥机的应用做一些对比和阐述。
一，热泵型谷物干燥机应用的经济和社会的效益分析
（一） 应用的节能前景
根据现在热泵型干燥机在浙江等省应用的结果来看（在宁波、衢州、金华、绍兴、嘉兴和江苏等应用近40台），常规燃油型干燥机烘干成本为每斤0.12元；而热泵型干燥机的烘干成本仅为每斤0.025元（都为实际烘干数据）。节能约达80%。
我国全年粮食总产量为5.9亿吨（2012年国家统计局数据），如果全部用燃油型谷物干燥机烘干，一年耗费的燃料及电能等的费用将约高达1415亿元，按现在市场价计算就要消耗柴油约1485万吨，相当于要消耗一个大型炼油厂的一年的柴油产能，。CO2排放4009万吨（每KG柴油燃烧后产生CO2为2.7KG）。
如果全部用热泵型谷物干燥机来烘干，一年的总电能消耗将只有295亿元，节能直接下降80%。而且烘干过程可以实现二氧化碳“零”排放。
燃油型和热泵型烘干能耗成本对比表（附表1）
注：1，每亩总产量为1300斤。 2，柴油单价为6.5元/L。3，电费为0.728元/Kw.h。 4，计算全部能源。5，粮食水分从30%烘干到13.5%。 6，以烘干后粮食重量计算。 7，气温以平均15℃。
现在农业大户中出现了把燃油型谷物干燥机改造成烧煤型谷物干燥机的情况，主要原因是燃油型谷物干燥机的使用成本太高。而改造的炉子还不能享受购机补贴，足见农民已经不能接受燃油型干燥机高烘干成本的问题，这完全是农民在非常无耐的情况下被迫采取的行动。
那么烧煤型谷物干燥机是很省烘干费吗？下面是在不计任何其它费用只计算煤费的情况下，对比见附表2:
注：
1，每亩总产量为1300斤。 2，柴油单价为6.5元/L。
3，电费为0.728元/Kw.h。 4，计算全部能源。
5，粮食水分从30%烘干到13.5%。 6，以烘干后粮食重量计算。
7，气温以平均15℃。
烧煤型和热泵型烘干能耗成本对比表（附表2）
燃油型谷物干燥机
除湿热泵型谷物干燥机
燃油型谷物干燥机
燃油和燃煤型谷物干燥机都是燃烧型的，会增加烟尘和二氧化碳等的排放，当前我国大气环境严重恶化的条件下只会再次加重对我国的大气污染。燃油干燥机还会使粮食上附着一种有害物质—苯并芘；热泵型干燥机根本就不会有这种成份产生，也没有二氧化碳等的排放。
而热泵型干燥机是空气源热泵技术的烘干应用，它只需要用电， 不会再产生二次污染的问题，完全是清洁能源和环保产品。
那么热泵型谷物干燥机的投资成本到底如何呢？请看下表对比：
热泵型谷物干燥机投资对比表（表三）
由上表可以看出，在不考虑政府补贴、变压器改造等费用的前提下，热泵型谷物干燥机的投资成本比传统燃油型及燃煤型谷物干燥机的投资成本高不了多少，而热泵型谷物干燥机的投资收益却比其他两种干燥机要高很多，见下表对比：
单台谷物干燥机按烘干次数的对比表
说明：
(1，投资收益=热泵型比燃油型干燥机使用节省成本+燃油型谷物干燥机投资额-热泵型谷物干燥机投资额。
(2，只要年粮食烘干达到25次，就能得到投资和年使用费相加后，热泵型比燃油型更划算，多收4500元。
(3，柴油单价6.5元/L，电价为0.728元/kw.h，粮食水分从30%到13.5%，气温平均为15℃，计算全部能源。
针对现有谷物干燥机进行改造，热泵型谷物干燥机不仅有很好的节能效果，而且改造投资收回周期也短。从长远角度看，改造后使用成本更低。
说明：
（1 这是最高投资额，没有考虑改造时可能会有的政府财政补贴等因素。
（2 该表只是计算了年使用次数为30次，如果使用次数高于30次，投资回收期为更短。如少投烘干机，多用烘干机就能更早收回投资。
（3 如果再有电源方面的投资减少，那么投资回收期就更短。
（一） 应用的劳务意义
而热泵型谷物干燥机由于只要用电，那其它干燥机产生的麻烦对热泵型干燥机来说都没有，在烘干过程中人工等的消耗几乎为“0”。
各种型式的稻谷干燥机过程人工消耗对比表（上谷和下谷不比）
注，1，每亩年产量为1300斤。
2，烘干时准备和结束的人工是一样的就不作对比。
3，购买燃油的人工和运输就按人工来算。
二，热泵型干燥机的原理和技术路线
（一） 技术分析
热泵型谷物干燥机组是由二部分组成的，一是热源部分：为热泵型干燥热风机。二是塔部分：即主塔—--包括烘道、谷仓、提升机、控制等组成。
热泵型干燥热风机的原理图
热泵型干燥热风机用的热泵是采用多级加热从进风到出风一次加热完成。然后把热风送到粮塔的烘干道中烘干粮食，不回风。它的要点就在一次加热直接送风和不回风。这就不用改变目前燃油烘干机的主要结构，很适合对其它烘干机进行改造。
