燃池取暖的研究現狀及可行性分析

李思函 董良杰 劉姍姍

摘 要：在我國每年都會有大量的農作物秸稈浪費，近幾年北方農村地區頗受歡迎的燃池取暖在滿足更好的解決農作物秸稈大量浪費及焚燒情況的同時，提高了農村住宅取暖的便利同時改善了居住環境。

關鍵詞：燃池；傳統取暖方式；生物質能利用

中圖分類號：TM925.6 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160532018

我國北方地區于20多年前開始應用燃池取暖，但沒有大量推廣，應用范圍狹窄。其原理主要是以廢棄農作物等生物質陰燃產生熱量通過頂板輻射到室內。國內外對陰燃研究較多，大部分是集中在實驗模型上的陰燃研究，應用研究較少，對利用陰燃技術的燃池取暖的研究不為多見。

1 國內外研究燃池研究現狀

1.1 國內燃池采暖技術研究

農村地區有大量的農作物秸稈，北方地區的農村居民取暖以可再生能源及農作物廢棄秸稈等作為燃料使用，燃燒的方式可以分為有焰燃燒和無火焰的陰燃。傳統的取暖方式中火炕、火墻、土暖氣、火爐等都屬于有焰燃燒范圍；在北方農村地區，燃池取暖所用的燃燒方式則是采用了無火焰的陰燃。

我國于20世紀80年代開始了燃池應用方面的研究。孫文策[1]是最早開始探討燃池采暖技術分析的，對燃池的燃燒方式和供熱特點加以研究分析，得出燃池散熱面積大并且頂板表面溫度低，比火爐等取暖有明顯優勢。孟貴堂[2]于1999年發表文獻介紹了北方農村燃池采暖技術并且給出了燃池的定義。文獻中詳細介紹了燃池的建筑材料以及建造技術要求。國內學者呂愛民[3]等對燃池取暖系統的優劣勢進行了分析，并且對其興衰過程及衰落原因以及其他供暖方式的興起對燃池的沖擊加以敘述，重點闡述了燃池結構方面的弊端及改進方向。2004年郭繼業[4]在北方農村地區沼氣用戶因冬季受溫度影響導致出氣率低的問題的基礎上，提出了將燃池和沼氣池結合搭建的新型加溫系統。

白義奎，王鐵良等[5]將設計完成的燃池—地中熱交換系統結合起來應用于日光溫室，通過實測調查研究并進行初步試驗研究表明，該系統在冬季運行期間提高了土壤溫度和室內溫度。邱方吉等[6]研究了燃池式沼氣池的建造技術，在實際應用過程中，利用燃池系統加熱能夠使沼氣池在溫度低于-30℃時照常產氣。楊立新[7]采用理論與實踐相結合的研究方法，把稻草磚建筑的住宅與燃池相結合組成了新的能源系統，證明燃池取暖的稻草磚房比采用燃煤取暖的普通紅磚房效果好，前者的室內平均溫度高。哈爾濱工業大學的劉文合[8]基于可再生能源的利用，以農作物生物質能源等為輔助，將火炕取暖與燃池取暖系統結合，構成了一種新的取暖系統。

1.2 國外燃池采暖系統的應用現狀

通過對文獻的檢索并沒有發現國外有直接研究燃池的文章，但是由于燃池采暖的應用原理及應用背景與北方傳統的火炕相似，因此國外對火炕以及與火炕相似的采暖系統的研究也成為了本課題文獻的參考范圍。

“hypocaust”起源于古希臘時期的羅馬帝國，主體位于地面以下建筑物的下方，將其與我國北方農村傳統的火炕相比較是因為hypocaust也用煙道加熱地板并傳遞熱量。韓國的“ondol”，又稱作溫突，起源于朝鮮半島，在中東地區也使用廣泛。YEO M.S.，YANG I.H. ，KIM K.W. [9]等人通過詳細的調查研究，論述了韓國住宅供暖方法經過3個階段發展的到目前的系統。從第1階段傳統的炕由熱氣體通過火爐產生的循環加熱到第2階段無煙煤炕的使用，到第3階段使用嵌入式管熱水地板輻射供暖，適應住宅高層化的發展，形成了現代公寓樓熱水地板輻射采暖。

2 燃池取暖與傳統取暖方式對比分析

2.1 北方農村傳統取暖方式

隨著時代進步經濟發展，城鎮樓房集中式取暖方式漸漸普及，與其相對比的農村傳統的火炕及火爐等取暖方式的弊端逐漸顯現。傳統的取暖方式能源利用率較低，室內溫度較低且供熱不均勻，入夜后，取暖設施無人打理，室內溫度下降。與城市住宅相比較，冬季室內的空氣質量有很大差距。傳統的取暖方式極大的浪費了常規能源，費時費力，使人們的生活質量遠落后于城市。目前傳統取暖方式主要有一下幾種：

火炕取暖。火炕多數用泥胚與磚塊建成，內部有炕間墻，炕間墻中有煙道，較平整的石板鋪設上面并以水泥摸平，爐灶用于做飯、燒水等炊事，煙氣、熱量通過炕體內的煙道加熱炕板，最后順煙道排出，但排出的煙氣中還含有大量余熱。

火墻取暖。火墻一般作為住宅內的輔助取暖所用。其原理跟火炕取暖相似，火墻與爐灶相連接，煙氣通過空心墻，煙氣中的熱量傳遞給墻體，最后煙氣順煙道排到室外。墻體內部與煙道內的高溫氣體換熱得熱，火墻內的煙道越蜿蜒曲折，煙氣在墻體內停留的時間就越長，對墻體加熱的時間增加，火墻的墻面越熱且熱度越均勻，熱量經墻體外表面傳遞到室內。與火炕相比，火墻將取暖方式立體化，當然對墻體的建筑要求也相對提高。

