摘要：通過(guò)分析北方村鎮(zhèn)冬季供熱現(xiàn)狀，提出太陽(yáng)能配合沼氣能源在我國(guó)華北村鎮(zhèn)建筑低溫輻射采暖系統(tǒng)中的應(yīng)用，總結(jié)此方案在建筑節(jié)能與環(huán)境保護(hù)方面的意義及推廣使用建議。
　　關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；節(jié)能減排；集熱器；地板輻射采暖；沼氣
　　
　　目前我國(guó)北方冬季，城市居民的主要供暖方式是熱電聯(lián)產(chǎn)或區(qū)域鍋爐房集中供熱，但是占我國(guó)大多數(shù)人口的城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民還普遍采用土暖氣、土爐子、燒炕、焚燒秸稈、林木等方式單獨(dú)供暖。這些方式不可避免地存在著對(duì)常規(guī)能源（煤、油）的大量消耗和對(duì)環(huán)境的影響破壞問(wèn)題。因此積極地探索開(kāi)發(fā)新能源在村鎮(zhèn)建筑冬季供熱系統(tǒng)的合理利用，是一個(gè)很迫切和重要的問(wèn)題。
　　我國(guó)是一個(gè)太陽(yáng)能資源非常豐富的國(guó)家，擁有很大的開(kāi)發(fā)潛力。在華北地區(qū)，應(yīng)充分利用太陽(yáng)能這種清潔的可再生能源，減少建筑物能耗。太陽(yáng)能在建筑中的熱利用，尤其是與低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用，很大程度上提高了太陽(yáng)能熱利用的效率，避免了太陽(yáng)能只在熱水器領(lǐng)域使用的局限性。
　　由于太陽(yáng)能受季節(jié)晝夜天氣等隨機(jī)因素影響，太陽(yáng)能低溫輻射采暖系統(tǒng)存在著運(yùn)行工況不穩(wěn)定這一顯著的問(wèn)題。為保證建筑供熱效果，當(dāng)太陽(yáng)能不能滿足供熱系統(tǒng)溫度要求時(shí)需采用合理的熱源進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高太陽(yáng)能低溫供熱系統(tǒng)效能，增強(qiáng)對(duì)低品位太陽(yáng)能的利用，減少輔助熱源對(duì)常規(guī)能源的消耗。沼氣將在我國(guó)村鎮(zhèn)能源利用方面起主要作用。
　　一、我國(guó)北方村鎮(zhèn)冬季供熱現(xiàn)狀
　　我國(guó)是人口大國(guó)，70%的人口約8.6億人生活在農(nóng)村，廣大農(nóng)村地區(qū)的能源消耗，對(duì)于我國(guó)的能源供求總量及其能源結(jié)構(gòu)都有著重要的影響。農(nóng)村生活用能2/3靠薪柴和秸軒，年能源消耗量為6.65億t標(biāo)準(zhǔn)煤。其中商品能源占60%，還有7000萬(wàn)人未用上電。目前，我國(guó)北方農(nóng)村廣大地區(qū)居民的冬季供熱形式比較落后，很多居民還是采用土制采暖爐采暖，甚至很多地區(qū)還沒(méi)有采暖設(shè)備，仍靠小煤爐取暖，還有相當(dāng)多的地區(qū)仍燒薪柴。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)村每年要燒掉1.8億t薪柴和秸稈。由于燃用大量薪柴和秸秤，帶來(lái)森林資源的過(guò)度采伐和水土流失，土壤肥力下降，目前，我國(guó)水土流失面積已經(jīng)達(dá)到300多萬(wàn)km2。而且這種采暖方式除消耗大量能源外，不衛(wèi)生、熱效率不高、并對(duì)環(huán)境有一定的破壞作用。隨著北方農(nóng)村地區(qū)廣大人民群眾生活水平的提高，人們對(duì)住宅舒適性的要求日益提高，希望在冬季有適宜的采暖設(shè)備和方式。由于農(nóng)村居民的建筑特點(diǎn)，不適宜像城市居民一樣進(jìn)行集中供暖，單戶的燃油燃?xì)忮仩t又受到氣源、油源及運(yùn)行費(fèi)用的限制，也難以推廣。
　　在國(guó)家營(yíng)造的節(jié)能、環(huán)保大背景和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略政策指導(dǎo)下，為了適應(yīng)國(guó)家政策和能源結(jié)構(gòu)的要求，防止農(nóng)村用煤過(guò)量造成的環(huán)境污染，使用可再生能源解決北方農(nóng)村居民的采暖問(wèn)題，是節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，提高人民生活質(zhì)量的好辦法。
