太陽能在新農(nóng)村供暖的應(yīng)用

《太陽能在新農(nóng)村供暖的應(yīng)用》摘要隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求量日益增加，能源利用情況緊張，而常規(guī)能源的大量使用必將對環(huán)境造成不利影響。太陽能作為可再生能源的一種，取之不盡，用之不竭，同時又不會增加環(huán)境負(fù)荷，將成為未來能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求量日益增加，能源利用情況緊張，而常規(guī)能源的大量使用必將對環(huán)境造成不利影響。太陽能作為可再生能源的一種，取之不盡，用之不竭，同時又不會增加環(huán)境負(fù)荷，將成為未來能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。我國屬太陽能資源豐富的國家之一，年輻射總量大約在3300-8300MJ/(m2.a)，全國2/3以上面積地區(qū)年日照小時數(shù)大于2000h，每年陸地接收的太陽輻射能相當(dāng)于2.4萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，具有太陽能利用的良好條件。在建筑能耗中，生活熱水、供暖能耗占了相當(dāng)?shù)谋壤锰柲軄頋M足生活熱水、供暖這些低品位能耗的要求具有巨大的節(jié)能效益，因此，太陽能采暖技術(shù)越來越受到人們的重視1引言與城市的集中供暖不同，農(nóng)村大都以各家燒柴薪、煤炭取暖，一家一戶都有一個小火爐。這種取暖模式費(fèi)用高，熱效率低，即使節(jié)省的人家，一個小火爐一般一個冬季下來也要約1噸煤炭，且只能“溫暖”一個小小的房間。不僅如此，這種取暖方式也不環(huán)保，污染嚴(yán)重，且存在安全隱患。近年來雖多以煤炭為主，但隨之而來的污染又加重，一些農(nóng)民還因缺乏安全常識，常因取暖出現(xiàn)一氧化碳中毒事件.能源和環(huán)境是影響國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，能源供應(yīng)形勢直接接關(guān)系到國家的安全和社會穩(wěn)定。建筑領(lǐng)域消費(fèi)的能源，主要是煤炭、石油和天然氣等石化能源。這些能源資源有限，不可再生，終究要枯竭，而且傳統(tǒng)能源會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。我國人口眾多人均資源占有量低于世界平均水平，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活消費(fèi)的需求相比，能源供應(yīng)的缺口很大，而且能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理，以煤為主的能源供給造成了嚴(yán)重的大氣污染和溫室氣體排放，我國目前的。。2排放量居世界第二位。我國是京都議定書”的簽約國，目前的這種排放，我國目前的CO2排放量居世界第二位。我國是“京都議定書”的簽約國，目前的這種能源消費(fèi)方式，已受到國際社會的高度關(guān)注，加大了我們保護(hù)環(huán)境和改變經(jīng)濟(jì)增長模式的壓力。因此，節(jié)約能源和開發(fā)利用清潔、可再生能源的任務(wù)十分緊迫。黨的十六屆五中全會通過的《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃的建議》，提出了建設(shè)社會主義新農(nóng)村的重大歷史任務(wù)，其中重要的一項就是加強(qiáng)村莊規(guī)劃和人居環(huán)境治理。