寒冷季節(jié)沼氣池加溫系統的選擇，是促進沼氣工程工業(yè)化進程和經濟運行與否的關鍵因素之一。經工程實踐及經濟性分析表明，有關專家最新研制的地源熱泵式加溫系統在沼氣工程中應用，具有經濟合理和環(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).系統運行期間，地源熱泵機組制熱效率保持在3.6左右，系統COP為2.7左右，一次能源利用系數可達到0.84；相對于電熱膜加溫系統，采用地源熱泵式加溫系統節(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。

刊登于《農業(yè)工程學報》2010年第2期，由同濟大學現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"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60天，數據顯示：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經計算，地源熱泵機組制熱效率（COP）保持在3.6左右，系統COP為2.7左右，系統的一次能耗較小，一次能源利用系數可達到0.84，與電熱膜加溫系統相比節(jié)能率為63%，。⑤經計算，該系統相比電熱膜加溫系統可以增加投資效益凈現值40188.5元，具有長遠投資效益高的特點。

結論表明：地源熱泵加溫系統應用在沼氣工程中是可行的，并且能夠高效運行。而且系統能自動運行，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。通過技術經濟分析可知，地源熱泵式加溫系統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)酵系統的產氣率可以在改善加溫系統的條件下還有進一步提升的空間。

地源熱泵加溫系統的能源約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。