豫東新農(nóng)村建設(shè)中太陽能與沼氣聯(lián)合供熱系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

秦連銀 龔 萍

商丘工學(xué)院建筑工程系（476000）

1 豫東地區(qū)新農(nóng)村建設(shè)中集體式住宅采暖用能的前景分析

建筑采暖用能,占生活用能的很大一部分，河南省一個普通家庭（按三個供暖房間計算）每年僅采暖就要消耗煤炭1.0～1.5 t。此外，洗浴、炊事、洗衣等生活用熱水也消耗不少的燃氣或電能。如今，隨著物質(zhì)生活水平的不斷提高，就是所謂采暖過度區(qū)（黃河以南長江以北）和非采暖區(qū)（長江流域）也有強烈的冬季采暖需求，這些都大大增加了對能源的需求量。

目前豫東地區(qū)農(nóng)村家庭住宅采暖，大都是采用直接燃煤爐或土暖氣，這些采暖方式都較落后，存在以下問題:

1）燃燒效率低，浪費大量寶貴的礦石燃料。隨著人們對采暖要求的不斷提高，仍大量使用低效率的燃煤爐，必將加重能源浪費，加劇國家能源的緊缺，推進煤炭價格的大幅上漲，加重了農(nóng)民的負擔(dān)。

2）大量燃煤會加大二氧化碳等污染氣體的排放,尤其是使用低效率的土暖氣爐，更是浪費能源，嚴(yán)重污染環(huán)境。

3）由于無專業(yè)人員管理，燃燒狀態(tài)不穩(wěn)定，夜間封火時常發(fā)生滅火現(xiàn)象，溫度波動較大，供暖質(zhì)量很差，很容易誘發(fā)疾病產(chǎn)生，甚至發(fā)生一氧化碳泄漏，危害人民健康。因此，農(nóng)村家庭住宅采暖必須改變主要用煤炭的老路。

在農(nóng)村建筑采暖用能的替代辦法中，電、燃氣價格昂貴，不可能大量推行，剩下的只有秸稈等生物質(zhì)能和太陽能兩種能源具有可行性。農(nóng)作物秸稈、柴草是最原始的農(nóng)村生活用能源，前些年由于煤炭價格低，好多作物秸稈被放空燒掉，把其重新利用當(dāng)然是好事。但是，存在以下幾方面問題:①很多作物秸稈可以作飼料，其價值更高；②作物秸稈熱值低，煙熏火燎，污染生活環(huán)境，燃燒使用很不方便，群眾不愿意用；③一部分作物秸稈可做工業(yè)原料，（如稻草麥草可造紙）一部分秸稈可還田作肥料。除去上述用處，所剩的秸稈量已不多，用于采暖不夠。由于這些原因，把秸稈和柴草作為直接采暖用能，前景并不廣闊。

在我國所謂采暖過度區(qū)和非采暖區(qū)，冬季也是很冷的，也有較強烈的采暖需求。但在這里更不能再直接用燃煤來采暖,也不宜消耗寶貴的電力資源。我國在太陽能與沼氣聯(lián)合利用方面的技術(shù)又比較成熟，因此，利用太陽能與沼氣聯(lián)合采暖將是新農(nóng)村建設(shè)中最現(xiàn)實、最干凈、最經(jīng)濟的途徑。

2 太陽能與沼氣聯(lián)合供熱系統(tǒng)形式

太陽能與沼氣聯(lián)合供熱系統(tǒng)所采用的熱源燃料來自太陽能增溫保溫沼氣池產(chǎn)生的沼氣，該太陽能增溫保溫沼氣池包括軟體沼氣發(fā)生器、太陽能集熱器、循環(huán)泵、進水管、出水管和換熱管，在沼氣發(fā)生器上設(shè)有進料口、出料口和出氣口，在該沼氣發(fā)生器內(nèi)底部安裝換熱管，該換熱管的進水口與進水管的一端相連，該進水管的另一端穿出沼氣發(fā)生器與太陽能集熱器上的貯熱水箱的出口連通，該換熱管的出水口經(jīng)出水管與所述貯熱水箱的入口連通，在所述出水管上設(shè)有循環(huán)泵，其特征在于:所述沼氣發(fā)生器裝在一個上端敞口的池體中，在該池體的池底和池壁內(nèi)表面均設(shè)有泡沫保溫材料或稻麥秸稈，在該池體的上方設(shè)有雙層塑料薄膜拱棚，由該拱棚將池體的開口封閉。