長期以來，北方農(nóng)村住宅一般僅利用火炕和火爐取暖，供暖質(zhì)量不能保證，更談不上空調(diào)和生活熱水的供應(yīng)。為了有效提高農(nóng)村的人居環(huán)境，縮短城鄉(xiāng)差距，有必要在有條件的地區(qū)為農(nóng)村住宅增設(shè)供暖空調(diào)和生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)。農(nóng)村住宅一般具有建筑容積率較低，沒有明顯遮擋，能源價格較高，除電力外其他能源一般較短缺的特點，非常適宜于太陽能等新能源系統(tǒng)的應(yīng)用。太陽能生活熱水供應(yīng)的功能，在經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性方面具有顯著優(yōu)勢。2太陽能超導(dǎo)地?zé)岵膳榻B太陽能超導(dǎo)地?zé)岵膳且豁検澜珙I(lǐng)先技術(shù)，太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量，輻射到地球，人們通過光電，光熱，光化學(xué)的方式轉(zhuǎn)化加以利用，以太陽能為熱源，以超導(dǎo)地暖為散熱體3太陽能超導(dǎo)地?zé)岵膳夹g(shù)原理：太陽能集熱裝置把超導(dǎo)介質(zhì)加熱，低溫（只需30°C即可）傳遞熱能到室內(nèi)地面下鋪設(shè)的管道，采暖通過管道內(nèi)介質(zhì)循環(huán)將地面加熱到一定溫度，再由地面均勻地向室內(nèi)輻射熱量，同時在冷熱空氣的比重差作用下，產(chǎn)生了空氣的自然對流現(xiàn)象，從而創(chuàng)造出具有理想溫度分布的室內(nèi)熱微氣候，使室內(nèi)環(huán)境達(dá)到人體感官最舒適的狀態(tài)。由于是房間地面地溫輻射，所以對系統(tǒng)溫度的要求十分低，20分鐘即可將整個房間加熱到20C以上（溫度可自控），節(jié)省能源，使用壽命可長達(dá)50年。其特點是沒有任何污染，取之不盡，用之不竭，還可以保障人體代謝率，改善室內(nèi)熱濕環(huán)境，大大提高人體熱舒適性。太陽能超導(dǎo)地?zé)岵膳膬?yōu)點：（1） 運(yùn)行費(fèi)用低、高效節(jié)能、不占使用面積，花同樣的錢等于買了更大的房子、壽命長免維護(hù)、安全性能好、節(jié)約維修費(fèi)用、環(huán)保衛(wèi)生，健康保健。（2） 取暖費(fèi)用：冬季，特別是北方的冬季，嚴(yán)寒而漫長，取暖已成為人們生活的基本要素，全球能源緊缺帶來的是能源價格越來越高，采暖費(fèi)用也不斷上升，很多家庭已難以承受，怎樣采暖最經(jīng)濟(jì)實惠已成為人們愈來愈關(guān)心的話題。而太陽能超導(dǎo)地暖的重大突破，代表能源綜合利用的發(fā)展方向，一次投資，長期受益，太陽能是免費(fèi)資源.不花一分錢，高效節(jié)能，環(huán)保清潔，產(chǎn)品前瞻性強(qiáng)，領(lǐng)導(dǎo)消費(fèi)新潮流。（3） .熱效率：由于采用了導(dǎo)熱傳熱的超導(dǎo)介質(zhì)，再加上太陽能地?zé)岬孛孑椛涔┡绞奖葘α鞴┡绞綗嵝矢撸瑹崃考性谌梭w受益的高度內(nèi)，室內(nèi)設(shè)定溫度即使比對流式采暖方式低2?5C,也能使人們有同樣的溫暖感覺，所以溫差傳熱損失會大大減??；熱媒低溫傳送，在傳送過程中熱量損失小，熱效率高；與其他采暖方式相比，節(jié)能幅度約為90%以上。（4） 冬季或幾年不用也不用擔(dān)心：不受地區(qū)的溫度限制，超導(dǎo)介質(zhì)的最低凝點可達(dá)一60C以下、沸點可達(dá)到180C以上，加上良好的防腐性，采暖系統(tǒng)既使冬季或幾年不用也不用擔(dān)心。