　　二、太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖在村鎮(zhèn)應(yīng)用的可行性
　　1.低溫地板輻射采暖的特點(diǎn)
　　低溫?zé)崴匕遢椛洳膳到y(tǒng)是采用低于60℃的低溫水作為熱媒，通過(guò)直埋入建筑物地板內(nèi)的化學(xué)建材（PAP，XPAP，PE-X，PB）等盤(pán)管進(jìn)行輻射而達(dá)到一種方便靈活的采暖形式。實(shí)踐表明，低溫?zé)崴匕遢椛洳膳c傳統(tǒng)的散熱器采暖相比，具有以下特點(diǎn)：
　　（1）舒適衛(wèi)生。由于輻射強(qiáng)度和溫度的雙重作用，減少了四周表面對(duì)人體的冷輻射，室內(nèi)地表溫度均勻，室溫由下而上逐漸遞減，改變了散熱器采暖室溫上高下低的分布狀況，給人以頭涼腳暖的良好感覺(jué)，造成真正符合人體散熱及生理要求的熱狀態(tài)，符合我國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)“溫足涼頂”的健身理論，可以改善血液循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，具有最佳的舒適感和保健功能。
　　（2）高效節(jié)能。在建立同樣舒適的前提下，因?yàn)檩椛涔┡绞捷^對(duì)流供暖方式熱效率高，可節(jié)能約35%左右。所以室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度可以比其他采暖方式降低2℃。
　?。?）熱穩(wěn)定性好。由于地面層及混凝土層蓄熱量大，熱穩(wěn)定性好，因此在間歇供暖的條件下，室內(nèi)溫度變化緩慢。
　　（4）使用面積增加，方便裝修。室內(nèi)取消了散熱器及其立支管，不但不占用建筑面積，而且房間可以任意分隔，根據(jù)實(shí)際測(cè)算，平均可以增加室內(nèi)5%左右的使用面積，等于降低了房屋造價(jià)，而且使室內(nèi)既美觀又便于裝修和家具布置。
　　（5）清潔衛(wèi)生。地板采暖室內(nèi)空氣平均流速小，能有效減少因空氣急劇流動(dòng)而引起的塵埃飛揚(yáng)，以及明裝散熱設(shè)備和管道積塵面受熱揮發(fā)的異味，減少室內(nèi)空氣污染。
　　低溫?zé)崴膳到y(tǒng)是近幾年來(lái)發(fā)展較快的一種采暖方式，在新建城市住宅建筑中應(yīng)用較廣泛。尤其熱媒是低溫?zé)崴话阍?0℃以下，為低品位能量的應(yīng)用提供了可能。利用太陽(yáng)能作為地板采暖的熱源，是太陽(yáng)能利用技術(shù)與地板輻射采暖技術(shù)相結(jié)合的一種最佳方式。
　　2.村鎮(zhèn)太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖的可行性
　　低溫地板輻射采暖系統(tǒng)與傳統(tǒng)的散熱器供暖形式相比，一個(gè)突出特點(diǎn)是熱媒溫度低，而且地面填充層的蓄熱結(jié)構(gòu)，增加了系統(tǒng)的熱惰性。由于低溫地板采暖系統(tǒng)的這些特點(diǎn)，太陽(yáng)能這種低品位﹑清潔﹑利用技術(shù)成熟的能源作為低溫地板采暖系統(tǒng)的熱源，是比較合理可行的。
　　我國(guó)華北的大部分地區(qū)，采暖季日平均太陽(yáng)輻照量均在9，000-15，000kJ/m2之間。如果采用目前流行的真空管太陽(yáng)能集熱器，每日集熱時(shí)間按8小時(shí)考慮，建筑面積熱指標(biāo)按50W/m2計(jì)算，采暖供回水溫差15℃，每天供暖時(shí)間為8小時(shí)，則可以推算出，每單位建筑面積所需要的集熱器面積在0.21m2-0.33m2之間。由于農(nóng)村地區(qū)的建筑形式多為單層和3層以下的建筑，所以按照這個(gè)面積比例是完全可以實(shí)現(xiàn)的。因此，從理論上看，利用太陽(yáng)能進(jìn)行地板采暖是完全可行的。
　　三、太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖系統(tǒng)的輔助熱源-沼氣
　　沼氣是農(nóng)村廣泛使用的一種氣體燃料，它是由植物殘?jiān)?、?dòng)物糞尿在隔絕空氣的情況下，經(jīng)過(guò)某些微生物的發(fā)酵作用而產(chǎn)生的。沼氣的主要成分是甲烷（CH4），約占總體積的60%-70%。此外，還含有二氧化碳、氮?dú)夂蜕倭坑谐綦u蛋氣味的硫化氫氣體，所以沼氣略帶臭味。純凈的甲烷是一種沒(méi)有顏色、沒(méi)有氣味的氣體。甲烷的密度僅是空氣的一半，極難溶于水，但很容易燃燒。燃燒后生成二氧化碳和水，同時(shí)放出大量的熱量。1m3的沼氣完全燃燒可以放出約23000kJ-27600kJ的熱量，相當(dāng)于0.7kg汽油或0.8kg煤燃燒所放出的熱量，所以沼氣是一種優(yōu)質(zhì)氣體燃料。當(dāng)今利用科學(xué)發(fā)酵方法生產(chǎn)沼氣，是解決我國(guó)廣大農(nóng)村能源的一種有效途徑，也是處理城鄉(xiāng)生活垃圾、改善環(huán)境、變廢為寶的積極措施。
