地下水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)在農(nóng)村的應(yīng)用前景及問題

石珍珍　郭志堅(jiān)　張俏倩

摘 要：農(nóng)村住宅由于分散性的特點(diǎn)，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模集中供熱，冬季采暖生活用能呈大幅增長的態(tài)勢(shì)但仍無法達(dá)到熱舒適要求。因此，高效節(jié)能的地下水源熱泵技術(shù)成為優(yōu)先選擇的方案之一。文章論述了地下水源熱泵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及在農(nóng)村的應(yīng)用前景，并對(duì)應(yīng)用過程中存在的問題進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村；傳統(tǒng)采暖方式；能源消耗；地下水源熱泵；節(jié)約能源

1 概述

對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)來說，冬季供熱問題對(duì)居民生活質(zhì)量的高低具有決定性的影響，農(nóng)村住宅相對(duì)分散，發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)和集中供熱技術(shù)受到限制，采暖普遍存在高能耗低品質(zhì)問題，并且溫度不恒定，室內(nèi)空氣污染嚴(yán)重[1]。近年來，隨著生活水平的提高，北方農(nóng)村冬季采暖生活用能呈大幅增長態(tài)勢(shì)，煤炭能源消耗量越來越大并對(duì)大氣造成嚴(yán)重污染。所以急需要高新技術(shù)改變農(nóng)村的采暖狀況，在提高農(nóng)戶生活質(zhì)量的同時(shí)節(jié)約大量煤炭資源。地下水源熱泵空調(diào)技術(shù)以其節(jié)能、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的突出優(yōu)點(diǎn)，成為供暖空調(diào)工程優(yōu)先選擇的方案之一。

2 農(nóng)村采暖現(xiàn)狀

目前，我國農(nóng)村地區(qū)的供暖方式仍以傳統(tǒng)的分戶采暖方式為主，包括火爐、火炕以及土制采暖爐（土暖氣），部分家庭輔以空調(diào)及電暖氣。這些傳統(tǒng)的采暖方式均以燃煤為主，熱效率低，室內(nèi)空氣質(zhì)量差，若通風(fēng)排煙不當(dāng)，一氧化碳積聚室內(nèi)，存在安全隱患，并且污染環(huán)境。

天津大學(xué)建筑學(xué)院于2005年2月對(duì)北京市門頭溝區(qū)9戶分散采暖居民住宅進(jìn)行了采暖能耗熱量及室內(nèi)溫度監(jiān)測[2]。監(jiān)測結(jié)果顯示，一個(gè)采暖季平均耗煤量為北京市節(jié)能建筑標(biāo)準(zhǔn)煤耗量的4.12倍，而室內(nèi)平均溫度僅為13.12℃，低于國家規(guī)定居民住宅采暖溫度下限16℃。清華大學(xué)2006、2007年組織了800多人次的學(xué)生志愿者對(duì)我國24個(gè)省市自治區(qū)的200多個(gè)縣市的典型村典型戶進(jìn)行了深入的調(diào)查和分析，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，北方農(nóng)村室溫僅為10℃左右，遠(yuǎn)低于城市建筑，但耗煤量卻為城市的1.5～2倍[1]。

3 地下水源熱泵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

地下水源熱泵系統(tǒng)是地源熱泵系統(tǒng)的一個(gè)分支，最早應(yīng)用于1948年美國俄勒岡州波特蘭市聯(lián)邦大廈（Commonwealth Building）[3]。在其后的幾十年中，地下水源熱泵系統(tǒng)得到了更為廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)近幾年，在山東、河南、湖北、遼寧、黑龍江、北京和河北等地已有100多個(gè)地下水熱泵工程項(xiàng)目，供熱、空調(diào)面積超過100萬平方米[4]。國內(nèi)一些企業(yè)也紛紛涉足到該領(lǐng)域。清華同方、山東富爾達(dá)、美國特靈等公司已先后在國內(nèi)建成數(shù)個(gè)示范工程。沈陽地區(qū)的地源熱泵技術(shù)應(yīng)用始于1997年，2006年10月，沈陽市被國家建設(shè)部列為全國實(shí)施熱泵系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用的試點(diǎn)城市之一[5]。甘州區(qū)從2009年整體推動(dòng)新農(nóng)村建設(shè)，先后有15個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)65個(gè)行政村規(guī)劃采用地下水源熱泵技術(shù)進(jìn)行冬季供熱和夏季制冷[6]。我們可以以這些試點(diǎn)工程為例，吸取其中的經(jīng)驗(yàn)，分析研究水源熱泵技術(shù)在農(nóng)村推廣應(yīng)用中的問題。

4 地下水源熱泵在農(nóng)村的應(yīng)用前景

地下水源熱泵系統(tǒng)在整個(gè)采暖和制冷過程中，只向水源中吸熱或者排熱，并不消耗水量，地下水溫不受外界氣候變化的影響，與空氣及其他冷熱源相比，水的比熱容最大，故其傳熱性能也最好。無需鍋爐及冷卻塔裝置，大大減少了對(duì)周圍環(huán)境的污染且節(jié)省占地面積，具有顯著的節(jié)能環(huán)保特性。由于系統(tǒng)運(yùn)行期間并沒有能量形式的轉(zhuǎn)換，故能源利用率高運(yùn)行成本較低，加上其本身系統(tǒng)較簡單操作也較方便等眾多優(yōu)勢(shì)，將使得這一技術(shù)成為21世紀(jì)新農(nóng)村建設(shè)中最具潛力的綠色空調(diào)技術(shù)。

