摘要：地源热泵技术因其绿色环保、节能清洁、控制设备简单等优点应用越来越广，与国外普遍在农村应用的情况不同，我国地源热泵在农村的发展相对缓慢，主要受制于成本高、技术普及不足等因素。本文主要论述了地源热泵在农村应用中的关键技术及推广对策。
关键词：地源热泵,关键技术,农村住宅
地源热泵是一种利用浅层地热资源(也称地能，包括地下水、土壤或地表水等)的既可供热又可制冷的高效节能空调设备。通过输入少量的高品位能源(如电能)，实现由低温位热能向高温位热能转移。与锅炉电能、燃料系统相比，地源热泵要比电锅炉加热节省三分之二以上的电能，比燃料锅炉节省约二分之一的能量;由于地源热泵的热源温度全年较为稳定，一般为10~25℃，其制冷、制热系数可达3.5~4.4，与传统的空气源热泵相比，要高出40%左右，其运行费用为普通中央空调的50~60%。基于这些优势，近几年，地源热泵机组系统在北美如美国、加拿大及中、北欧如瑞士、瑞典等国家已取得较快的发展，我国的地源热泵市场也变得日趋活跃。地源热泵可广泛应用于宾馆、居住小区、公寓、厂房、商场、办公楼、学校、农村住宅等建筑，小型的地源热泵更适合于别墅住宅的采暖、空调。可以预见，地源热泵技术将成为21世纪最有效的供热和供冷空调技术。
一、地源热泵在农村地区的发展现状
地源热泵技术因其绿色环保、节能清洁、控制设备简单等优点被越来越多的人认可[1]。在国外，地源热泵技术首先在农村得到了很好的应用，并取得了较好效果，而国内的应用形势与国外正好相反，目前国内城市中推广地源热泵技术的力度远远高于农村，虽然有着广阔地域的农村具有使用地源热泵系统的绝对优势条件，但实际上，地源热泵技术在我国农村的发展十分不理想。
从目前情况来看，制约我国农村大规模使用地源热泵的几个因素主要包括：
第一，初始投资大。根据目前的造价来看，集中型楼房住宅造价一般在150～200元/m2,而单体型住宅造价更是达到350～400元/m2左右。我国农村目前依然是以单体住宅为主，这使得使用地源热泵的成本过高，制约了农村住宅的使用。
第二，建筑保温差，热损大。相较于城市住宅，农村建筑物的保温措施普遍不好，造成热损失较大，继而造成采暖负荷大和运行费用的偏高。
第三，技术尚未普及，使用困难。目前城市中地源热泵系统大都用于公共建筑，通常都有专业技术人员参与。但由于技术尚未普及，农民对地源热泵技术不够了解，故在操作上容易失误，造成不必要的损失。
二、地源热泵关键技术及应用设计分析
简单的说地源热泵系统就是在建筑物边上挖两口井，通过冷热交换，形成一个闭路循环，在冬季把地热能中的热量“提取”出来，传送到室内以用于取暖和制造生活热水;在夏季，把室内的热量“提取”出来传送到地下[2]。具体的构成和原理可参见下图1。地源热泵系统具有高效节能的优点，能效比在1:4-1:6之间，在所有的低碳节能环保建筑技术中，这一技术是最成熟的，目前东北、华北、西北地区已有大规模应用。
采用地埋管地源热泵系统必须考虑地热换热器中全年吸热和放热的平衡。地源热泵系统把埋设有地埋管的地热换热器作为一个蓄热体，在系统中起到热源或冷源的作用。冬季从中吸收热量经热泵提升温度后给建筑供热，夏季则把热泵排出的热量释放到地热换热器中。
在很多情况下地热换热器全年的冷热负荷是不平衡的。例如在北方建筑物冬季的供热负荷和时间远大于夏季的空调负荷和时间;而在南方情况则相反。如果地热换热器的吸热和放热不平衡，多余的热量(或冷量)就会在地下积累，引起地下年平均温度的变化，使系统的性能降低甚至失效[3]。因此，在应用地埋管地源热泵技术时必须对地热换热器中全年冷热负荷的平衡给以足够的重视。
