摘要：地源熱泵技術因其綠色環(huán)保、節(jié)能清潔、控制設備簡單等優(yōu)點應用越來越廣，與國外普遍在農(nóng)村應用的情況不同，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、技術普及不足等因素。本文主要論述了地源熱泵在農(nóng)村應用中的關鍵技術及推廣對策。

　　關鍵詞：地源熱泵,關鍵技術,農(nóng)村住宅

　　地源熱泵是一種利用淺層地熱資源(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。地源熱泵可廣泛應用于賓館、居住小區(qū)、公寓、廠房、商場、辦公樓、學校、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)。可以預見，地源熱泵技術將成為21世紀最有效的供熱和供冷空調(diào)技術。

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

　　地源熱泵技術因其綠色環(huán)保、節(jié)能清潔、控制設備簡單等優(yōu)點被越來越多的人認可[1]。在國外，地源熱泵技術首先在農(nóng)村得到了很好的應用，并取得了較好效果，而國內(nèi)的應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的力度遠遠高于農(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，繼而造成采暖負荷大和運行費用的偏高。

　　第三，技術尚未普及，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)技術人員參與。但由于技術尚未普及，農(nóng)民對地源熱泵技術不夠了解，故在操作上容易失誤，造成不必要的損失。

　　二、地源熱泵關鍵技術及應用設計分析

　　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)，在冬季把地熱能中的熱量“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)保建筑技術中，這一技術是最成熟的，目前東北、華北、西北地區(qū)已有大規(guī)模應用。

　　采用地埋管地源熱泵系統(tǒng)必須考慮地熱換熱器中全年吸熱和放熱的平衡。地源熱泵系統(tǒng)把埋設有地埋管的地熱換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熱換熱器中。

　　在很多情況下地熱換熱器全年的冷熱負荷是不平衡的。例如在北方建筑物冬季的供熱負荷和時間遠大于夏季的空調(diào)負荷和時間;而在南方情況則相反。如果地熱換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，在應用地埋管地源熱泵技術時必須對地熱換熱器中全年冷熱負荷的平衡給以足夠的重視。

　　在北方地區(qū)的一些應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結合的系統(tǒng)是一種經(jīng)濟合理的方案;但這種系統(tǒng)也會造成比較嚴重的全年冷熱負荷不平衡。在地熱換熱器運行的過程中地表和周圍的巖土將向地熱換熱器傳熱，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熱換熱器的傳熱，并有利于減弱或消除地熱換熱器吸放熱不平衡的現(xiàn)象。

　　研究表明，這種導熱和對流的傳熱對緩解地下冷熱負荷不平衡的作用都與系統(tǒng)的幾何尺寸有很大關系。尺度小的系統(tǒng)能夠容易地得到熱量的補充而恢復其功能，而對于由數(shù)百甚至數(shù)千個埋管組成的地熱換熱器，“地溫”難以恢復，冷熱負荷不平衡的影響將嚴重得多。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用地源熱泵技術時都應關注地下冷熱負荷平衡的問題，必要時應采取適當?shù)募夹g措施。第二是，對于分散的和小型的地源熱泵應用項目，地下冷熱負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)推廣應用地源熱泵技術的又一個相對有利的條件。

　　三、把地源熱泵技術與新農(nóng)村建設一同推動

　　1.農(nóng)村地區(qū)使用地源熱泵技術的必要性

　　新農(nóng)村建設是我黨和國家新時期提出的舉國發(fā)展戰(zhàn)略，建設社會主義新農(nóng)村是重大歷史任務，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用地源熱泵技術。

　　2.農(nóng)村應用地埋管地源熱泵技術的優(yōu)勢

　　地源熱泵系統(tǒng)設置地熱換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應用的主要瓶頸。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地熱換熱器的問題[4]。這就為應用地埋管地源熱泵技術創(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)推廣應用地源熱泵供熱技術的前景將是更好于城市，我們應該積極為此創(chuàng)造條件。利用熱泵技術只用電力這種容易供應的清潔能源，可以滿足供熱、空調(diào)和熱水供應的需求，大大提高居民的生活質(zhì)量。地源熱泵技術更具有節(jié)能和環(huán)保的突出優(yōu)點。在技術特點上，地埋管地源熱泵技術更適合于分散、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，這為地源熱泵的應用成本降低創(chuàng)造了條件，由于建筑的集群化規(guī)模化分攤了必要的投資成本，進一步降低了農(nóng)村住宅使用新節(jié)能技術的門檻。

　　參考文獻：

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

　　[2] 劉正華.地源熱泵系統(tǒng)埋地換熱器的理論研究及經(jīng)濟性分析[D].同濟大學,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].同濟大學學報(自然科學版),2012,40(4)

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