淺層地溫能在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用研究

高勝明

摘要：當(dāng)前我國在供暖過程中需要應(yīng)用到大量的化石資源，而化石能源屬于不可再生資源，不符合當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，應(yīng)不斷開發(fā)新型、環(huán)保型的能源替代化石能源。淺層地溫作為地?zé)豳Y源的一部分，由于其更為環(huán)保，近年來被廣泛應(yīng)用在新農(nóng)村建設(shè)中。本文對(duì)淺層地能運(yùn)用原理以及定義進(jìn)行了分析，并闡述了淺層低能在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用，僅供參考。

關(guān)鍵詞：新農(nóng)村建設(shè);淺層地溫能;原理

淺層地溫能的廣泛運(yùn)用能夠提升農(nóng)村城鎮(zhèn)化水平，對(duì)農(nóng)村居民的生活質(zhì)量的提升以及居住質(zhì)量的改善有著重要作用。在社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)中，將淺層地溫能與太陽能、沼氣資源、風(fēng)能等進(jìn)行充分結(jié)合，能夠有效提升農(nóng)村傳統(tǒng)可持續(xù)資源的利用效率，減少新農(nóng)村建設(shè)中的資源、資金投入，能夠環(huán)節(jié)農(nóng)村地區(qū)居民與資源間的緊張關(guān)系，從而降低農(nóng)村居民對(duì)當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的索取，從而降低生態(tài)壓力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 淺層地溫能的定義以及運(yùn)用原理

1.1 定義

淺層地溫能又被稱之為淺層地?zé)崮?，主要指在一定深度的地表層以下（小?00米）范圍內(nèi)的地下水、地表水以及巖土體內(nèi)，低于25℃并具有開發(fā)集中的熱能。其熱量來源大部分是由于太陽能輻射造成的，還有小部分熱能來自地心熱量，是新型的可再生資源，通常情況下溫度恒定。

1.2 利用原理

由于淺層地溫遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)地?zé)岬臏囟?，因此不能直接進(jìn)行運(yùn)用，需要通過熱泵等相關(guān)設(shè)備對(duì)其能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，方可進(jìn)行使用。熱泵主要運(yùn)用水循環(huán)技術(shù)，將地下巖石以及地表水中的熱量置換出來，形成的能量應(yīng)用在冬季室內(nèi)取暖中，此時(shí)的地溫能為“熱源”;夏季時(shí)，通過水循環(huán)將室內(nèi)溫度傳達(dá)至地下巖石體以及地下水中，此時(shí)地溫能為“冷源”。在建設(shè)新農(nóng)村建筑時(shí)，低溫地?zé)崮苤饕A存在地下巖土層、地表水以及地下水等相關(guān)介質(zhì)中，并與地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、水源熱泵系統(tǒng)等進(jìn)行充分結(jié)合，形成能夠供熱、供冷的空調(diào)系統(tǒng)。在建設(shè)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)形式差異，將熱泵系統(tǒng)分為3個(gè)類別，地下水地源熱泵系統(tǒng)、地表水地源熱泵系統(tǒng)以及地埋管地源熱泵系統(tǒng)。

地埋管地源熱泵系統(tǒng)主要時(shí)將傳熱介質(zhì)中，埋置水平或豎直的地埋管換熱器，能夠直接與轉(zhuǎn)熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換，又可稱之為土壤熱交換系統(tǒng)。通過水或防凍液等液體作為循環(huán)液，試下地下埋管也特的流動(dòng)，將巖土體、地表水中的熱量置換出來。冬季時(shí)，可通過埋入低些的封閉管道將淺層地溫能進(jìn)行置換，為室內(nèi)供暖;夏季可通過管道，將室內(nèi)溫度傳輸?shù)降乇硭虻叵聨r土體中。

