地下水源熱泵空調系統在農村的應用前景及問題

石珍珍　郭志堅　張俏倩

摘 要：農村住宅由于分散性的特點，無法實現大規模集中供熱，冬季采暖生活用能呈大幅增長的態勢但仍無法達到熱舒適要求。因此，高效節能的地下水源熱泵技術成為優先選擇的方案之一。文章論述了地下水源熱泵技術的發展現狀以及在農村的應用前景，并對應用過程中存在的問題進行分析。

關鍵詞：農村；傳統采暖方式；能源消耗；地下水源熱泵；節約能源

1 概述

對于夏熱冬冷地區來說，冬季供熱問題對居民生活質量的高低具有決定性的影響，農村住宅相對分散，發展熱電聯產和集中供熱技術受到限制，采暖普遍存在高能耗低品質問題，并且溫度不恒定，室內空氣污染嚴重[1]。近年來，隨著生活水平的提高，北方農村冬季采暖生活用能呈大幅增長態勢，煤炭能源消耗量越來越大并對大氣造成嚴重污染。所以急需要高新技術改變農村的采暖狀況，在提高農戶生活質量的同時節約大量煤炭資源。地下水源熱泵空調技術以其節能、環保和可持續發展的突出優點，成為供暖空調工程優先選擇的方案之一。

2 農村采暖現狀

目前，我國農村地區的供暖方式仍以傳統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），部分家庭輔以空調及電暖氣。這些傳統的采暖方式均以燃煤為主，熱效率低，室內空氣質量差，若通風排煙不當，一氧化碳積聚室內，存在安全隱患，并且污染環境。

天津大學建筑學院于2005年2月對北京市門頭溝區9戶分散采暖居民住宅進行了采暖能耗熱量及室內溫度監測[2]。監測結果顯示，一個采暖季平均耗煤量為北京市節能建筑標準煤耗量的4.12倍，而室內平均溫度僅為13.12℃，低于國家規定居民住宅采暖溫度下限16℃。清華大學2006、2007年組織了800多人次的學生志愿者對我國24個省市自治區的200多個縣市的典型村典型戶進行了深入的調查和分析，統計結果表明，北方農村室溫僅為10℃左右，遠低于城市建筑，但耗煤量卻為城市的1.5～2倍[1]。

3 地下水源熱泵技術的發展現狀

地下水源熱泵系統是地源熱泵系統的一個分支，最早應用于1948年美國俄勒岡州波特蘭市聯邦大廈（Commonwealth Building）[3]。在其后的幾十年中，地下水源熱泵系統得到了更為廣泛的應用。國內近幾年，在山東、河南、湖北、遼寧、黑龍江、北京和河北等地已有100多個地下水熱泵工程項目，供熱、空調面積超過100萬平方米[4]。國內一些企業也紛紛涉足到該領域。清華同方、山東富爾達、美國特靈等公司已先后在國內建成數個示范工程。沈陽地區的地源熱泵技術應用始于1997年，2006年10月，沈陽市被國家建設部列為全國實施熱泵系統建設和應用的試點城市之一[5]。甘州區從2009年整體推動新農村建設，先后有15個鄉鎮65個行政村規劃采用地下水源熱泵技術進行冬季供熱和夏季制冷[6]。我們可以以這些試點工程為例，吸取其中的經驗，分析研究水源熱泵技術在農村推廣應用中的問題。

4 地下水源熱泵在農村的應用前景

地下水源熱泵系統在整個采暖和制冷過程中，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，大大減少了對周圍環境的污染且節省占地面積，具有顯著的節能環保特性。由于系統運行期間并沒有能量形式的轉換，故能源利用率高運行成本較低，加上其本身系統較簡單操作也較方便等眾多優勢，將使得這一技術成為21世紀新農村建設中最具潛力的綠色空調技術。

