摘要：地源熱泵技術(shù)因其綠色環(huán)保、節(jié)能清潔、控制設(shè)備簡單等優(yōu)點應(yīng)用越來越廣，與國外普遍在農(nóng)村應(yīng)用的情況不同，我國地源熱泵在農(nóng)村的發(fā)展相對緩慢，主要受制于成本高、技術(shù)普及不足等因素。本文主要論述了地源熱泵在農(nóng)村應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)及推廣對策。

　　關(guān)鍵詞：地源熱泵,關(guān)鍵技術(shù),農(nóng)村住宅

　　地源熱泵是一種利用淺層地?zé)豳Y源(也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)設(shè)備。通過輸入少量的高品位能源(如電能)，實現(xiàn)由低溫位熱能向高溫位熱能轉(zhuǎn)移。與鍋爐電能、燃料系統(tǒng)相比，地源熱泵要比電鍋爐加熱節(jié)省三分之二以上的電能，比燃料鍋爐節(jié)省約二分之一的能量;由于地源熱泵的熱源溫度全年較為穩(wěn)定，一般為10~25℃，其制冷、制熱系數(shù)可達(dá)3.5~4.4，與傳統(tǒng)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(diào)的50~60%。基于這些優(yōu)勢，近幾年，地源熱泵機組系統(tǒng)在北美如美國、加拿大及中、北歐如瑞士、瑞典等國家已取得較快的發(fā)展，我國的地源熱泵市場也變得日趨活躍。地源熱泵可廣泛應(yīng)用于賓館、居住小區(qū)、公寓、廠房、商場、辦公樓、學(xué)校、農(nóng)村住宅等建筑，小型的地源熱泵更適合于別墅住宅的采暖、空調(diào)。可以預(yù)見，地源熱泵技術(shù)將成為21世紀(jì)最有效的供熱和供冷空調(diào)技術(shù)。

　　一、地源熱泵在農(nóng)村地區(qū)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　地源熱泵技術(shù)因其綠色環(huán)保、節(jié)能清潔、控制設(shè)備簡單等優(yōu)點被越來越多的人認(rèn)可[1]。在國外，地源熱泵技術(shù)首先在農(nóng)村得到了很好的應(yīng)用，并取得了較好效果，而國內(nèi)的應(yīng)用形勢與國外正好相反，目前國內(nèi)城市中推廣地源熱泵技術(shù)的力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于農(nóng)村，雖然有著廣闊地域的農(nóng)村具有使用地源熱泵系統(tǒng)的絕對優(yōu)勢條件，但實際上，地源熱泵技術(shù)在我國農(nóng)村的發(fā)展十分不理想。

　　從目前情況來看，制約我國農(nóng)村大規(guī)模使用地源熱泵的幾個因素主要包括：

　　第一，初始投資大。根據(jù)目前的造價來看，集中型樓房住宅造價一般在150～200元/m2,而單體型住宅造價更是達(dá)到350～400元/m2左右。我國農(nóng)村目前依然是以單體住宅為主，這使得使用地源熱泵的成本過高，制約了農(nóng)村住宅的使用。

　　第二，建筑保溫差，熱損大。相較于城市住宅，農(nóng)村建筑物的保溫措施普遍不好，造成熱損失較大，繼而造成采暖負(fù)荷大和運行費用的偏高。

　　第三，技術(shù)尚未普及，使用困難。目前城市中地源熱泵系統(tǒng)大都用于公共建筑，通常都有專業(yè)技術(shù)人員參與。但由于技術(shù)尚未普及，農(nóng)民對地源熱泵技術(shù)不夠了解，故在操作上容易失誤，造成不必要的損失。

　　二、地源熱泵關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用設(shè)計分析

　　簡單的說地源熱泵系統(tǒng)就是在建筑物邊上挖兩口井，通過冷熱交換，形成一個閉路循環(huán)，在冬季把地?zé)崮苤械臒崃?ldquo;提取”出來，傳送到室內(nèi)以用于取暖和制造生活熱水;在夏季，把室內(nèi)的熱量“提取”出來傳送到地下[2]。具體的構(gòu)成和原理可參見下圖1。地源熱泵系統(tǒng)具有高效節(jié)能的優(yōu)點，能效比在1:4-1:6之間，在所有的低碳節(jié)能環(huán)保建筑技術(shù)中，這一技術(shù)是最成熟的，目前東北、華北、西北地區(qū)已有大規(guī)模應(yīng)用。

　　采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)必須考慮地?zé)釗Q熱器中全年吸熱和放熱的平衡。地源熱泵系統(tǒng)把埋設(shè)有地埋管的地?zé)釗Q熱器作為一個蓄熱體，在系統(tǒng)中起到熱源或冷源的作用。冬季從中吸收熱量經(jīng)熱泵提升溫度后給建筑供熱，夏季則把熱泵排出的熱量釋放到地?zé)釗Q熱器中。

　　在很多情況下地?zé)釗Q熱器全年的冷熱負(fù)荷是不平衡的。例如在北方建筑物冬季的供熱負(fù)荷和時間遠(yuǎn)大于夏季的空調(diào)負(fù)荷和時間;而在南方情況則相反。如果地?zé)釗Q熱器的吸熱和放熱不平衡，多余的熱量(或冷量)就會在地下積累，引起地下年平均溫度的變化，使系統(tǒng)的性能降低甚至失效[3]。因此，在應(yīng)用地埋管地源熱泵技術(shù)時必須對地?zé)釗Q熱器中全年冷熱負(fù)荷的平衡給以足夠的重視。

