淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)及其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

鄭巖（中石化新星吉林新能源開發(fā)有限公司遼寧分公司， 遼寧 盤錦 124000）

淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)及其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

鄭巖（中石化新星吉林新能源開發(fā)有限公司遼寧分公司， 遼寧 盤錦 124000）

近幾年來，隨著能源技術(shù)的發(fā)展，其在設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中的應(yīng)用也越來越廣泛。地?zé)崮苁且环N由地殼中所抽取出來的天然熱能，而通過淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)及相應(yīng)裝置可以利用高位能將低位熱源的淺層地能轉(zhuǎn)移到高位熱源，這種裝置就是淺層地源熱泵。目前，淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)已經(jīng)在某些發(fā)達(dá)國家得到了比較廣泛的應(yīng)用，而我國關(guān)于這方面的研究也正在不斷深入。本文主要探討了淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)及其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，希望可以促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。

淺層地?zé)嵩矗坏責(zé)嵩垂?jié)能技術(shù)；設(shè)施農(nóng)業(yè)；應(yīng)用

設(shè)施農(nóng)業(yè)是一種高效的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，近幾十年來，我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)取得了巨大的進(jìn)展。不過，由于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對能源的依賴很大，因此能源成為了制約其發(fā)展的最大瓶頸。不但如此，若采用煤、石油等化石燃料作為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要能源，還會產(chǎn)生大量的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫以及碳氧化物等有害氣體，從而危害到自然環(huán)境。為此，人們一直在努力開發(fā)和尋找更加節(jié)能的能源以代替化石能源，地?zé)崮芫褪瞧渲幸环N。

1 淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)的應(yīng)用背景及現(xiàn)狀

淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)是一種新型節(jié)能技術(shù)，其供熱系統(tǒng)COP高達(dá)3.5-4.5，遠(yuǎn)超采用電、化石燃料的鍋爐供熱系統(tǒng)；同時，淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)的燃料也比鍋爐供熱系統(tǒng)節(jié)省50%以上。近十年左右，美國、加拿大、瑞士、瑞典等國家的淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)取得了快速發(fā)展。截止到2005 年，全球約有33個國家安裝了地源熱泵裝置，總臺數(shù)高達(dá)130萬臺。而我國對于淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究始于1995年，直至1997年正式對該技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用。2000 年，北京恒有源科技公司利用淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)開發(fā)了中央液態(tài)冷熱源環(huán)境系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了建筑物的日常供熱水、冬季供暖及夏季制冷。其后，清華大學(xué)、天津大學(xué)等學(xué)校通過與相關(guān)企業(yè)合作，聯(lián)合研發(fā)出了中國自己品牌的地源熱泵系統(tǒng)。2005年，國家頒布的《節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃》中明確指出要積極發(fā)展地?zé)崮堋?006 年1月，國家頒布的《可再生能源法》中明確表示要鼓勵對地?zé)崮艿拈_發(fā)利用。在得到了國家的大力扶植之后，我國的淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)進(jìn)入了一個全新發(fā)展階段，雖然由于起步較晚，目前與發(fā)達(dá)國家相比尚比較落后，但已經(jīng)取得了一系列的經(jīng)驗(yàn)與成就。

2 淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)的主要類型

（1）閉式循環(huán)式淺層地?zé)嵩床杉到y(tǒng) 閉式循環(huán)式淺層地?zé)嵩床杉到y(tǒng)是一種通過介質(zhì)在封閉式的土壤換熱裝置中循環(huán)流動來達(dá)到采集地?zé)嵩茨康牡南到y(tǒng)。介質(zhì)可以通過換熱裝置實(shí)現(xiàn)與淺層土壤之間的熱交換和傳遞，從而將淺層地?zé)嵩催B續(xù)輸送至熱泵系統(tǒng)，以提供給熱泵系統(tǒng)需要的冷熱源。目前常使用的土壤換熱裝置主要有三種形式，分別是：水平埋管、垂直埋管及螺旋地埋管。