土暖氣取暖。土暖氣在我國農村地區以及城鎮磚瓦房居民住宅中應用普遍。不需要動力設備，是微型化的重力循環熱水供暖系統。將土鍋爐置于爐灶內并注水，依靠由溫度不同的供水和回水產生的密度差而產生的循環動力，使土鍋爐內的水流至各散熱器，從而達到取暖的效果，水在散熱器內循環一圈后又回到鍋爐內重新加熱，繼續循環。土暖氣具有經濟適用，干凈省時等優點。

火爐取暖。火爐是用來取暖及炊事的爐子。早期的簡易取暖設施，用煤炭、柴、農作物秸稈等作為燃料，燃燒產生的熱量通過輻射與室內空氣進行熱交換，煙沿著鐵皮煙囪直接排到室外，取暖的同時可以燒水。使用時將爐灰門打開可增強通風并適時勾灰，增強燃燒。與土暖氣不同，火爐是將熱源鍋爐置于采暖房間內，且火爐的熱源鍋爐也是一個取暖部件。

2.2 燃池取暖在農村地區使用的可行性

火炕、火墻、土暖氣及火爐取暖在北方都是較為常見的取暖方式，將其與燃池進行綜合比對，分析燃池取暖使用的可行性。

空間利用。火炕會占用較大部分的空間，但是它可以當床使用，相當于在放床的位置換成了火炕，實際的空間利用率還是很高的。土暖氣的散熱器都緊貼墻面，對于地面以及墻面的空間沒有太大影響，空間占用率并不高。火爐在實際使用的過程中周圍都處于高溫狀態，家具等物品擺設都要與其保持距離，實際空間占有率上升。火墻與火爐有一個相似的特點便是使用時周圍溫度過高，但是并不是所有的墻面都有用處，火墻如果作為輔助取暖將其設在并不使用的墻面即可提高其空間利用率。燃池是建筑在房屋下方的取暖設施，完全不占用室內的空間。這幾種取暖設施中燃池空間占用率最低，其次是火炕、火墻、土暖氣和火爐。

能源利用。炕和火墻的能源利用率達到60%左右，而火爐由于其煙氣停留時間短，能源利用只能達到40%左右。土暖氣的連接的管道過長，這將會損耗許多熱量。燃池取暖的燃料全部是農作物秸稈等，解決了農作物廢棄物無處安置的問題；燃池取暖主要通過燃池頂板傳熱，輻射面積大，能源利用率高。可看出能源利用率較高的排序為燃池、火炕火墻、土暖氣、火爐。

安全性。取暖設施是否安全要從2個方面考慮：是否有引發火災的可能性。火炕、火墻、土暖氣的都是由爐灶生火供熱，熱量由煙氣傳遞，農村爐灶多放置于廚房，經常無人照看，且土暖氣設計和操作若存在問題還會引發爆炸。燃池取暖為燃料陰燃且主體在地下，產生火災的可能性相對較小；是否易產生有害氣體。火墻、火炕、土暖氣的爐灶一般都至于廚房，火爐會放置在取暖房間，火爐產生的有害氣體會更易被人體吸收。燃池的原理是陰燃，在使用不當或是燃池使用多年出現裂痕時，煙氣易進入屋內且不易被人察覺。因此，火墻火炕的安全性要大于燃池，火爐及土暖氣的安全性相對較低。

對熱環境的改善。火墻和火炕因其較高溫度的炕面及墻面與室內的空氣產生對流提高了室內的空氣溫度，火爐及土暖氣雖也與室內空氣產生對流且有少量的輻射效應，但是只有在它們的附近才能感覺到熱量。燃池產生的熱量經燃池頂板通過傳導和對流方式，向室內傳遞熱量，提高室內溫度，散熱面積大而且持續不間斷。在對室內熱環境的改善上，燃池更具有優勢。

3 結語

燃池相對于農村傳統的取暖方式有較大的優勢，并且燃池可以充分利用農村當地廢棄的農作物秸稈等生物質燃料，減少了化石能源的消耗；它對改善農村住宅室內空氣質量提高農村居民的生活質量也有很大的幫助，因此在北方農村地區利用燃池取暖是可行之舉，有必要推廣應用。

參考文獻

[1]孫文策，解茂昭.燃池的工作特點和熱能利用分析[J].中國能源，1994（8）.

[2]孟貴堂.北方燃池取暖[J].農村科技開發，1999（04）：22-23，21.

[3]呂愛民.燃池的困境與出路一對一種低碳技術供曖方式的分析[J].華中建筑，2005，25（3） ：34-35.

[4]郭繼業，劉中秋.北方農村戶用沼氣池與燃池結合建造技術（一）[J].新農業，2004（08）：56-57.

[5]白義奎，王鐵良，遲道才.日光溫室燃池——地中熱交換系統設計[J].北方園藝，2006（06）：63-65.

[6]邱方吉，包金泉，孫范軍，趙華強，李長海，竇杰鳳. 燃池式沼氣池建造技術[J].現代農業，2007（12）：154-155.

[7]楊立新.燃池——稻草磚民居能源系統優化設計研究[D].哈爾濱：東北農業大學，2008.

[8]劉文合，李桂文.可再生能源在農村建筑中的應用研究[J]. 低溫建筑技術，2007，04：110-112.

[9] YEO M.S.，YANG I.H. ，KIM K.W. .Historical changes and recent energy saving potential of residential heating in Korea[J]. Building & Environment， 2005， 40（8）：1103-1116.