热泵型干燥机是通过制冷系统中压缩机的工作，把空气当中的热量给吸收过来，再加上为推动制冷系统工作而消耗的一部分电能，二部分的热能都送到谷物烘干道中去，而由于烘干谷物时环境空气的气温一般都在5-35°C以上（全国都差不多），这个条件对空气热量的吸收是最有利的，所以，能效比都会在3-6倍以上。简单说就是在这个高气温条件下，消耗1Kw.h的电力，就可产生3-6Kw.h的热能。这就是它节能的根本原因。
（二）实用性展示
我们最早的用户是从2013年5月10日开始使用的，到现在已经了二年的使用考验，历经了二季的小麦、早稻、早晚稻、单季稻和晚稻等二年多个季节的烘干，烘干的粮食累计已经达到约2200万斤，这充分体现了热泵型谷物干燥机的实用性，可靠性，一致性，节能性等特性。
目前的用户已有宁波，衢州，金华，绍兴，嘉兴和江苏等多个省和地区的约40个用户。经我们的调查，新产品的用户都不想再使用原来的干燥机。现在的用户都义务担任了我们产品的推广员，好多新的用户都是受老用户的影响纷纷要求购买的，只是现在还没有补贴。
热泵型谷物干燥机的特点：
1， 一键式操作—只要按下“干燥”键整机就能自主运行。
2， 热风出风温度和湿度设定好后就不无需其它操作。
3， 根据设定温度运行，热风出风温度控温精确、出风均匀、持续。
4， 环境温度变化，出风温度不变化。
5， 先吸湿后加热，热风更干燥，烘干质量更高。
6， 不燃烧无排放，无人值守，安全可靠。
（三）投资回报
采用热泵型谷物干燥机在投资上会加大比较多，以10吨干燥机来对比，一般要比燃油型高约30%。比如燃油型干燥机10吨的约要13.7万元/台，热泵型干燥机就要18万元/台左右。
以浙江为例，热泵型干燥机烘干成本，早稻每一炉要节省约2000元左右，那么每台干燥机每年烘干次数越多则节省烘干费越多。以一年烘干最少20次计算，就可省4万元的烘干成本，那么设备多出的投资，第一年即可收回。而以后每年节省的烘干费用即可转化为利润。
由于热泵的使用寿命有10年之久，设备的维护和保养的费用又省，所以用户只会减轻负担，不会加重负担。
从制冷产品衍生出烘干应用的热泵产品，是对传统的烘干概念的巨大颠覆，具有划时代的意义。而且，还会带来很多需要烘干设备的行业的相关设备的更新换代。
（一） 国内外情况介绍
目前，德国ATB公司从2009年开始也在研究热泵干燥机，可是他们到现在也没有找到合适的方法，所以还处于研制阶段，他们没成功的主要问题在只考虑风要循环的问题和只考虑通过对烘干空气的吸湿来干燥粮食的问题。介绍资料如下：
国内的广东省农机研究所早就研究热泵谷物干燥机了，可是到现在还没有推广开来，主要是造价过高，用户接受不了过高的设备价格。
所以到现在为止在这个产品上，我们非常确信地认为，我们是最先进的，也是最实用的。是完全值得国家大力来推广的。不仅造福广大的农民，也会造福于我国和世界。
三，政府扶持
今年9月我们的热泵型谷物干燥机已经通过了部级鉴定，预计2019年能列入国家农机补贴目录。
如果得到各级政府的大力支持，我们将会更大力地开发系列产品，为国家农业发展作出更大的贡献。
农业生产越来越需要先进的工业技术和工业产品来推进农业和农机的现代化、如果能把我们的“热泵型谷物干燥机”尽早地推向市场，对农民来说节约烘干成本，增加收益；对国家来说减少了对碳的消耗，减少了CO2的排放，减少了对石化能源的依赖。
（一），电容量的问题。
由于热泵型干燥机是只用电的机器，所有的热源只是通过耗一部分电后取得的，所以，比常规干燥机的耗电功率要大4-5倍，这就牵涉到农户电容量不够的问题，如果一个农户只装一台热泵干燥机，那电容量一般没问题；如果农户要多台，那就会出现电容量不够的问题。
（二），用热泵主机改造现有烘干机单独补贴的问题。
现在我国的农机补贴政策已经使得农机的推广和普及得到快速的推进。而谷物干燥机的现有装机容量已经很大，现在保有的谷物干燥机都是燃油的和燃煤的及生物质燃料的。原有干燥机改造是目前最大的实际需求，也有很大的环保意义。热泵型的主机虽有节能和环保的很大优势，但是由于造价高，要是改造得不到国家补贴，农户只能是有想法而没办法。
如果改造有补贴，那就是会出现各地农户都会要求改造的景象。
（三），有助于实现我国的节能减排目标。
目前我国大多数产品来说，都脱不掉仿制这样一个让国人都觉痛心的现实。在农业机械领域更是如此。而热泵型谷物干燥机却完全是我国自主研发出的好的产品。但是造价高，补贴力度不大也难以推广。
农业的现代化主要体现在农业机械化，随着时代的发展，农业机械化率越来越高，也就意味着，能源消耗越来越大。但如果有较高的补贴那么就能让热泵型谷物干燥机更多的替代常规干燥机，为到2020年实现我国的节能和减排的目标就有更大的帮助。
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