這種新型太陽能增溫保溫沼氣池，通過太陽能集熱系統(tǒng)和熱水循環(huán)系統(tǒng)對沼氣發(fā)生器內(nèi)的發(fā)酵料液進行加熱，提高發(fā)酵溫度；同時在沼氣發(fā)生器放置池上方搭建雙層塑料薄膜拱棚，充分吸收太陽能熱量，形成溫室效應(yīng)，起到保溫作用，有效減少熱損。

3 太陽能與沼氣聯(lián)合供熱系統(tǒng)試驗結(jié)果

這種新型太陽能增溫保溫沼氣池的太陽能熱水器通過溫差跟蹤循環(huán)控制方式保證系統(tǒng)達到最高效率、最大化采集太陽能量。家用太陽能熱水器水箱水溫T2大于沼氣池水溫T1達到15℃時，循環(huán)水泵啟動,把集熱器的熱量換給沼氣池的水,T2與T1差值達到5℃時,循環(huán)水泵延時1min后停止工作。當(dāng)沼氣池溫度高于25℃時,循環(huán)水泵強制停止。

具體測試的結(jié)果:

一個8～10m3的太陽能增溫保溫沼氣池，夏天一晝夜每立方米池容約可產(chǎn)氣0.15 m3，冬季約可產(chǎn)氣0.1立方米左右。在冬季氣溫-10℃條件下，沼液溫度達到24～26℃的正常產(chǎn)氣溫度。使用太陽能熱水器、動力循環(huán)泵及PVC螺旋管組成的熱水循環(huán)系統(tǒng)循環(huán)一晝夜，沼氣池內(nèi)溫度達到25.4℃。

一般農(nóng)村五口人的家庭，按照配水定額及生活習(xí)慣，每天煮飯、燒水約需用氣1.5 m3(每人每天生活 所需的實際耗氣量約為0.2m3，最多不超過0.3 m3)。豫東地區(qū)即使在冬季氣溫較低，產(chǎn)氣量有所減少的情況下，仍可供煮兩餐飯或燒開水用。

4 結(jié)論

1）太陽能與沼氣聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)成熟，在歐洲已規(guī)模化應(yīng)用,該技術(shù)適宜低層節(jié)能建筑，適宜與地板采暖結(jié)合。

2）太陽能與沼氣聯(lián)合供熱水系統(tǒng)與采暖系統(tǒng)有較大差異，系統(tǒng)設(shè)計無需考慮非采暖季節(jié)防過熱措施。

3）從穩(wěn)定性上考慮,太陽能與沼氣聯(lián)合供熱水系統(tǒng)與電或油等能價比高的系統(tǒng)相比同樣具有相當(dāng)好穩(wěn)定性，這種系統(tǒng)特別適用于非采暖季節(jié)熱水需求量較大的場合；替代天然氣或其它能價比低的能源，投資經(jīng)濟性較差，投資回報主要體現(xiàn)在社會效益和環(huán)境效益方面。

4）太陽能與沼氣聯(lián)合供熱水系統(tǒng)的太陽能適宜使用平板集熱器,平板集熱器易與建筑結(jié)合，系統(tǒng)造價和維護費用低，且容易解決系統(tǒng)的過熱難題。

[1] Renewable energy sources in figures[R].Berlin:Federal Ministry for the Environment,2005.

[2] 喜文華.太陽能實用工程技術(shù)[M].蘭州:蘭州大學(xué)出版社,2001.

[3] 袁家普.太陽能熱水系統(tǒng)手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2008,12.

[4] 謝祖琪.農(nóng)村戶用沼氣技術(shù)圖解[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2006,6.