　　在北方地區(qū)的一些應(yīng)用中往往只要求冬季供熱，此時采用地源熱泵加地板輻射采暖技術(shù)結(jié)合的系統(tǒng)是一種經(jīng)濟合理的方案;但這種系統(tǒng)也會造成比較嚴(yán)重的全年冷熱負(fù)荷不平衡。在地?zé)釗Q熱器運行的過程中地表和周圍的巖土將向地?zé)釗Q熱器傳熱，補充熱量(或冷量)，但由于其幾何尺度很大，這種傳熱是非常緩慢的過程。此外，地下水的滲流也有利于地?zé)釗Q熱器的傳熱，并有利于減弱或消除地?zé)釗Q熱器吸放熱不平衡的現(xiàn)象。

　　研究表明，這種導(dǎo)熱和對流的傳熱對緩解地下冷熱負(fù)荷不平衡的作用都與系統(tǒng)的幾何尺寸有很大關(guān)系。尺度小的系統(tǒng)能夠容易地得到熱量的補充而恢復(fù)其功能，而對于由數(shù)百甚至數(shù)千個埋管組成的地?zé)釗Q熱器，“地溫”難以恢復(fù)，冷熱負(fù)荷不平衡的影響將嚴(yán)重得多。由此可以得到兩點啟示。一是對于北方或南方不同氣候條件下應(yīng)用地源熱泵技術(shù)時都應(yīng)關(guān)注地下冷熱負(fù)荷平衡的問題，必要時應(yīng)采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施。第二是，對于分散的和小型的地源熱泵應(yīng)用項目，地下冷熱負(fù)荷不平衡的影響較輕，問題相對容易解決。這是在農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用地源熱泵技術(shù)的又一個相對有利的條件。

　　三、把地源熱泵技術(shù)與新農(nóng)村建設(shè)一同推動

　　1.農(nóng)村地區(qū)使用地源熱泵技術(shù)的必要性

　　新農(nóng)村建設(shè)是我黨和國家新時期提出的舉國發(fā)展戰(zhàn)略，建設(shè)社會主義新農(nóng)村是重大歷史任務(wù)，其中重要的一項就是加強村莊規(guī)劃和人居環(huán)境治理。長期以來我國農(nóng)村住宅一般都靠火炕、火爐、電熱等傳統(tǒng)方式取暖，供熱效率低，供暖質(zhì)量無法保證，使用不方便。不僅浪費能源、污染大氣環(huán)境，且隨著能源緊缺，價格也不斷上漲，使用也越來越不經(jīng)濟和劃算。在這種背景下，有必要積極采取措施加快推廣和應(yīng)用地源熱泵技術(shù)。

　　2.農(nóng)村應(yīng)用地埋管地源熱泵技術(shù)的優(yōu)勢

　　地源熱泵系統(tǒng)設(shè)置地?zé)釗Q熱器需要一定面積的土地。在建筑容積率大的城鎮(zhèn)地區(qū)以及舊建筑改造的項目中，缺少可用于埋管的土地往往成為制約地埋管地源熱泵技術(shù)應(yīng)用的主要瓶頸。而在廣大農(nóng)村地區(qū)的情況則大不相同。農(nóng)村人口的居住相對分散，城鎮(zhèn)的規(guī)模也較小，建筑容積率小，基本不存在缺少土地埋設(shè)地?zé)釗Q熱器的問題[4]。這就為應(yīng)用地埋管地源熱泵技術(shù)創(chuàng)造了極佳的條件。這也是為什么在德國、瑞士和奧地利、美國等西方國家農(nóng)村廣泛采用地源熱泵系統(tǒng)采暖的原因。從這個意義上說，在我國農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用地源熱泵供熱技術(shù)的前景將是更好于城市，我們應(yīng)該積極為此創(chuàng)造條件。利用熱泵技術(shù)只用電力這種容易供應(yīng)的清潔能源，可以滿足供熱、空調(diào)和熱水供應(yīng)的需求，大大提高居民的生活質(zhì)量。地源熱泵技術(shù)更具有節(jié)能和環(huán)保的突出優(yōu)點。在技術(shù)特點上，地埋管地源熱泵技術(shù)更適合于分散、小型和建筑容積率低的項目;因此它特別適合在農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用。

　　3.充分利用農(nóng)村住宅樓宇化小區(qū)發(fā)展趨勢

　　目前，很多新農(nóng)村建設(shè)中農(nóng)民住宅已不再是單體建筑，正朝著住宅樓房化，小區(qū)化的集群化居住發(fā)展，這為地源熱泵的應(yīng)用成本降低創(chuàng)造了條件，由于建筑的集群化規(guī)模化分?jǐn)偭吮匾�的投資成本，進(jìn)一步降低了農(nóng)村住宅使用新節(jié)能技術(shù)的門檻。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 文哲.常用的建筑節(jié)能低碳技術(shù)[J].技術(shù)與市場,2010,17(5):106.

　　[2] 劉正華.地源熱泵系統(tǒng)埋地?fù)Q熱器的理論研究及經(jīng)濟性分析[D].同濟大學(xué),2007.

　　[3] 張國柱,夏才初,孫猛等.寒區(qū)隧道地源熱泵供熱系統(tǒng)及優(yōu)化分析[J].同濟大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,40(4)

　　[4] 李福倉.太陽能與地源熱泵結(jié)合使用在新農(nóng)村住宅中的應(yīng)用探討[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2011,(23).