我國北方農(nóng)村地區(qū)淺層地溫資源豐富，為地下水源熱泵的應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。我國需要采暖的北方農(nóng)村，地域遼闊、人口眾多。以北京農(nóng)村為例，2006年，北京市科委在北京市十個(gè)遠(yuǎn)郊區(qū)縣開展了能源調(diào)研工作，得出農(nóng)村家庭采暖平均年用煤2.3噸，占家庭總能源消耗的70%之多，采暖負(fù)擔(dān)過重，且采暖溫度不理想，農(nóng)村居民對(duì)于改進(jìn)采暖現(xiàn)狀愿望強(qiáng)烈。調(diào)研還顯示，一戶建筑面積為100m2的農(nóng)家小院，土制采暖爐初裝費(fèi)用在3000元左右，2007-2008年度冬季的燃煤費(fèi)為2000元左右，隨著煤炭價(jià)格的上漲，這一數(shù)字會(huì)逐漸加大，且室內(nèi)溫度僅在15℃左右。若采用地下水源熱泵系統(tǒng)，以0.5元/kW·h的電費(fèi)價(jià)格水平計(jì)算，冬季采暖費(fèi)用可控制在18元/m2，且采暖溫度能達(dá)到居民熱舒適要求。從安全性來說，傳統(tǒng)采暖方式若燃燒不充分，通風(fēng)不暢，易導(dǎo)致人體CO中毒，存在嚴(yán)重安全隱患，且對(duì)大氣污染嚴(yán)重。地下水源熱泵以地下水為熱源，安全性能高，綠色環(huán)保。從經(jīng)濟(jì)性、舒適性及安全性來說，地下水源熱泵在農(nóng)村具有廣闊的應(yīng)用前景。

5 問題分析

5.1 技術(shù)本身存在的問題

通過多年來地下水源熱泵應(yīng)用技術(shù)的研究以及已建成的水源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行情況看，系統(tǒng)主要存在以下問題：（1）地下水回灌問題。地下水回灌技術(shù)是地下水源熱泵的關(guān)鍵技術(shù)，如果所采用的回灌方法和技術(shù)不當(dāng)，會(huì)對(duì)水井和地層結(jié)構(gòu)造成不同程度的損壞，將帶來一系列的生態(tài)環(huán)境問題。（2）水質(zhì)問題?，F(xiàn)在國內(nèi)地下水源熱泵的地下水回路都不是嚴(yán)格意義上的密封系統(tǒng)，回灌過程中的回?fù)P、回路中產(chǎn)生的負(fù)壓和沉砂池，都會(huì)使外界的空氣與地下水接觸，導(dǎo)致地下水氧化。（3）運(yùn)行管理問題。目前的地下水源熱泵系統(tǒng)，缺乏必要的對(duì)地下水環(huán)境的監(jiān)測工作，不能對(duì)取水量、回水量、回灌水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，不能滿足水資源管理、水環(huán)境保護(hù)等方面的需要，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃。

5.2 在農(nóng)村推廣應(yīng)用的問題

通過現(xiàn)有新農(nóng)村建設(shè)中應(yīng)用地下水源熱泵的項(xiàng)目的分析，發(fā)現(xiàn)在農(nóng)村中推廣水源熱泵的應(yīng)用主要有以下問題：（1）初投資較高，農(nóng)村目前經(jīng)濟(jì)水平有限，這限制了地下水源熱泵系統(tǒng)大范圍推廣。（2）農(nóng)村建筑物普遍是自建房，保溫措施不好，造成熱損失大，使得采暖負(fù)荷大，運(yùn)行費(fèi)用偏高。（3）應(yīng)用過程中，普通居民對(duì)地下水源熱泵系統(tǒng)缺乏了解，技術(shù)掌握不精，使用過程中易出現(xiàn)失誤，損壞系統(tǒng)。

6 結(jié)束語

地下水源熱泵系統(tǒng)在農(nóng)村推廣使用應(yīng)做好以下工作：（1）前期應(yīng)做好水文地質(zhì)勘察工作，進(jìn)行可行性研究分析，根據(jù)地下水補(bǔ)給來源、補(bǔ)給量、水文地質(zhì)條件合理確定水源熱泵系統(tǒng)的取水、回灌的各項(xiàng)指標(biāo)。（2）做好分區(qū)規(guī)劃，由于農(nóng)村住宅具有分散性，要對(duì)其合理規(guī)劃分區(qū)，和理布置取水井與回灌水井。（3）確?；毓?，做好水質(zhì)水量監(jiān)測，嚴(yán)禁取水退水對(duì)環(huán)境造成影響。（4）加強(qiáng)管理，建立合理的水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全運(yùn)行。節(jié)約和保護(hù)水資源。（5）政府從政策上、生產(chǎn)廠家從技術(shù)上提供更多支持。

參考文獻(xiàn)

[1]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2012[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]楊天麟，朱能.北方地區(qū)部分小城鎮(zhèn)住宅建筑能耗狀況調(diào)查與分析[A].全國暖通空調(diào)制冷2006年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C].2006：18-25.

[3]M.J.Hatten.Groundwater heat pumping：lessons learned in 43 yeara at one buiding[J].ASHRAE Transactions，1992，Vol.98（1）：1031-1037.

[4]張群力，王晉.地源熱泵和地下水源熱泵的研發(fā)現(xiàn)狀及應(yīng)用過程中的問題分析[J].流體機(jī)械，2003，5：50-54.

[5]賈玉鶴，鐘 ，王宏.地下水源熱泵的環(huán)境問題及對(duì)策探討[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2008（9）：36-39.

[6]胡小平，李小東.地下水源熱泵技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中應(yīng)用的思考——已甘州區(qū)為例[J].地下水，2011，33（1）：168-169.