寒冷季節(jié)沼氣池加溫系統(tǒng)的選擇，是促進沼氣工程工業(yè)化進程和經(jīng)濟運行與否的關鍵因素之一。經(jīng)工程實踐及經(jīng)濟性分析表明，有關專家最新研制的地源熱泵式加溫系統(tǒng)在沼氣工程中應用，具有經(jīng)濟合理和環(huán)保節(jié)能的特點，在我國具有廣闊的開發(fā)應用前景。

沼氣是適合在中國農村推廣利用的可再生能源.為解決冬季沼氣池產氣量受低溫影響的問題，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，并在實際工程上進行了運行試驗.結果表明: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，池容產氣率保持在0.6m~3/(m~3·d)左右，有時候可以達到1.1 m~3/(m~3·d).系統(tǒng)運行期間，地源熱泵機組制熱效率保持在3.6左右，系統(tǒng)COP為2.7左右，一次能源利用系數(shù)可達到0.84；相對于電熱膜加溫系統(tǒng)，采用地源熱泵式加溫系統(tǒng)節(jié)能率達到63%。

沼氣池內溫度場的分布及其變化將直接影響到整個系統(tǒng)的產氣量和產氣速率。本文在采用地源熱泵加溫厭氧消化池的前提下，通過在具體工程沼氣池內布置三層溫度探頭的方法，研究和分析了中溫發(fā)酵沼氣池實際運行中，溫度場的分布特性。結果表明，采取保溫措施后發(fā)酵池外壁散熱損失較小，在沒有加溫和進料的情況下，降溫幅度在每小時0.054℃左右；進料是導致發(fā)酵池內溫度下降的另一原因，在進料的十幾分鐘里，降溫幅度可達0.5℃；在地源熱泵加溫過程中，池內平均升溫每小時為0.27℃左右，但池內溫度場分布并不均勻，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。試驗結果還表明，加溫盤管的位置和攪拌對池內溫度場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。但對中等規(guī)模養(yǎng)殖場廢水治理工程來講，目前尚沒有比較經(jīng)濟合理和節(jié)能環(huán)保的加溫方式。研究人員基于能源利用率和建設成本的考慮，開發(fā)了一種地源熱泵式沼氣池加溫系統(tǒng)。

刊登于《農業(yè)工程學報》2010年第2期，由同濟大學現(xiàn)代科學與工程研究院生物質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)"的研究報告，介紹了這一創(chuàng)新技術。

為了檢驗地源熱泵式加溫系統(tǒng)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(jié)進行了試驗研究。試驗從2009年1月6日開始，歷經(jīng)60天，數(shù)據(jù)顯示：①沼氣池內發(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(tǒng)在冬季寒冷季節(jié)也能滿足設計之初確定的30家用戶使用；③經(jīng)計算，池容產氣率（指沼氣池單位體積內每天生產的沼氣量）能夠達到1.1m3/(m3·d)，25天后趨于穩(wěn)定，且平均值保持在0.6m3/(m3·d)，是國家標準規(guī)定值0.2～0.4m3/(m3·d)的1.5～3倍；④經(jīng)計算，地源熱泵機組制熱效率（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)可達到0.84，與電熱膜加溫系統(tǒng)相比節(jié)能率為63%，。⑤經(jīng)計算，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，具有長遠投資效益高的特點。

結論表明：地源熱泵加溫系統(tǒng)應用在沼氣工程中是可行的，并且能夠高效運行。而且系統(tǒng)能自動運行，操作簡單，很好的利用了土壤熱量，能耗小，無需燃料，沒有污染，不受天氣影響。通過技術經(jīng)濟分析可知，地源熱泵式加溫系統(tǒng)能夠顯著提高冬季厭氧發(fā)酵工藝的產氣率。而且沼氣發(fā)酵系統(tǒng)的產氣率可以在改善加溫系統(tǒng)的條件下還有進一步提升的空間。

地源熱泵加溫系統(tǒng)的能源約70%來自地下土壤的熱量，有利于保護環(huán)境。沼氣工程在滿足農戶生活用能需求的同時，不但解決了養(yǎng)殖場等工程中的廢物處理問題，減少了污染，還可以提供良好的有機化肥。同時地源熱泵加溫系統(tǒng)利用的地熱能和及沼氣工程的主要產品沼氣都屬于綠色、可再生能源，環(huán)境效益顯著。