設(shè)施農(nóng)業(yè)是一種高效的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè),近幾十年來,我國的設(shè)施農(nóng)業(yè)取得了巨大的進展。不過,由于設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對能源的依賴很大,因此能源成為了制約其發(fā)展的最大瓶頸。不但如此,若采用煤、石油等化石燃料作為設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要能源,還會產(chǎn)生大量的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫以及碳氧化物等有害氣體,從而危害到自然環(huán)境。為此,人們一直在努力開發(fā)和尋找更加節(jié)能的能源以代替化石能源,地?zé)崮?/a>就是其中一種。

淺層地?zé)?/a>源節(jié)能技術(shù)是一種新型節(jié)能技術(shù),其供熱系統(tǒng)COP高達3.5一4.5,遠超采用電、化石燃料的鍋爐供熱系統(tǒng);同時,淺層地?zé)?/a>源節(jié)能技術(shù)的燃料也比鍋爐供熱系統(tǒng)節(jié)省50%以上。近十年左右,美國、加拿大、瑞士、瑞典等國家的淺層地熱源節(jié)能技術(shù)取得了快速發(fā)展。截止到20偽年,全球約有3個國家安裝了地源熱泵裝置,總臺數(shù)高達130萬臺。而我國對于淺層地熱源節(jié)能技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究始于1995年,直至1997年正式對該技術(shù)進行了應(yīng)用。200年,北京恒有源科技公司利用淺層地?zé)?/a>源節(jié)能技術(shù)開發(fā)了中央液態(tài)冷熱源環(huán)境系統(tǒng),實現(xiàn)了建筑物的日常供熱水、冬季供暖及夏季制冷。其后,清華大學(xué)、天津大學(xué)等學(xué)校通過與相關(guān)企業(yè)合作,聯(lián)合研發(fā)出了中國自己品牌的地源熱泵系統(tǒng)。20偽年,國家頒布的《節(jié)能中長期專項規(guī)劃》中明確指出要積極發(fā)展地?zé)崮?/a>。2006年1月,國家頒布的《可再生能源法》中明確表示要鼓勵對地?zé)崮艿拈_發(fā)利用。在得到了國家的大力扶植之后,我國的淺層地?zé)?/a>源節(jié)能技術(shù)進人了一個全新發(fā)展階段,雖然由于起步較晚,目前與發(fā)達國家相比尚比較落后,但已經(jīng)取得了一系列的經(jīng)驗與成就。

淺層地?zé)?/a>源節(jié)能技術(shù)的主要類型

(l)閉式循環(huán)式淺層地?zé)?/a>源采集系統(tǒng)

閉式循環(huán)式淺層地熱源采集系統(tǒng)是一種通過介質(zhì)在封閉式的土壤換熱裝置中循環(huán)流動來達到采集地?zé)?/a>源目的的系統(tǒng)。介質(zhì)可以通過換熱裝置實現(xiàn)與淺層土壤之間的熱交換和傳遞,從而將淺層地?zé)?/a>源連續(xù)輸送至熱泵系統(tǒng),以提供給熱泵系統(tǒng)需要的冷熱源。目前常使用的土壤換熱裝置主要有三種形式,分別是:水平埋管、垂直埋管及螺旋地埋管。

(2)半封閉循環(huán)式淺層地?zé)嵩床杉到y(tǒng)

半封閉循環(huán)式淺層地?zé)嵩床杉到y(tǒng)是指通過潛水泵抽取地下水,再將介質(zhì)水中的低位熱源以井口間壁式換熱方式交換給熱泵系統(tǒng),待水釋放出能量后再回到同一口井內(nèi)。通過該系統(tǒng)可以有效解決在雙井抽灌過程中泥沙與水系之間的交又污染問題。

(3)提取轉(zhuǎn)移地下水式淺層地?zé)嵩床杉到y(tǒng)

提取轉(zhuǎn)移地下水式淺層地?zé)嵩床杉到y(tǒng)主要分為雙井抽灌形式和一井抽多井回灌形式兩種。通常情況下,若是在地下水含量豐富的地區(qū)的地質(zhì)條件下,可以先通過相應(yīng)的打井技術(shù)從一口井中抽取地下水,以獲取地下水中的低位熱源,然后再將能量釋放完畢后的地下水回灌至其他井中。這種淺層地?zé)嵩床杉绞骄哂薪?jīng)濟、方便、占地面積小的優(yōu)點,而缺點則是運行時間較長,并且在長時間的運行下當(dāng)排向回灌井的抽水井攜帶泥沙達到一定積累時,容易造成抽水井疏松及塌陷,以及當(dāng)抽水井與回水井處于不同水質(zhì)條件下時容易因兩井水混合而造成地下水交又污染。

淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)及其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進展

近年來由于能源危機的到來及大氣污染的日益嚴重,世界各國都在積極尋找和發(fā)展新能源技術(shù)。設(shè)施農(nóng)業(yè)是一種高效的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè),但由于其對能源的依賴很大,所以人們不斷研究在設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用新能源技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn),在設(shè)施農(nóng)業(yè)中應(yīng)用淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)可以實現(xiàn)良好的溫室調(diào)溫,缺點是初期投資較大、運行成本較高,但后來峰谷電價收費模式的出現(xiàn)很好地解決了這一問題。土耳其愛琴海大學(xué)的兩位教授通過研究溫室地源熱泵系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)熱泵的COP約為2.0一3.13,整個系統(tǒng)的COP約為1.7一2.6。美國安得烈查森教授在淺層地?zé)嵩丛?a href="http://kaichele.cn/t/溫室.html" >溫室中利用的可行性研究中發(fā)現(xiàn),當(dāng)井下安裝費用較低及天然氣價格較高時利用淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)來調(diào)控溫室溫度具有良好的經(jīng)濟性。而我國對于淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)及其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用的研究尚處于起步階段。2006年中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院構(gòu)建了600平方米的淺層地?zé)嵩喘h(huán)境調(diào)控試驗溫室,并提出了“地面一冠層”的散熱方式,有效實現(xiàn)了降低溫室能耗。其后,河南農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究者又通過試驗發(fā)現(xiàn)了水源熱泵的COP約為3.31,比荷蘭玻璃溫室的節(jié)能效果高出約46.5%。

綜上所述,隨著淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)的逐漸進步和完善,在一些發(fā)達國家使用淺層地?zé)崮?/a>來節(jié)能降耗越來越普遍,但我國目前在這方面尚比較落后,仍需進一步對淺層地?zé)嵩垂?jié)能技術(shù)及其在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用進行研究。