　　北方地區(qū)冬季寒冷，產(chǎn)氣量比南方低，一般家用池選擇8立方米或10立方米，按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)修建的沼氣池，冬季基本可保證在室外氣象條件不利情況下，輔助太陽(yáng)能加熱媒質(zhì)滿足輻射供暖效果的要求，春、夏、秋三季所產(chǎn)生的沼氣，則可供煮飯、燒水及照明使用，甚至有余。
　　實(shí)踐證明發(fā)展農(nóng)村沼氣工程，能有效解決農(nóng)村生活能源問(wèn)題，改善農(nóng)村人居環(huán)境，具有良好的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益，符合可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略。農(nóng)村沼氣效果突出，受到廣大農(nóng)民的普遍歡迎。目前我國(guó)正以農(nóng)村沼氣建設(shè)為重點(diǎn)，引導(dǎo)農(nóng)民改圈、改廁、改廚，改善農(nóng)民生產(chǎn)生活條件。根據(jù)規(guī)劃，到2010年，全國(guó)農(nóng)戶用沼氣將達(dá)到4000萬(wàn)戶，適宜農(nóng)戶普及率達(dá)到28.8%，到2020年力爭(zhēng)使適宜農(nóng)戶普及率達(dá)到70%，基本普及農(nóng)村沼氣。
　　四、太陽(yáng)能低溫輻射供熱系統(tǒng)的形式
　　華北地區(qū)冬季采暖室外計(jì)算溫度一般在-7℃至-12℃，采暖期多為3-5個(gè)月，采用太陽(yáng)能低溫輻射供熱系統(tǒng)，為保證在采暖期的熱穩(wěn)定性和良好的效果，采用連續(xù)運(yùn)行的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)形式。
　　
　　如圖1所示：太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖系統(tǒng)是間接式系統(tǒng)，即集熱和采暖是兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)為強(qiáng)制循環(huán)，以利于集熱，太陽(yáng)能集熱器收集的熱量經(jīng)過(guò)傳遞到蓄熱水箱中，此蓄熱水箱為容積式換熱器，蓄熱水箱應(yīng)置于室內(nèi)，并作保溫處理，防止冬季室外氣溫較低，溫降較快，保證用熱可靠性。其上可接管路供生活用熱水。地板輻射采暖系統(tǒng)也采用強(qiáng)制循環(huán)，采暖循環(huán)泵裝置在沼氣采暖爐中，采暖回水經(jīng)過(guò)蓄熱水箱吸收熱量達(dá)到供水溫度后送入采暖系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)。輔助熱源采用沼氣爐，當(dāng)室外氣象條件不好，蓄熱水箱貯存熱量不能滿足采暖系統(tǒng)所需時(shí)，開(kāi)啟沼氣采暖爐進(jìn)行輔助加熱，保證連續(xù)供暖。此系統(tǒng)集熱系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)完全獨(dú)立，減少了系統(tǒng)間的相互影響，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的承壓要求。
　　該系統(tǒng)熱穩(wěn)定性好，連續(xù)供熱能力強(qiáng)，與自動(dòng)控制系統(tǒng)配合后，此太陽(yáng)能地板輻射采暖系統(tǒng)可以連續(xù)、穩(wěn)定、安全地運(yùn)行。目前，連續(xù)供暖的間接式系統(tǒng)較復(fù)雜，初投資偏高，只適合在農(nóng)村較富裕的地區(qū)推廣。
　　五、推廣農(nóng)村太陽(yáng)能低溫輻射供熱系統(tǒng)的建議
　　1.政策角度
　?。?）一項(xiàng)技術(shù)的推廣離不開(kāi)政府的支持，如果我國(guó)能像歐洲一些國(guó)家一樣對(duì)太陽(yáng)能推廣進(jìn)行大力扶持，則太陽(yáng)能運(yùn)用技術(shù)的發(fā)展肯定會(huì)取得矚目的成績(jī)，太陽(yáng)能利用將會(huì)更快發(fā)展。
