寒冷季節沼(zhao)氣池(chi)加溫系統的(de)選擇(ze)，是促進沼(zhao)氣工程工業化(hua)進程和經(jing)濟運行與否的(de)關(guan)鍵因素之一。經(jing)工程實踐及經(jing)濟性分析(xi)表明，有關(guan)專家最新研制的(de)地源熱泵式(shi)加溫系統在沼(zhao)氣工程中(zhong)應用，具(ju)有經(jing)濟合(he)理和環保節能的(de)特(te)點，在我國(guo)具(ju)有廣闊的(de)開發應用前景。

沼氣(qi)(qi)是適合在中國農村(cun)推(tui)廣利用的(de)(de)可再生能源(yuan).為解(jie)決冬(dong)季沼氣(qi)(qi)池產氣(qi)(qi)量受低溫(wen)(wen)(wen)影(ying)響的(de)(de)問題(ti)，該文分析(xi)了現(xian)有的(de)(de)幾種(zhong)沼氣(qi)(qi)池加(jia)溫(wen)(wen)(wen)保溫(wen)(wen)(wen)方式(shi)，提出了一種(zhong)地源(yuan)熱(re)(re)(re)泵式(shi)的(de)(de)新型加(jia)溫(wen)(wen)(wen)保溫(wen)(wen)(wen)方法，并在實際(ji)工程上進行(xing)了運行(xing)試驗.結果表(biao)明:地源(yuan)熱(re)(re)(re)泵式(shi)加(jia)溫(wen)(wen)(wen)保溫(wen)(wen)(wen)方法能夠使沼氣(qi)(qi)池的(de)(de)發酵(jiao)溫(wen)(wen)(wen)度保持在(32±2)℃范圍內(nei)，池容產氣(qi)(qi)率保持在0.6m~3/(m~3·d)左(zuo)右(you)，有時候可以達(da)(da)到(dao)1.1 m~3/(m~3·d).系統(tong)運行(xing)期(qi)間(jian)，地源(yuan)熱(re)(re)(re)泵機組制熱(re)(re)(re)效(xiao)率保持在3.6左(zuo)右(you)，系統(tong)COP為2.7左(zuo)右(you)，一次能源(yuan)利用系數可達(da)(da)到(dao)0.84；相對于電(dian)熱(re)(re)(re)膜加(jia)溫(wen)(wen)(wen)系統(tong)，采(cai)用地源(yuan)熱(re)(re)(re)泵式(shi)加(jia)溫(wen)(wen)(wen)系統(tong)節能率達(da)(da)到(dao)63%。

沼氣(qi)池(chi)內溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)場(chang)的(de)(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)及其變化將直(zhi)接影響到整個系統的(de)(de)(de)產氣(qi)量和(he)產氣(qi)速(su)率。本文在(zai)采(cai)用地源熱泵(beng)加(jia)溫(wen)(wen)(wen)(wen)厭氧消化池(chi)的(de)(de)(de)前提下(xia)(xia)，通過在(zai)具體工程(cheng)沼氣(qi)池(chi)內布(bu)(bu)置三層(ceng)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)探頭的(de)(de)(de)方法，研究(jiu)和(he)分(fen)析了(le)中(zhong)溫(wen)(wen)(wen)(wen)發(fa)酵(jiao)沼氣(qi)池(chi)實際(ji)運行中(zhong)，溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)場(chang)的(de)(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)特性。結果(guo)表明(ming)，采(cai)取(qu)保溫(wen)(wen)(wen)(wen)措施(shi)后發(fa)酵(jiao)池(chi)外壁散熱損(sun)失較小(xiao)，在(zai)沒有加(jia)溫(wen)(wen)(wen)(wen)和(he)進料(liao)(liao)的(de)(de)(de)情況下(xia)(xia)，降溫(wen)(wen)(wen)(wen)幅度(du)在(zai)每(mei)小(xiao)時(shi)0.054℃左(zuo)右；進料(liao)(liao)是導致發(fa)酵(jiao)池(chi)內溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)下(xia)(xia)降的(de)(de)(de)另一原因(yin)，在(zai)進料(liao)(liao)的(de)(de)(de)十幾(ji)分(fen)鐘里，降溫(wen)(wen)(wen)(wen)幅度(du)可達(da)0.5℃；在(zai)地源熱泵(beng)加(jia)溫(wen)(wen)(wen)(wen)過程(cheng)中(zhong)，池(chi)內平(ping)均升溫(wen)(wen)(wen)(wen)每(mei)小(xiao)時(shi)為0.27℃左(zuo)右，但池(chi)內溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)場(chang)分(fen)布(bu)(bu)并(bing)不(bu)均勻(yun)(yun)，呈(cheng)現中(zhong)下(xia)(xia)層(ceng)均勻(yun)(yun)穩定，上(shang)層(ceng)不(bu)均勻(yun)(yun)不(bu)穩定，中(zhong)下(xia)(xia)層(ceng)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)高而上(shang)層(ceng)溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)低的(de)(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)規律。試(shi)驗(yan)結果(guo)還表明(ming)，加(jia)溫(wen)(wen)(wen)(wen)盤管的(de)(de)(de)位置和(he)攪拌對池(chi)內溫(wen)(wen)(wen)(wen)度(du)場(chang)的(de)(de)(de)分(fen)布(bu)(bu)也(ye)有著很大影響。