我國北方農村地區淺層地溫資源豐富，為地下水源熱泵的應用創造了有利條件。我國需要采暖的北方農村，地域遼闊、人口眾多。以北京農村為例，2006年，北京市科委在北京市十個遠郊區縣開展了能源調研工作，得出農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，采暖負擔過重，且采暖溫度不理想，農村居民對于改進采暖現狀愿望強烈。調研還顯示，一戶建筑面積為100m2的農家小院，土制采暖爐初裝費用在3000元左右，2007-2008年度冬季的燃煤費為2000元左右，隨著煤炭價格的上漲，這一數字會逐漸加大，且室內溫度僅在15℃左右。若采用地下水源熱泵系統，以0.5元/kW·h的電費價格水平計算，冬季采暖費用可控制在18元/m2，且采暖溫度能達到居民熱舒適要求。從安全性來說，傳統采暖方式若燃燒不充分，通風不暢，易導致人體CO中毒，存在嚴重安全隱患，且對大氣污染嚴重。地下水源熱泵以地下水為熱源，安全性能高，綠色環保。從經濟性、舒適性及安全性來說，地下水源熱泵在農村具有廣闊的應用前景。

5 問題分析

5.1 技術本身存在的問題

通過多年來地下水源熱泵應用技術的研究以及已建成的水源熱泵系統運行情況看，系統主要存在以下問題：（1）地下水回灌問題。地下水回灌技術是地下水源熱泵的關鍵技術，如果所采用的回灌方法和技術不當，會對水井和地層結構造成不同程度的損壞，將帶來一系列的生態環境問題。（2）水質問題。現在國內地下水源熱泵的地下水回路都不是嚴格意義上的密封系統，回灌過程中的回揚、回路中產生的負壓和沉砂池，都會使外界的空氣與地下水接觸，導致地下水氧化。（3）運行管理問題。目前的地下水源熱泵系統，缺乏必要的對地下水環境的監測工作，不能對取水量、回水量、回灌水質進行實時監測，不能滿足水資源管理、水環境保護等方面的需要，缺乏統一的規劃。

5.2 在農村推廣應用的問題

通過現有新農村建設中應用地下水源熱泵的項目的分析，發現在農村中推廣水源熱泵的應用主要有以下問題：（1）初投資較高，農村目前經濟水平有限，這限制了地下水源熱泵系統大范圍推廣。（2）農村建筑物普遍是自建房，保溫措施不好，造成熱損失大，使得采暖負荷大，運行費用偏高。（3）應用過程中，普通居民對地下水源熱泵系統缺乏了解，技術掌握不精，使用過程中易出現失誤，損壞系統。

6 結束語

地下水源熱泵系統在農村推廣使用應做好以下工作：（1）前期應做好水文地質勘察工作，進行可行性研究分析，根據地下水補給來源、補給量、水文地質條件合理確定水源熱泵系統的取水、回灌的各項指標。（2）做好分區規劃，由于農村住宅具有分散性，要對其合理規劃分區，和理布置取水井與回灌水井。（3）確保回灌，做好水質水量監測，嚴禁取水退水對環境造成影響。（4）加強管理，建立合理的水質水量監測系統，確保系統安全運行。節約和保護水資源。（5）政府從政策上、生產廠家從技術上提供更多支持。

參考文獻

[1]清華大學建筑節能研究中心.中國建筑節能年度發展研究報告2012[M].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[2]楊天麟，朱能.北方地區部分小城鎮住宅建筑能耗狀況調查與分析[A].全國暖通空調制冷2006年學術年會論文集[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現狀及應用過程中的問題分析[J].流體機械，2003，5：50-54.

[5]賈玉鶴，鐘 ，王宏.地下水源熱泵的環境問題及對策探討[J].環境保護與循環經濟，2008（9）：36-39.

[6]胡小平，李小東.地下水源熱泵技術在新農村建設中應用的思考——已甘州區為例[J].地下水，2011，33（1）：168-169.