在北方地区的一些应用中往往只要求冬季供热，此时采用地源热泵加地板辐射采暖技术结合的系统是一种经济合理的方案;但这种系统也会造成比较严重的全年冷热负荷不平衡。在地热换热器运行的过程中地表和周围的岩土将向地热换热器传热，补充热量(或冷量)，但由于其几何尺度很大，这种传热是非常缓慢的过程。此外，地下水的渗流也有利于地热换热器的传热，并有利于减弱或消除地热换热器吸放热不平衡的现象。
研究表明，这种导热和对流的传热对缓解地下冷热负荷不平衡的作用都与系统的几何尺寸有很大关系。尺度小的系统能够容易地得到热量的补充而恢复其功能，而对于由数百甚至数千个埋管组成的地热换热器，“地温”难以恢复，冷热负荷不平衡的影响将严重得多。由此可以得到两点启示。一是对于北方或南方不同气候条件下应用地源热泵技术时都应关注地下冷热负荷平衡的问题，必要时应采取适当的技术措施。第二是，对于分散的和小型的地源热泵应用项目，地下冷热负荷不平衡的影响较轻，问题相对容易解决。这是在农村地区推广应用地源热泵技术的又一个相对有利的条件。
三、把地源热泵技术与新农村建设一同推动
1.农村地区使用地源热泵技术的必要性
新农村建设是我党和国家新时期提出的举国发展战略，建设社会主义新农村是重大历史任务，其中重要的一项就是加强村庄规划和人居环境治理。长期以来我国农村住宅一般都靠火炕、火炉、电热等传统方式取暖，供热效率低，供暖质量无法保证，使用不方便。不仅浪费能源、污染大气环境，且随着能源紧缺，价格也不断上涨，使用也越来越不经济和划算。在这种背景下，有必要积极采取措施加快推广和应用地源热泵技术。
2.农村应用地埋管地源热泵技术的优势
地源热泵系统设置地热换热器需要一定面积的土地。在建筑容积率大的城镇地区以及旧建筑改造的项目中，缺少可用于埋管的土地往往成为制约地埋管地源热泵技术应用的主要瓶颈。而在广大农村地区的情况则大不相同。农村人口的居住相对分散，城镇的规模也较小，建筑容积率小，基本不存在缺少土地埋设地热换热器的问题[4]。这就为应用地埋管地源热泵技术创造了极佳的条件。这也是为什么在德国、瑞士和奥地利、美国等西方国家农村广泛采用地源热泵系统采暖的原因。从这个意义上说，在我国农村地区推广应用地源热泵供热技术的前景将是更好于城市，我们应该积极为此创造条件。利用热泵技术只用电力这种容易供应的清洁能源，可以满足供热、空调和热水供应的需求，大大提高居民的生活质量。地源热泵技术更具有节能和环保的突出优点。在技术特点上，地埋管地源热泵技术更适合于分散、小型和建筑容积率低的项目;因此它特别适合在农村地区推广应用。
3.充分利用农村住宅楼宇化小区发展趋势
目前，很多新农村建设中农民住宅已不再是单体建筑，正朝着住宅楼房化，小区化的集群化居住发展，这为地源热泵的应用成本降低创造了条件，由于建筑的集群化规模化分摊了必要的投资成本，进一步降低了农村住宅使用新节能技术的门槛。
参考文献：
[1] 文哲.常用的建筑节能低碳技术[J].技术与市场,2010,17(5):106.
[2] 刘正华.地源热泵系统埋地换热器的理论研究及经济性分析[D].同济大学,2007.
[3] 张国柱,夏才初,孙猛等.寒区隧道地源热泵供热系统及优化分析[J].同济大学学报(自然科学版),2012,40(4)
[4] 李福仓.太阳能与地源热泵结合使用在新农村住宅中的应用探讨[J].城市建设理论研究(电子版),2011,(23).
