寒冷季節(jié)沼氣池加溫系統(tǒng)的選擇，是促進(jìn)沼氣工程工業(yè)化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與否的關(guān)鍵因素之一。經(jīng)工程實(shí)踐及經(jīng)濟(jì)性分析表明，有關(guān)專家最新研制的地源熱泵式加溫系統(tǒng)在沼氣工程中應(yīng)用，具有經(jīng)濟(jì)合理和環(huán)保節(jié)能的特點(diǎn)，在我國(guó)具有廣闊的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。

沼氣是適合在中國(guó)農(nóng)村推廣利用的可再生能源.為解決冬季沼氣池產(chǎn)氣量受低溫影響的問(wèn)題，該文分析了現(xiàn)有的幾種沼氣池加溫保溫方式，提出了一種地源熱泵式的新型加溫保溫方法，并在實(shí)際工程上進(jìn)行了運(yùn)行試驗(yàn).結(jié)果表明:地源熱泵式加溫保溫方法能夠使沼氣池的發(fā)酵溫度保持在(32±2)℃范圍內(nèi)，池容產(chǎn)氣率保持在0.6m~3/(m~3·d)左右，有時(shí)候可以達(dá)到1.1 m~3/(m~3·d).系統(tǒng)運(yùn)行期間，地源熱泵機(jī)組制熱效率保持在3.6左右，系統(tǒng)COP為2.7左右，一次能源利用系數(shù)可達(dá)到0.84；相對(duì)于電熱膜加溫系統(tǒng)，采用地源熱泵式加溫系統(tǒng)節(jié)能率達(dá)到63%。

沼氣池內(nèi)溫度場(chǎng)的分布及其變化將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率。本文在采用地源熱泵加溫厭氧消化池的前提下，通過(guò)在具體工程沼氣池內(nèi)布置三層溫度探頭的方法，研究和分析了中溫發(fā)酵沼氣池實(shí)際運(yùn)行中，溫度場(chǎng)的分布特性。結(jié)果表明，采取保溫措施后發(fā)酵池外壁散熱損失較小，在沒(méi)有加溫和進(jìn)料的情況下，降溫幅度在每小時(shí)0.054℃左右；進(jìn)料是導(dǎo)致發(fā)酵池內(nèi)溫度下降的另一原因，在進(jìn)料的十幾分鐘里，降溫幅度可達(dá)0.5℃；在地源熱泵加溫過(guò)程中，池內(nèi)平均升溫每小時(shí)為0.27℃左右，但池內(nèi)溫度場(chǎng)分布并不均勻，呈現(xiàn)中下層均勻穩(wěn)定，上層不均勻不穩(wěn)定，中下層溫度高而上層溫度低的分布規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果還表明，加溫盤管的位置和攪拌對(duì)池內(nèi)溫度場(chǎng)的分布也有著很大影響。

目前沼氣池加溫方式有很多，包括電熱膜加溫、太陽(yáng)能加溫、化石能源熱水鍋爐加溫、沼氣鍋爐加溫、沼氣發(fā)電余熱加溫和燃池式加溫等。但對(duì)中等規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)廢水治理工程來(lái)講，目前尚沒(méi)有比較經(jīng)濟(jì)合理和節(jié)能環(huán)保的加溫方式。研究人員基于能源利用率和建設(shè)成本的考慮，開(kāi)發(fā)了一種地源熱泵式沼氣池加溫系統(tǒng)。

刊登于《農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)》2010年第2期，由同濟(jì)大學(xué)現(xiàn)代科學(xué)與工程研究院生物質(zhì)能源研究中心石惠嫻副教授、朱洪光副教授撰寫的題為"地源熱泵式沼氣池加溫系統(tǒng)"的研究報(bào)告，介紹了這一創(chuàng)新技術(shù)。

為了檢驗(yàn)地源熱泵式加溫系統(tǒng)的運(yùn)行性能及效果，以上海市某沼氣集中供氣示范工程為對(duì)象，在2008－2009年寒冷季節(jié)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)從2009年1月6日開(kāi)始，歷經(jīng)60天，數(shù)據(jù)顯示：①沼氣池內(nèi)發(fā)酵溫度基本保持在(32±2)℃左右，在中溫發(fā)酵的范圍，有時(shí)可以達(dá)到35℃；②工程60天總產(chǎn)氣量為2267.45立方米，日產(chǎn)量為37.8立方米，按平均每戶日用氣量1.2立方米計(jì)算，可以供31.5戶使用。系統(tǒng)在冬季寒冷季節(jié)也能滿足設(shè)計(jì)之初確定的30家用戶使用；③經(jīng)計(jì)算，池容產(chǎn)氣率（指沼氣池單位體積內(nèi)每天生產(chǎn)的沼氣量）能夠達(dá)到1.1m3/(m3·d)，25天后趨于穩(wěn)定，且平均值保持在0.6m3/(m3·d)，是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值0.2～0.4m3/(m3·d)的1.5～3倍；④經(jīng)計(jì)算，地源熱泵機(jī)組制熱效率（COP）保持在3.6左右，系統(tǒng)COP為2.7左右，系統(tǒng)的一次能耗較小，一次能源利用系數(shù)可達(dá)到0.84，與電熱膜加溫系統(tǒng)相比節(jié)能率為63%，。⑤經(jīng)計(jì)算，該系統(tǒng)相比電熱膜加溫系統(tǒng)可以增加投資效益凈現(xiàn)值40188.5元，具有長(zhǎng)遠(yuǎn)投資效益高的特點(diǎn)。

結(jié)論表明：地源熱泵加溫系統(tǒng)應(yīng)用在沼氣工程中是可行的，并且能夠高效運(yùn)行。而且系統(tǒng)能自動(dòng)運(yùn)行，操作簡(jiǎn)單，很好的利用了土壤熱量，能耗小，無(wú)需燃料，沒(méi)有污染，不受天氣影響。通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析可知，地源熱泵式加溫系統(tǒng)能夠顯著提高冬季厭氧發(fā)酵工藝的產(chǎn)氣率。而且沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的產(chǎn)氣率可以在改善加溫系統(tǒng)的條件下還有進(jìn)一步提升的空間。

地源熱泵加溫系統(tǒng)的能源約70%來(lái)自地下土壤的熱量，有利于保護(hù)環(huán)境。沼氣工程在滿足農(nóng)戶生活用能需求的同時(shí)，不但解決了養(yǎng)殖場(chǎng)等工程中的廢物處理問(wèn)題，減少了污染，還可以提供良好的有機(jī)化肥。同時(shí)地源熱泵加溫系統(tǒng)利用的地?zé)崮芎图罢託夤こ痰闹饕a(chǎn)品沼氣都屬于綠色、可再生能源，環(huán)境效益顯著。