地下水地源熱泵系統(tǒng)主要是針對(duì)地下水中熱能交換工作建立的，分為間接系統(tǒng)、直接系統(tǒng)。直接地下水換熱系統(tǒng)是運(yùn)用水源熱水泵機(jī)組將抽水泵中的地下水抽出后，直接進(jìn)行熱交換處置;間接地下水換熱系統(tǒng)由抽水泵將水源進(jìn)行抽出，流經(jīng)至中間換熱器后，排放至地下含水層。上述兩種系統(tǒng)都能夠通過抽取并回灌地下水的方式將地下水中的溫度與室內(nèi)溫度發(fā)生置換。冬季通過抽取地下水資源方式從含水層獲取熱量，為室內(nèi)提供熱量;夏季時(shí)，通過水循環(huán)方式將室內(nèi)熱量排放至地下含水層中，從而降低室內(nèi)溫度，形成循環(huán)系統(tǒng)。

地表水地源熱泵系統(tǒng)在應(yīng)用過程中需重視地表水熱能交換系統(tǒng)的建立，當(dāng)前應(yīng)用廣泛的系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)和開式系統(tǒng)。開式地表水換熱系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，地表水資源在循環(huán)泵等裝置驅(qū)動(dòng)下，直接流至水源熱泵機(jī)組中進(jìn)行熱交換;閉式地表水換熱系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，需要將封閉式換熱盤管按照規(guī)定的排列方式放置在需要熱交換的地表水源中，傳熱介質(zhì)能夠通過地表水以及換熱管壁進(jìn)行熱源交換。上述兩種系統(tǒng)在運(yùn)行過程中都需要對(duì)地表水資源進(jìn)行抽取，并通過系統(tǒng)將水源中的熱量進(jìn)行提取，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與地表水間的熱交換。

2 淺層地溫能在新農(nóng)村建設(shè)中的應(yīng)用

2.1 地源熱泵系統(tǒng)夏季制冷以及冬季供暖

淺層地溫能作為新型、清潔型能源，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑工程可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。在實(shí)際建設(shè)過程中，淺層地溫能主要通過熱泵系統(tǒng)將地下水、地下巖土結(jié)構(gòu)中的溫度置換出來，并與建筑工程融合，從而實(shí)現(xiàn)資源的合理利用。隨著都市型農(nóng)業(yè)發(fā)展速度的提升，地源熱泵系統(tǒng)在新農(nóng)村建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好的效果。政府部門也給予了大量資源、資金方面的支持，為地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展提供了條件。在新農(nóng)村建設(shè)過程中，為了保障淺層地溫能源能夠從自然界得到良好置換，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目的類型、需求以及規(guī)模制定合理的方案，并建立多個(gè)地源熱泵能源置換站，從而實(shí)現(xiàn)建筑物的供暖、供冷，使建筑物中形成空調(diào)體系，提升居民生活質(zhì)量。

在新農(nóng)村建設(shè)過程中，由于居民的供暖需求比較高，因此，應(yīng)重視供暖系統(tǒng)的建立，夏季供冷系統(tǒng)為輔，實(shí)現(xiàn)地源熱泵系統(tǒng)的土壤熱平衡。當(dāng)前冬夏土壤熱平衡的解決思路主要為：第一種，運(yùn)用夏季室內(nèi)氣溫高于土壤溫度的特征，將地源側(cè)地下水通過系統(tǒng)循環(huán)吸熱后回補(bǔ)至土壤中;第二種，運(yùn)用項(xiàng)目周圍的地下水資源將室內(nèi)溫度進(jìn)行抽取，并在換熱孔內(nèi)形成循環(huán)補(bǔ)熱。其中，應(yīng)用第一種方式時(shí)，需要運(yùn)用夏季冷卻塔進(jìn)行地溫能回補(bǔ)，確保系統(tǒng)也能夠在冬季運(yùn)轉(zhuǎn)。由于系統(tǒng)在冬季運(yùn)轉(zhuǎn)后，結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度將在10℃以下，應(yīng)在夏季時(shí)，及時(shí)進(jìn)行溫度回補(bǔ)，將地源熱泵換熱孔內(nèi)的水資源，通過泵組等在冷卻塔內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，此時(shí)管道里的水資源通過冷卻塔后得到加熱，形成熱能補(bǔ)充。與此同時(shí)，應(yīng)重視地下資源溫度采集系統(tǒng)的配置，當(dāng)土壤溫度恢復(fù)至15℃以上時(shí)，應(yīng)立即停止回補(bǔ)工作。在應(yīng)用第二種方式時(shí)，需要運(yùn)用夏季地表水進(jìn)行回補(bǔ)，將冷卻塔換做周圍自然水資源，運(yùn)用水資源的流動(dòng)性緩解夏季溫度高于地?zé)岜脫Q熱孔附近土壤的現(xiàn)象，并在抽取熱量后在換熱孔內(nèi)進(jìn)行循環(huán)補(bǔ)熱。在具體實(shí)施過程中，需重視以下方面。第一，自然水源應(yīng)距離項(xiàng)目足夠近。第二，抽取的水應(yīng)經(jīng)過充分處置后，方可進(jìn)入管道循環(huán)系統(tǒng)。第三，需安裝地下土壤溫度采集系統(tǒng)。

