馬宏霞

由于人口的增加，能源的耗費量也不斷升高，但自然界的能源蘊藏卻并非無窮。當前全球都面臨著傳統(tǒng)能源的緊張(目前的估計是煤大約可再維持100年，石油、天然氣亦只有數十年的存量)，對各種可再生能源的開發(fā)利用正被各國所重視。我國作為人口大國，節(jié)能減排、積極開發(fā)利用新能源也是當前的重要政策。

隨著經濟的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國正面臨著越來越大的能源壓力，特別是用于采暖、空調建筑能耗的增加，已成為我國不少城市缺電的誘因。地球上的化石燃料——煤、石油、天然氣等將逐漸開采枯竭，開發(fā)包括太陽能、風能在內的可再生能源利用的任務已十分迫切。所以，在提高太陽能、風能利用應用技術水平的同時，積極創(chuàng)造條件，將現有成熟技術在實際工程中推廣應用，積累經驗，通過實踐起到樣板和示范的作用。

包頭市垃圾填埋場位于遠離市區(qū)的山區(qū)，距市政管網較遠，太陽能、風能十分充足，正是合理利用太陽能、風能來滿足生產、生活需要的最佳場所;同時還能對包頭市的可再生能源的利用起到示范和推動作用，是一舉數得的好事。

1 節(jié)能方案的內容

包頭市垃圾填埋場節(jié)能方案的內容主要包括以下幾個方面:

1)建筑結構自身的節(jié)能;2)使用各種節(jié)能減耗的設備;3)太陽能、風能在采暖系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)的利用。

2 節(jié)能方案分析

2.1 建筑結構自身的節(jié)能

建筑結構自身的節(jié)能主要是指建筑外圍護結構的節(jié)能，即通過外墻體保溫作法以及采用保溫性能良好的外窗達到建筑節(jié)能的目的。通過建筑結構自身的節(jié)能使建筑達到65%的節(jié)能標準，其主要手段是采用達到國家標準要求的外墻體保溫材料和外窗材料，加強建筑外圍護結構的保溫隔熱能力，從而達到節(jié)電，節(jié)省供熱消耗的目的。

具體到本項目中，選用效果更好的節(jié)能材料，即外墻體保溫材料采用擠塑聚苯板;外窗材料采用斷橋鋁合金，以加強節(jié)能效果。

同時，建筑結構如果達到65%的節(jié)能，還有利于采暖系統(tǒng)采用新材料、新能源和新技術。建筑外圍護結構的保溫措施越好，在保證使用和需要的前提下，采用新型采暖系統(tǒng)就越容易。

2.2 使用各種節(jié)能減耗的設備

垃圾填埋場場區(qū)面積大，建筑物多而零散，因而在場區(qū)內及建筑內部采用各種節(jié)能減耗的設備可以達到很好的節(jié)能效果。主要包括:

1)在場區(qū)內使用太陽能路燈、庭院燈;2)在建筑內部使用各種節(jié)能燈具;3)在建筑內部采用節(jié)能減耗的散熱器及供熱管等。

2.3 太陽能、風能在采暖系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)中的利用

1)系統(tǒng)原理。

a.太陽能采暖及熱水系統(tǒng)的原理。

太陽能采暖的原理主要是利用機械方法貯存、聚集和在建筑物內分配太陽能，以提供熱水或空間供暖。照射在建筑物的集能器陣列上的日光，被轉換為熱能，傳給載熱流體(通常是液體，較少用空氣)，后者隨后被泵送到轉換、貯存和分配系統(tǒng)。在液基系統(tǒng)中，水(較少用甘油)被泵送通過與平板集能器相接觸的許多管子。集能器是黑色的金屬板，可吸收日光，前面用數層玻璃和空氣保溫;玻璃讓可見光透過并使它照射在金屬板上，卻能捕獲所生成的熱量，再將它傳給載熱流體。也可將載熱流體泵送通過受到由反射鏡聚焦(從而聚光)的大量日光照射的已排空的玻璃管或一定體積的空間。

載熱流體吸收來自集能器的熱量后，被泵送到保溫的貯槽中，可直接使用或貯存起來，以待隨后使用。此系統(tǒng)可向建筑提供由貯槽放出的熱水或提供流過樓板和天花板中管道的溫水，以向空間供暖。貯槽可使日照期間被加熱的水能在夜間或陰天使用。如果載熱流體含有預防冷天凍結的防凍液，則用換熱器將此載熱流體的熱量傳給可供家庭直接使用的水。采用平板集能器的供暖系統(tǒng)，一般將載熱流體加熱到66℃ ～93℃(150℉～200℉)的溫度。