（2）半封閉循環(huán)式淺層地?zé)嵩床杉到y(tǒng) 半封閉循環(huán)式淺層地?zé)嵩床杉到y(tǒng)是指通過潛水泵抽取地下水，再將介質(zhì)水中的低位熱源以井口間壁式換熱方式交換給熱泵系統(tǒng)，待水釋放出能量后再回到同一口井內(nèi)。通過該系統(tǒng)可以有效解決在雙井抽灌過程中泥沙與水系之間的交叉污染問題。

（3）提取轉(zhuǎn)移地下水式淺層地?zé)嵩床杉到y(tǒng) 提取轉(zhuǎn)移地下水式淺層地?zé)嵩床杉到y(tǒng)主要分為雙井抽灌形式和一井抽多井回灌形式兩種。通常情況下，若是在地下水含量豐富的地區(qū)的地質(zhì)條件下，可以先通過相應(yīng)的打井技術(shù)從一口井中抽取地下水，以獲取地下水中的低位熱源，然后再將能量釋放完畢后的地下水回灌至其他井中。這種淺層地?zé)嵩床杉绞骄哂薪?jīng)濟(jì)、方便、占地面積小的優(yōu)點(diǎn)，而缺點(diǎn)則是運(yùn)行時間較長，并且在長時間的運(yùn)行下當(dāng)排向回灌井的抽水井?dāng)y帶泥沙達(dá)到一定積累時，容易造成抽水井疏松及塌陷，以及當(dāng)抽水井與回水井處于不同水質(zhì)條件下時容易因兩井水混合而造成地下水交叉污染。

3 淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)及其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

近年來由于能源危機(jī)的到來及大氣污染的日益嚴(yán)重，世界各國都在積極尋找和發(fā)展新能源技術(shù)。設(shè)施農(nóng)業(yè)是一種高效的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，但由于其對能源的依賴很大，所以人們不斷研究在設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用新能源技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，在設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)良好的溫室調(diào)溫，缺點(diǎn)是初期投資較大、運(yùn)行成本較高，但后來峰谷電價收費(fèi)模式的出現(xiàn)很好地解決了這一問題。土耳其愛琴海大學(xué)的兩位教授通過研究溫室地源熱泵系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)熱泵的COP約為2.0-3.13，整個系統(tǒng)的COP約為1.7-2.6。美國安得烈查森教授在淺層地?zé)嵩丛跍厥抑欣玫目尚行匝芯恐邪l(fā)現(xiàn)，當(dāng)井下安裝費(fèi)用較低及天然氣價格較高時利用淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)來調(diào)控溫室溫度具有良好的經(jīng)濟(jì)性。而我國對于淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)及其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用的研究尚處于起步階段。2006 年中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院構(gòu)建了600平方米的淺層地?zé)嵩喘h(huán)境調(diào)控試驗(yàn)溫室，并提出了“地面-冠層”的散熱方式，有效實(shí)現(xiàn)了降低溫室能耗。其后，河南農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究者又通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了水源熱泵的COP約為3.31，比荷蘭玻璃溫室的節(jié)能效果高出約46.5%。

4 結(jié)語

綜上所述，隨著淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)的逐漸進(jìn)步和完善，在一些發(fā)達(dá)國家使用淺層地?zé)崮軄砉?jié)能降耗越來越普遍，但我國目前在這方面尚比較落后，仍需進(jìn)一步對淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)及其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

［1］方慧，楊其長，王柟，王順清，孫驥.淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)及其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，10：286-290.

［2］劉峻嶺，佟香寧，李申，孫冰.淺層地溫?zé)崮茉谠O(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用研究——以天津市寧河縣潘莊鎮(zhèn)地區(qū)為例［J］.中國房地產(chǎn)，2012，10：73-80.

鄭巖，男，助理工程師，本科，主要從事機(jī)電工程暖通施工管理工作。