目(mu)前沼氣(qi)池(chi)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)溫(wen)方式有很多，包(bao)括電(dian)熱膜加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)溫(wen)、太陽能加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)溫(wen)、化石(shi)能源熱水鍋爐(lu)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)溫(wen)、沼氣(qi)鍋爐(lu)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)溫(wen)、沼氣(qi)發電(dian)余熱加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)溫(wen)和(he)燃池(chi)式加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)溫(wen)等(deng)。但(dan)對中等(deng)規模養殖(zhi)場廢水治理工程來講，目(mu)前尚沒(mei)有比較經濟合(he)理和(he)節(jie)能環保的加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)溫(wen)方式。研究人(ren)員(yuan)基(ji)于能源利用(yong)率和(he)建設成本(ben)的考慮，開發了一種地源熱泵式沼氣(qi)池(chi)加(jia)(jia)(jia)(jia)(jia)溫(wen)系統。

刊登于《農業工(gong)程學報(bao)》2010年第(di)2期(qi)，由同濟大學現代科學與工(gong)程研(yan)究院生物質能源研(yan)究中心石惠嫻副(fu)教(jiao)授、朱洪光副(fu)教(jiao)授撰寫的題為"地源熱泵式沼氣(qi)池(chi)加溫系統"的研(yan)究報(bao)告，介紹了這一(yi)創新技(ji)術(shu)。

為了檢驗地源熱泵式加溫系統的運行性能及效果，以上海市某沼氣集中供氣示范工程為對象，在2008－2009年寒冷季節進行了試驗研究。試驗從2009年1月6日開始，歷經60天，數據顯示：①沼氣池內發酵溫度基本保持在(32±2)℃左右，在中溫發酵的范圍，有時可以達到35℃；②工程60天總產氣量為2267.45立方米，日產量為37.8立方米，按平均每戶日用氣量1.2立方米計算，可以供31.5戶使用。系統在冬季寒冷季節也能滿足設計之初確定的30家用戶使用；③經計(ji)(ji)算，池容產(chan)氣率（指沼氣池單位體積內每天(tian)生產(chan)的(de)沼氣量）能(neng)夠(gou)達到(dao)(dao)1.1m3/(m3·d)，25天(tian)后趨于穩(wen)定，且平均值(zhi)保(bao)持在(zai)0.6m3/(m3·d)，是國家(jia)標準(zhun)規定值(zhi)0.2～0.4m3/(m3·d)的(de)1.5～3倍；④經計(ji)(ji)算，地(di)源熱泵機組制熱效率（COP）保(bao)持在(zai)3.6左右(you)，系(xi)統(tong)COP為2.7左右(you)，系(xi)統(tong)的(de)一次能(neng)耗較(jiao)小，一次能(neng)源利用系(xi)數可達到(dao)(dao)0.84，與電熱膜加(jia)溫(wen)系(xi)統(tong)相(xiang)比節能(neng)率為63%，。⑤經計(ji)(ji)算，該(gai)系(xi)統(tong)相(xiang)比電熱膜加(jia)溫(wen)系(xi)統(tong)可以增加(jia)投資效益凈現值(zhi)40188.5元，具有長遠投資效益高的(de)特點。

結(jie)論表明：地源熱泵(beng)加溫系(xi)統應用在沼氣工程中是(shi)可行的，并(bing)且(qie)(qie)能(neng)夠高效運行。而(er)且(qie)(qie)系(xi)統能(neng)自動運行，操作(zuo)簡單，很好(hao)的利用了土(tu)壤(rang)熱量，能(neng)耗(hao)小，無需燃料，沒有(you)污(wu)染，不受天氣影響。通(tong)過技術經濟分析可知，地源熱泵(beng)式加溫系(xi)統能(neng)夠顯(xian)著提(ti)高冬季厭氧發酵工藝(yi)的產氣率(lv)。而(er)且(qie)(qie)沼氣發酵系(xi)統的產氣率(lv)可以(yi)在改(gai)善加溫系(xi)統的條件下還有(you)進一步提(ti)升的空間。

地(di)源熱(re)泵加溫系統(tong)的(de)(de)(de)能源約(yue)70%來自地(di)下(xia)土壤的(de)(de)(de)熱(re)量(liang)，有(you)利于(yu)保護環境。沼氣工程在(zai)滿足農戶生活用能需求的(de)(de)(de)同(tong)(tong)時(shi)，不但(dan)解決了(le)養殖場(chang)等(deng)工程中的(de)(de)(de)廢物處理問題，減少了(le)污染，還可以(yi)提供良好的(de)(de)(de)有(you)機化肥(fei)。同(tong)(tong)時(shi)地(di)源熱(re)泵加溫系統(tong)利用的(de)(de)(de)地(di)熱(re)能和及沼氣工程的(de)(de)(de)主要產品(pin)沼氣都屬于(yu)綠(lv)色、可再生能源，環境效益顯著。