2.2 深層地?zé)峋疅岜脺囟忍嵘┡?/p>

在地下熱能豐富的地區(qū)，可運(yùn)用深層地?zé)峋疅岜孟到y(tǒng)作為冬季供暖熱源，當(dāng)溫度高于40℃時(shí)，可直接進(jìn)行利用，溫度在10～40℃時(shí)，應(yīng)運(yùn)用熱泵將溫度提升至40℃以上，方可再次利用。通常情況下，深層地?zé)峋疁乇容^高，能夠滿足10萬～20萬平方米以上的系統(tǒng)供暖。但對(duì)于有夏季供冷需求的建筑，應(yīng)運(yùn)用地源熱泵方式提供制冷。此外，在運(yùn)用深層地?zé)峋疅岜孟到y(tǒng)進(jìn)行供暖時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格對(duì)水溫進(jìn)行合理控制，當(dāng)水溫較高時(shí)，應(yīng)建立完善的供暖系統(tǒng)，從而提升居民的生活質(zhì)量。深層地?zé)峋疅岜孟到y(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于溫度比較高，常應(yīng)用于中高層建筑供暖。此外，深層水源由于礦物質(zhì)含量豐富，因此在建設(shè)供暖系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)結(jié)合過濾設(shè)施，確保系統(tǒng)中雜質(zhì)含量滿足要求，保障系統(tǒng)的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 地源熱泵結(jié)合太陽能供暖

在應(yīng)用地源熱泵結(jié)合太陽能系統(tǒng)對(duì)淺層地溫能進(jìn)行提取時(shí)，應(yīng)重視系統(tǒng)的建立，并對(duì)有供冷需求的建筑提供冷源。新農(nóng)村建設(shè)過程中，由于供熱需求大于供冷需求，因此，將導(dǎo)致地源熱泵存在冬夏熱負(fù)荷不平衡的現(xiàn)象，需結(jié)合太陽能處理系統(tǒng)，運(yùn)用室內(nèi)換熱孔循環(huán)太陽能熱水予以解決。地源熱泵供暖供冷、太陽能供暖技術(shù)近年來得到了良好的發(fā)展，使地源熱泵結(jié)合太陽能系統(tǒng)能夠充分解決土壤溫度問題，適用于底層建筑物。

3 結(jié)語

綜上所述，在新農(nóng)村建設(shè)中廣泛運(yùn)用淺層地溫能源，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑行業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，政府部門應(yīng)大力推廣淺層地溫能源，建立一個(gè)或多個(gè)效率高的淺層地溫能源示范處，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)以及參數(shù)方面的驗(yàn)證，為后續(xù)管理工作的良好開展提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，并出臺(tái)相關(guān)扶持政策，保障淺層地溫能源能夠被得到提取以及利用。此外，應(yīng)不斷完善提取淺層地溫能的系統(tǒng)，從而提升提取效率。