淺層地溫能在新農村建設中的應用研究

高勝明

摘要：當前我國在供暖過程中需要應用到大量的化石資源，而化石能源屬于不可再生資源，不符合當前可持續發展戰略。因此，應不斷開發新型、環保型的能源替代化石能源。淺層地溫作為地熱資源的一部分，由于其更為環保，近年來被廣泛應用在新農村建設中。本文對淺層地能運用原理以及定義進行了分析，并闡述了淺層低能在新農村建設中的應用，僅供參考。

關鍵詞：新農村建設;淺層地溫能;原理

淺層地溫能的廣泛運用能夠提升農村城鎮化水平，對農村居民的生活質量的提升以及居住質量的改善有著重要作用。在社會主義新農村建設中，將淺層地溫能與太陽能、沼氣資源、風能等進行充分結合，能夠有效提升農村傳統可持續資源的利用效率，減少新農村建設中的資源、資金投入，能夠環節農村地區居民與資源間的緊張關系，從而降低農村居民對當前生態系統服務價值的索取，從而降低生態壓力，實現可持續發展。

1 淺層地溫能的定義以及運用原理

1.1 定義

淺層地溫能又被稱之為淺層地熱能，主要指在一定深度的地表層以下（小于200米）范圍內的地下水、地表水以及巖土體內，低于25℃并具有開發集中的熱能。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

由于淺層地溫遠低于傳統地熱的溫度，因此不能直接進行運用，需要通過熱泵等相關設備對其能量進行轉換后，方可進行使用。熱泵主要運用水循環技術，將地下巖石以及地表水中的熱量置換出來，形成的能量應用在冬季室內取暖中，此時的地溫能為“熱源”;夏季時，通過水循環將室內溫度傳達至地下巖石體以及地下水中，此時地溫能為“冷源”。在建設新農村建筑時，低溫地熱能主要貯存在地下巖土層、地表水以及地下水等相關介質中，并與地熱能交換系統、水源熱泵系統等進行充分結合，形成能夠供熱、供冷的空調系統。在建設系統時，應結合地熱能交換系統形式差異，將熱泵系統分為3個類別，地下水地源熱泵系統、地表水地源熱泵系統以及地埋管地源熱泵系統。

地埋管地源熱泵系統主要時將傳熱介質中，埋置水平或豎直的地埋管換熱器，能夠直接與轉熱介質進行熱交換，又可稱之為土壤熱交換系統。通過水或防凍液等液體作為循環液，試下地下埋管也特的流動，將巖土體、地表水中的熱量置換出來。冬季時，可通過埋入低些的封閉管道將淺層地溫能進行置換，為室內供暖;夏季可通過管道，將室內溫度傳輸到地表水或地下巖土體中。

地下水地源熱泵系統主要是針對地下水中熱能交換工作建立的，分為間接系統、直接系統。直接地下水換熱系統是運用水源熱水泵機組將抽水泵中的地下水抽出后，直接進行熱交換處置;間接地下水換熱系統由抽水泵將水源進行抽出，流經至中間換熱器后，排放至地下含水層。上述兩種系統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溫度發生置換。冬季通過抽取地下水資源方式從含水層獲取熱量，為室內提供熱量;夏季時，通過水循環方式將室內熱量排放至地下含水層中，從而降低室內溫度，形成循環系統。

地表水地源熱泵系統在應用過程中需重視地表水熱能交換系統的建立，當前應用廣泛的系統為閉式系統和開式系統。開式地表水換熱系統在實際運轉時，地表水資源在循環泵等裝置驅動下，直接流至水源熱泵機組中進行熱交換;閉式地表水換熱系統在運行過程中，需要將封閉式換熱盤管按照規定的排列方式放置在需要熱交換的地表水源中，傳熱介質能夠通過地表水以及換熱管壁進行熱源交換。上述兩種系統在運行過程中都需要對地表水資源進行抽取，并通過系統將水源中的熱量進行提取，從而實現系統與地表水間的熱交換。