太陽能集熱系統(tǒng)由集熱器、儲熱水箱、支架、循環(huán)管道、熱水泵及控制系統(tǒng)六個部分組成，通過利用玻璃真空集熱管將太陽的輻射熱能收集傳導至水箱中加熱水到90℃并儲存到保溫箱，由循環(huán)泵將熱水通過管道輸送到需采暖的場所，經安裝在各處的換熱器對室內的空氣進行加熱，達到取暖的效果。在系統(tǒng)中配備有熱泵系統(tǒng)作為輔助加熱，當由于陰天等因素蓄熱水箱總蓄熱量達不到供暖效果時自動啟動熱泵系統(tǒng)，繼續(xù)對房間供暖。

太陽能集熱系統(tǒng)所產生的太陽熱水，在冬季作為水環(huán)熱泵的熱源用于采暖，在春、夏、秋三季則用于生活熱水供應。這樣既可達到全年綜合利用太陽能的目的，又可因為水環(huán)熱泵所需的一次水溫度較低，而提高太陽能集熱系統(tǒng)在冬季運行時的熱效率。

b.風光互補發(fā)電系統(tǒng)的原理。

風力發(fā)電的原理，是利用風力帶動風車葉片旋轉，再透過增速機將旋轉的速度提升，來促使發(fā)電機發(fā)電。依據目前的風車技術，大約是每秒三公尺的微風速度(微風的程度)，便可以開始發(fā)電。風力發(fā)電正在世界上形成一股熱潮，因為風力發(fā)電沒有燃料問題，也不會產生輻射或空氣污染。

風力發(fā)電在芬蘭、丹麥等國家很流行;我國也在西部地區(qū)大力提倡。小型風力發(fā)電系統(tǒng)效率很高，但它不是只由一個發(fā)電機頭組成的，而是一個有一定科技含量的小系統(tǒng):風力發(fā)電機+充電器+數字逆變器。風力發(fā)電機由機頭、轉體、尾翼、葉片組成。每一部分都很重要，各部分功能為:葉片用來接受風力并通過機頭轉為電能;尾翼使葉片始終對著來風的方向從而獲得最大的風能;轉體能使機頭靈活地轉動以實現尾翼調整方向的功能;機頭的轉子是永磁體，定子繞組切割磁力線產生電能。

風力發(fā)電機因風量不穩(wěn)定，故其輸出的是13 V～25 V變化的交流電，須經充電器整流，再對蓄電瓶充電，使風力發(fā)電機產生的電能變成化學能。然后用有保護電路的逆變電源，把電瓶里的化學能轉變成交流220 V市電，才能保證穩(wěn)定使用。

風光互補供電是風力發(fā)電的進一步擴展，是由太陽能電池組件與風力發(fā)電機有機地配合組成的一個系統(tǒng)，主要由風力發(fā)電機、太陽能光伏電池、光伏控制器、逆變器、蓄電池、機柜、安裝支架、連接電纜等部分構成。適用于中小型供電場所(100 W～15 kW)，可用于偏遠地區(qū)無法供電的場所和無人職守用電設備的供電，系統(tǒng)可提供交流220 V，50 Hz的用電，直流12 V，9 V，5 V的用電。

利用風能、太陽能的互補特性，同時利用太陽能和風能發(fā)電，對氣象資源的利用更加充分，可實現晝夜發(fā)電。在合適的氣象資源條件下，風光互補供電系統(tǒng)可提高系統(tǒng)供電的連續(xù)性、穩(wěn)定性和可靠性，且系統(tǒng)初期投資和發(fā)電成本均低于獨立的光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2)條件分析。

包頭市生活垃圾填埋場位于包頭市九原區(qū)東寶煤場以北3 km處，距110國道2.3 km，廠址為天然溝谷，三面環(huán)山，地勢北高南低，占地面積35.45 hm2，分為填埋庫區(qū)和管理區(qū)兩部分，其中填埋庫區(qū)占地21.7 hm2，設計使用年限20年。

