豫東新農村建設中太陽能與沼氣聯合供熱系統穩定性研究

秦連銀 龔 萍

商丘工學院建筑工程系（476000）

1 豫東地區新農村建設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，隨著物質生活水平的不斷提高，就是所謂采暖過度區（黃河以南長江以北）和非采暖區（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。

目前豫東地區農村家庭住宅采暖，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，加重了農民的負擔。

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，嚴重污染環境。

3）由于無專業人員管理，燃燒狀態不穩定，夜間封火時常發生滅火現象，溫度波動較大，供暖質量很差，很容易誘發疾病產生，甚至發生一氧化碳泄漏，危害人民健康。因此，農村家庭住宅采暖必須改變主要用煤炭的老路。

在農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能和太陽能兩種能源具有可行性。農作物秸稈、柴草是最原始的農村生活用能源，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和非采暖區，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合利用方面的技術又比較成熟，因此，利用太陽能與沼氣聯合采暖將是新農村建設中最現實、最干凈、最經濟的途徑。

2 太陽能與沼氣聯合供熱系統形式

太陽能與沼氣聯合供熱系統所采用的熱源燃料來自太陽能增溫保溫沼氣池產生的沼氣，該太陽能增溫保溫沼氣池包括軟體沼氣發生器、太陽能集熱器、循環泵、進水管、出水管和換熱管，在沼氣發生器上設有進料口、出料口和出氣口，在該沼氣發生器內底部安裝換熱管，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出水管與所述貯熱水箱的入口連通，在所述出水管上設有循環泵，其特征在于:所述沼氣發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表面均設有泡沫保溫材料或稻麥秸稈，在該池體的上方設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和熱水循環系統對沼氣發生器內的發酵料液進行加熱，提高發酵溫度；同時在沼氣發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，起到保溫作用，有效減少熱損。

3 太陽能與沼氣聯合供熱系統試驗結果

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控制方式保證系統達到最高效率、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,循環水泵延時1min后停止工作。當沼氣池溫度高于25℃時,循環水泵強制停止。

具體測試的結果:

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氣0.15 m3，冬季約可產氣0.1立方米左右。在冬季氣溫-10℃條件下，沼液溫度達到24～26℃的正常產氣溫度。使用太陽能熱水器、動力循環泵及PVC螺旋管組成的熱水循環系統循環一晝夜，沼氣池內溫度達到25.4℃。

一般農村五口人的家庭，按照配水定額及生活習慣，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)。豫東地區即使在冬季氣溫較低，產氣量有所減少的情況下，仍可供煮兩餐飯或燒開水用。

4 結論

1）太陽能與沼氣聯合應用技術成熟，在歐洲已規模化應用,該技術適宜低層節能建筑，適宜與地板采暖結合。

2）太陽能與沼氣聯合供熱水系統與采暖系統有較大差異，系統設計無需考慮非采暖季節防過熱措施。

3）從穩定性上考慮,太陽能與沼氣聯合供熱水系統與電或油等能價比高的系統相比同樣具有相當好穩定性，這種系統特別適用于非采暖季節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，投資經濟性較差，投資回報主要體現在社會效益和環境效益方面。

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

[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[M].蘭州:蘭州大學出版社,2001.

[3] 袁家普.太陽能熱水系統手冊[M].北京:化學工業出版社,2008,12.

[4] 謝祖琪.農村戶用沼氣技術圖解[M].北京:中國農業出版社,2006,6.