2 淺層地溫能在新農村建設中的應用

2.1 地源熱泵系統夏季制冷以及冬季供暖

淺層地溫能作為新型、清潔型能源，能夠實現建筑工程可持續發展目標。在實際建設過程中，淺層地溫能主要通過熱泵系統將地下水、地下巖土結構中的溫度置換出來，并與建筑工程融合，從而實現資源的合理利用。隨著都市型農業發展速度的提升，地源熱泵系統在新農村建設中得到廣泛應用，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，為地源熱泵系統的發展提供了條件。在新農村建設過程中，為了保障淺層地溫能源能夠從自然界得到良好置換，應結合項目的類型、需求以及規模制定合理的方案，并建立多個地源熱泵能源置換站，從而實現建筑物的供暖、供冷，使建筑物中形成空調體系，提升居民生活質量。

在新農村建設過程中，由于居民的供暖需求比較高，因此，應重視供暖系統的建立，夏季供冷系統為輔，實現地源熱泵系統的土壤熱平衡。當前冬夏土壤熱平衡的解決思路主要為：第一種，運用夏季室內氣溫高于土壤溫度的特征，將地源側地下水通過系統循環吸熱后回補至土壤中;第二種，運用項目周圍的地下水資源將室內溫度進行抽取，并在換熱孔內形成循環補熱。其中，應用第一種方式時，需要運用夏季冷卻塔進行地溫能回補，確保系統也能夠在冬季運轉。由于系統在冬季運轉后，結構內部溫度將在10℃以下，應在夏季時，及時進行溫度回補，將地源熱泵換熱孔內的水資源，通過泵組等在冷卻塔內進行循環，此時管道里的水資源通過冷卻塔后得到加熱，形成熱能補充。與此同時，應重視地下資源溫度采集系統的配置，當土壤溫度恢復至15℃以上時，應立即停止回補工作。在應用第二種方式時，需要運用夏季地表水進行回補，將冷卻塔換做周圍自然水資源，運用水資源的流動性緩解夏季溫度高于地熱泵換熱孔附近土壤的現象，并在抽取熱量后在換熱孔內進行循環補熱。在具體實施過程中，需重視以下方面。第一，自然水源應距離項目足夠近。第二，抽取的水應經過充分處置后，方可進入管道循環系統。第三，需安裝地下土壤溫度采集系統。

2.2 深層地熱井熱泵溫度提升供暖

在地下熱能豐富的地區，可運用深層地熱井熱泵系統作為冬季供暖熱源，當溫度高于40℃時，可直接進行利用，溫度在10～40℃時，應運用熱泵將溫度提升至40℃以上，方可再次利用。通常情況下，深層地熱井水溫比較高，能夠滿足10萬～20萬平方米以上的系統供暖。但對于有夏季供冷需求的建筑，應運用地源熱泵方式提供制冷。此外，在運用深層地熱井熱泵系統進行供暖時，應嚴格對水溫進行合理控制，當水溫較高時，應建立完善的供暖系統，從而提升居民的生活質量。深層地熱井熱泵系統在實際應用過程中，由于溫度比較高，常應用于中高層建筑供暖。此外，深層水源由于礦物質含量豐富，因此在建設供暖系統時，應結合過濾設施，確保系統中雜質含量滿足要求，保障系統的良好運轉。

2.3 地源熱泵結合太陽能供暖

在應用地源熱泵結合太陽能系統對淺層地溫能進行提取時，應重視系統的建立，并對有供冷需求的建筑提供冷源。新農村建設過程中，由于供熱需求大于供冷需求，因此，將導致地源熱泵存在冬夏熱負荷不平衡的現象，需結合太陽能處理系統，運用室內換熱孔循環太陽能熱水予以解決。地源熱泵供暖供冷、太陽能供暖技術近年來得到了良好的發展，使地源熱泵結合太陽能系統能夠充分解決土壤溫度問題，適用于底層建筑物。

3 結語

綜上所述，在新農村建設中廣泛運用淺層地溫能源，能夠實現建筑行業可持續發展戰略。因此，政府部門應大力推廣淺層地溫能源，建立一個或多個效率高的淺層地溫能源示范處，進行經濟以及參數方面的驗證，為后續管理工作的良好開展提供精準數據，并出臺相關扶持政策，保障淺層地溫能源能夠被得到提取以及利用。此外，應不斷完善提取淺層地溫能的系統，從而提升提取效率。