包頭市垃圾填埋場位于遠離市區(qū)的山區(qū)，距市政管網較遠，不可能由供熱管網提供熱源。傳統(tǒng)設計一般考慮采用小型鍋爐房來解決這一問題，但從環(huán)保和長遠利益來考慮，采用太陽能采暖熱水系統(tǒng)為主則更符合當前的節(jié)能發(fā)展要求。填埋場位置開闊，地勢較高，占地面積大，光照充足，風力較強，適宜布置集熱器、風機等設備。填埋場沒有大型工業(yè)用電，主要是照明用電和辦公用電。場區(qū)面積大，布置電纜等投入也較高，使用風光互補供電系統(tǒng)既經濟又環(huán)保、節(jié)能。

總的來說，該區(qū)域太陽能、風能十分充足，正是合理利用太陽能、風能來滿足生產、生活需要的最佳場所。同時也可以提高太陽能、風能利用的應用技術水平，積極創(chuàng)造條件，將現有成熟技術在實際工程中推廣應用，積累經驗，通過實踐起到樣板和示范的作用。

3)太陽能、風能利用的節(jié)能方案。

太陽能采暖及熱水系統(tǒng)在節(jié)能環(huán)保方面的優(yōu)勢是非常明顯的，雖然初期投入大，但后期運行費用低，從長遠看，在經濟投入上并未增加多少。但是太陽能采暖及熱水系統(tǒng)受自然條件影響較大，而且目前太陽能供熱技術在解決夜間儲熱問題上也需要相當大的投入，不能作為單一熱源應用，必須有傳統(tǒng)熱源作為備用。

在填埋場這個項目中，傳統(tǒng)熱源采用小型鍋爐房作為備用，是較為符合工程實際情況的。采用以太陽能供熱為主，鍋爐供熱為輔，既能節(jié)能減排，又在投資成本上可以承受，是更為經濟、適用的采暖方式。這種方式在持續(xù)穩(wěn)定供暖，保證使用需要方面也具有更為明顯的優(yōu)勢。雖然增加了初期的投入，但在后期運行上減少了運行費用，且可完全解決熱水需求，減少鍋爐耗煤量，尤其在環(huán)保效益上效果明顯。

采用風光互補供電系統(tǒng)的目的是為了更高效地利用可再生能源，實現風力發(fā)電與太陽能發(fā)電的互補。內蒙古地區(qū)冬、春季風力強，夏秋季風力弱，但太陽輻射強，從資源的利用上恰好可以互補，因此在偏遠地區(qū)利用風光互補供電系統(tǒng)是一種合理和可靠獲得電力供應的方法。但是在該項目中全部使用風光互補供電，投資過大，且仍然受自然條件影響，存在不穩(wěn)定因素，既不符合風光互補供電的技術特點，也不符合經濟原則。因此根據風光互補供電的特點，將其主要運用于照明用電上，采用以市電供應工業(yè)及辦公設備用電，風光互補電力系統(tǒng)供應照明用電的用電方式是較為理想且符合該項目實際的節(jié)能環(huán)保方式。

3 結語

通過上述節(jié)能方案的分析，以上幾種節(jié)能措施都是可行的，雖然增加了項目的初期投資，但在后期運行上將減少不少的運行費用，是在經濟、適用的前提下，充分考慮了節(jié)能減排、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的節(jié)能設計方案。

中國作為21世紀世界發(fā)展的中心，將會在各方面有更加長足的進步與發(fā)展。但目前我們應該看到我國這種高速的增長還是建立在能源高消耗的基礎上。在節(jié)能、環(huán)保等方面還存在著很大的問題，這些問題將隨著經濟的發(fā)展不斷的暴露出來。所以如何盡可能更有效的利用可再生資源，節(jié)約不可再生資源從而做到可持續(xù)發(fā)展也就成了一個非常重要的問題。因此，面對氣候環(huán)境以及能源等多方面的壓力，在建筑領域積極推廣運用已有的較為成熟的風能、太陽能技術，累積經驗，是經濟發(fā)展的需要，也是新能源技術進一步發(fā)展和推廣的需要。

在具有良好條件的項目中率先實踐和應用新能源新技術，為節(jié)能減排出一份力，為新能源在建筑上的推廣運用加一把勁，是該項目節(jié)能方案的重要意義。

[1]連載16:風光互補供電技術[J].廣東通信技術，2009(10):54-59.

[2]史蔥蔥.低能耗建筑太陽能采暖熱水系統(tǒng)實例設計分析[J].太陽能，2008(11):38-41.

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