地下水源热泵空调系统在农村的应用前景及问题

石珍珍　郭志坚　张俏倩

摘 要：农村住宅由于分散性的特点，无法实现大规模集中供热，冬季采暖生活用能呈大幅增长的态势但仍无法达到热舒适要求。因此，高效节能的地下水源热泵技术成为优先选择的方案之一。文章论述了地下水源热泵技术的发展现状以及在农村的应用前景，并对应用过程中存在的问题进行分析。

关键词：农村；传统采暖方式；能源消耗；地下水源热泵；节约能源

1 概述

对于夏热冬冷地区来说，冬季供热问题对居民生活质量的高低具有决定性的影响，农村住宅相对分散，发展热电联产和集中供热技术受到限制，采暖普遍存在高能耗低品质问题，并且温度不恒定，室内空气污染严重[1]。近年来，随着生活水平的提高，北方农村冬季采暖生活用能呈大幅增长态势，煤炭能源消耗量越来越大并对大气造成严重污染。所以急需要高新技术改变农村的采暖状况，在提高农户生活质量的同时节约大量煤炭资源。地下水源熱泵空调技术以其节能、环保和可持续发展的突出优点，成为供暖空调工程优先选择的方案之一。

2 农村采暖现状

目前，我国农村地区的供暖方式仍以传统的分户采暖方式为主，包括火炉、火炕以及土制采暖炉（土暖气），部分家庭辅以空调及电暖气。这些传统的采暖方式均以燃煤为主，热效率低，室内空气质量差，若通风排烟不当，一氧化碳积聚室内，存在安全隐患，并且污染环境。

天津大学建筑学院于2005年2月对北京市门头沟区9户分散采暖居民住宅进行了采暖能耗热量及室内温度监测[2]。监测结果显示，一个采暖季平均耗煤量为北京市节能建筑标准煤耗量的4.12倍，而室内平均温度仅为13.12℃，低于国家规定居民住宅采暖温度下限16℃。清华大学2006、2007年组织了800多人次的学生志愿者对我国24个省市自治区的200多个县市的典型村典型户进行了深入的调查和分析，统计结果表明，北方农村室温仅为10℃左右，远低于城市建筑，但耗煤量却为城市的1.5～2倍[1]。

3 地下水源热泵技术的发展现状

地下水源热泵系统是地源热泵系统的一个分支，最早应用于1948年美国俄勒冈州波特兰市联邦大厦（Commonwealth Building）[3]。在其后的几十年中，地下水源热泵系统得到了更为广泛的应用。国内近几年，在山东、河南、湖北、辽宁、黑龙江、北京和河北等地已有100多个地下水热泵工程项目，供热、空调面积超过100万平方米[4]。国内一些企业也纷纷涉足到该领域。清华同方、山东富尔达、美国特灵等公司已先后在国内建成数个示范工程。沈阳地区的地源热泵技术应用始于1997年，2006年10月，沈阳市被国家建设部列为全国实施热泵系统建设和应用的试点城市之一[5]。甘州区从2009年整体推动新农村建设，先后有15个乡镇65个行政村规划采用地下水源热泵技术进行冬季供热和夏季制冷[6]。我们可以以这些试点工程为例，吸取其中的经验，分析研究水源热泵技术在农村推广应用中的问题。

4 地下水源热泵在农村的应用前景

地下水源热泵系统在整个采暖和制冷过程中，只向水源中吸热或者排热，并不消耗水量，地下水温不受外界气候变化的影响，与空气及其他冷热源相比，水的比热容最大，故其传热性能也最好。无需锅炉及冷却塔装置，大大减少了对周围环境的污染且节省占地面积，具有显著的节能环保特性。由于系统运行期间并没有能量形式的转换，故能源利用率高运行成本较低，加上其本身系统较简单操作也较方便等众多优势，将使得这一技术成为21世纪新农村建设中最具潜力的绿色空调技术。

我国北方农村地区浅层地温资源丰富，为地下水源热泵的应用创造了有利条件。我国需要采暖的北方农村，地域辽阔、人口众多。以北京农村为例，2006年，北京市科委在北京市十个远郊区县开展了能源调研工作，得出农村家庭采暖平均年用煤2.3吨，占家庭总能源消耗的70%之多，采暖负担过重，且采暖温度不理想，农村居民对于改进采暖现状愿望强烈。调研还显示，一户建筑面积为100m2的农家小院，土制采暖炉初装费用在3000元左右，2007-2008年度冬季的燃煤费为2000元左右，随着煤炭价格的上涨，这一数字会逐渐加大，且室内温度仅在15℃左右。若采用地下水源热泵系统，以0.5元/kW·h的电费价格水平计算，冬季采暖费用可控制在18元/m2，且采暖温度能达到居民热舒适要求。从安全性来说，传统采暖方式若燃烧不充分，通风不畅，易导致人体CO中毒，存在严重安全隐患，且对大气污染严重。地下水源热泵以地下水为热源，安全性能高，绿色环保。从经济性、舒适性及安全性来说，地下水源热泵在农村具有广阔的应用前景。

5 问题分析

5.1 技术本身存在的问题

通过多年来地下水源热泵应用技术的研究以及已建成的水源热泵系统运行情况看，系统主要存在以下问题：（1）地下水回灌问题。地下水回灌技术是地下水源热泵的关键技术，如果所采用的回灌方法和技术不当，会对水井和地层结构造成不同程度的损坏，将带来一系列的生态环境问题。（2）水质问题。现在国内地下水源热泵的地下水回路都不是严格意义上的密封系统，回灌过程中的回扬、回路中产生的负压和沉砂池，都会使外界的空气与地下水接触，导致地下水氧化。（3）运行管理问题。目前的地下水源热泵系统，缺乏必要的对地下水环境的监测工作，不能对取水量、回水量、回灌水质进行实时监测，不能满足水资源管理、水环境保护等方面的需要，缺乏统一的规划。

5.2 在农村推广应用的问题

通过现有新农村建设中应用地下水源热泵的项目的分析，发现在农村中推广水源热泵的应用主要有以下问题：（1）初投资较高，农村目前经济水平有限，这限制了地下水源热泵系统大范围推广。（2）农村建筑物普遍是自建房，保温措施不好，造成热损失大，使得采暖负荷大，运行费用偏高。（3）应用过程中，普通居民对地下水源热泵系统缺乏了解，技术掌握不精，使用过程中易出现失误，损坏系统。

6 结束语

地下水源热泵系统在农村推广使用应做好以下工作：（1）前期应做好水文地质勘察工作，进行可行性研究分析，根据地下水补给来源、补给量、水文地质条件合理确定水源热泵系统的取水、回灌的各项指标。（2）做好分区规划，由于农村住宅具有分散性，要对其合理规划分区，和理布置取水井与回灌水井。（3）确保回灌，做好水质水量监测，严禁取水退水对环境造成影响。（4）加强管理，建立合理的水质水量监测系统，确保系统安全运行。节约和保护水资源。（5）政府从政策上、生产厂家从技术上提供更多支持。

参考文献

[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2012[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]杨天麟，朱能.北方地区部分小城镇住宅建筑能耗状况调查与分析[A].全国暖通空调制冷2006年学术年会论文集[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]张群力，王晋.地源热泵和地下水源热泵的研发现状及应用过程中的问题分析[J].流体机械，2003，5：50-54.

[5]贾玉鹤，钟 ，王宏.地下水源热泵的环境问题及对策探讨[J].环境保护与循环经济，2008（9）：36-39.

[6]胡小平，李小东.地下水源热泵技术在新农村建设中应用的思考——已甘州区为例[J].地下水，2011，33（1）：168-169.