　?。?）由于國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能技術(shù)尚無(wú)統(tǒng)一規(guī)范可循，目前太陽(yáng)能市場(chǎng)良莠不齊。所以呼吁政府加強(qiáng)監(jiān)管力度，減少資源浪費(fèi)和安全隱患，使人們能更加放心地選擇使用太陽(yáng)能產(chǎn)品。
　?。?）沼氣在農(nóng)村推廣使用已有十幾年，沼氣建設(shè)既能為農(nóng)民提供清潔能源又能環(huán)保，是一件利國(guó)利民的好事，深受廣大農(nóng)民群眾的歡迎。但對(duì)北方大部分農(nóng)民群眾而言，還是個(gè)新鮮事物，對(duì)它的認(rèn)識(shí)和使用有一個(gè)過(guò)程，沼氣的建設(shè)和發(fā)展也有一個(gè)逐步提高完善的過(guò)程。呼吁政府加強(qiáng)農(nóng)村沼氣服務(wù)體系的建設(shè)，不光有人幫助他們建設(shè)沼氣池，同時(shí)還能有完善的后續(xù)服務(wù)體系，使沼氣池能夠長(zhǎng)期有效使用。
　　2.經(jīng)濟(jì)角度
　?。?）充分利用太陽(yáng)能，減少對(duì)輔助加熱資源的依賴。要求設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能集熱板面積和水箱尺寸合理，選擇的輔助加熱裝置合理。采用沼氣作為輔助熱源，能實(shí)現(xiàn)即開(kāi)即用，而且沼氣制取利用人畜糞便和植物殘?jiān)?，變廢為寶，不浪費(fèi)電能、煤氣（天然氣）、石油等能源。在農(nóng)村使用更具優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)性。
　?。?）目前，太陽(yáng)能產(chǎn)品造價(jià)與建筑成本、節(jié)省的能源費(fèi)用相比，造價(jià)仍較高。但通過(guò)采用優(yōu)質(zhì)材料提高產(chǎn)品品質(zhì)、延長(zhǎng)使用壽命，優(yōu)化太陽(yáng)能構(gòu)件尺寸等手段，就能達(dá)到降低太陽(yáng)能產(chǎn)品單位成本的目的。
　　（3）農(nóng)村太陽(yáng)能-沼氣低溫輻射供熱系統(tǒng)具有提高農(nóng)民生活質(zhì)量，美化農(nóng)村環(huán)境，節(jié)能減排的優(yōu)點(diǎn)，但其初投資較高，在富裕村鎮(zhèn)還有可能實(shí)現(xiàn)，在占多數(shù)的貧困地區(qū)，推廣實(shí)行具有相當(dāng)大的難度，需要政府加大投入進(jìn)行適度的補(bǔ)貼。
　　3.技術(shù)角度
　　（1）華北地區(qū)在冬季最冷月溫度降為0℃以下，要采取適當(dāng)措施防止太陽(yáng)能管路在嚴(yán)寒情況下凍結(jié)破壞。
　?。?）沼氣池由于冬季溫度較低，產(chǎn)氣量較其它季節(jié)都少，必須采用合理管理措施加強(qiáng)保溫防護(hù)工作，防止沼氣池凍裂和產(chǎn)氣量不足的問(wèn)題，可設(shè)置電能輔助加熱設(shè)備以防止無(wú)沼氣產(chǎn)生出現(xiàn)的供暖不穩(wěn)定狀況。
　?。?）沼氣是適合廣大農(nóng)村使用的優(yōu)質(zhì)能源，但其也含有硫化氫氣體，還含有多種雜氣、臭氣，有毒的缺點(diǎn)，為防止含硫氣體燃燒之后對(duì)環(huán)境的影響破壞，應(yīng)采用脫硫裝置進(jìn)行除硫。
　?。?）沼氣池應(yīng)定期清除沼渣沼液，防止產(chǎn)氣率下降甚至報(bào)廢，損害農(nóng)民和國(guó)家利益。
　　我國(guó)是太陽(yáng)能資源比較豐富的國(guó)家，利用綠色、清潔的太陽(yáng)能進(jìn)行低溫地板采暖，再以沼氣爐作為系統(tǒng)的輔助熱源，是適應(yīng)目前農(nóng)村采暖要求的新型采暖方式。它的技術(shù)和設(shè)備條件已基本成熟，在我國(guó)華北農(nóng)村地區(qū)不管從理論上還是實(shí)際操作上，都是完全可行的。
　　如果政府部門(mén)能制定相應(yīng)的激勵(lì)政策，同時(shí)給予一些必要的資金支持，太陽(yáng)能-沼氣低溫地板輻射采暖技術(shù)，一定會(huì)在華北農(nóng)村得到有效的推廣，并為我國(guó)農(nóng)村的能源建設(shè)開(kāi)拓新的領(lǐng)域。
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