（5） 壽命長，免維護(hù)，安全性能好，節(jié)約維修費(fèi)用：采暖系統(tǒng)如果不是人為破壞，幾乎不存在維修的問題，使用壽命在50年以上，不腐蝕、不結(jié)垢，大大減少了暖氣片跑、冒、滴、漏水和維修給住戶帶來的煩惱，可節(jié)約維修費(fèi)用。初始安裝成本低，可分區(qū)控制，計量方便，便于管理。（6）.減少樓層噪音：目前我國樓板一般選用預(yù)制板或現(xiàn)澆板，其隔音效果極差，樓上人走動，就影響樓下，采用地板采暖增加了保溫層，具有非常好的隔音效果，可降低噪音污染；地板采暖過程寂靜無聲，室內(nèi)環(huán)境清靜，沒有任何噪音。（7）.環(huán)保、衛(wèi)生，健康保?。禾柲艹瑢?dǎo)地?zé)岬孛孑椛洳膳墓┡頌檩椛鋵?dǎo)熱，與空調(diào)、暖氣等通過強(qiáng)制對流循環(huán)熱風(fēng)供暖相比，空氣中灰塵流動要小的多，減少了空氣中有害病菌的蔓延，室內(nèi)環(huán)境更加衛(wèi)生清潔，有利于支氣管炎、呼吸道感染和過敏性人群的健康；空氣對流減弱，水分散失較少，克服了傳統(tǒng)散熱器供暖方式造成的室內(nèi)燥熱、口干舌燥等不適，避免了女性皮膚因失水而過分干燥。中醫(yī)認(rèn)為“熱從頭生，寒從足入”。傳統(tǒng)的取暖方式，房間的頂部大約有30°C，而人體所處的位置尤其是腳部僅有15r甚至更低。坐時間久了就會感覺腳冷腿涼，腿腳受涼會增加寒腿病、關(guān)節(jié)炎的患病可能。太陽能超導(dǎo)地?zé)岬孛孑椛渖崾亲钍孢m的采暖方式，室內(nèi)地表溫度均勻，室溫由下而上隨著高度的增加溫度逐步下降，這種溫度曲線正好符合人的生理需求，給人以腳暖頭涼的舒適感受。同時，地板采暖可促進(jìn)居住者足部血液循環(huán)，從而改善全身血液循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，并在一定程度上提高免疫能力。此外，“足熱頭寒”的環(huán)境可以避免犯困，有利于增強(qiáng)記憶力、提高學(xué)習(xí)和工作效率太陽能住宅設(shè)計應(yīng)考慮的問題：（1） 目前對太陽能已有一定的研究，但對太陽能熱水器一體化住宅的外觀設(shè)計常走向兩個極端，一種是設(shè)計時忽視太陽能熱水器的設(shè)備，在立面造型完成后將需要的設(shè)備簡單安裝上；另一種則是只相輔相成。失去建筑立面整體的平衡感。太陽能熱水裝置本身有別于建筑，但其作必須通過建筑的整體才能充分顯示。（2）設(shè)計原則 建筑的形式與內(nèi)容（功能、材料、結(jié)構(gòu)、工藝）應(yīng)一致。太陽能熱水器一體化住宅的造型設(shè)計應(yīng)當(dāng)充分考慮到其居住建筑的特點。首先，無論是高層住宅還是多層住宅，都是由套型組成，沒有大空間，平、立面結(jié)構(gòu)和造型一般比較規(guī)整；其次，房間的功能性限制大，非常強(qiáng)調(diào)自然采光和自然風(fēng)；第三，住宅受造價限制較大，外墻也應(yīng)當(dāng)盡量平直。由于住宅的這些特點，在造型處理上可以有大的體量變化，但一般很難打破層、套等單元性因素的限制。實際中常常利用相同元素的重復(fù)、增減來達(dá)到藝術(shù)效果。從這一點來看，住宅的造型設(shè)計較之公共建筑更有難度。但從另一角度來看，住宅內(nèi)部嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)性和功能的主導(dǎo)地位非常符合技術(shù)美學(xué)所強(qiáng)調(diào)的邏輯性及目的性。太陽能熱水器一體化的設(shè)計在住宅中表現(xiàn)技術(shù)美學(xué)是可行的，當(dāng)然高層住宅、多層住宅有自己的特點，應(yīng)當(dāng)區(qū)別對待。.（3）構(gòu)造方案與系統(tǒng)選擇：太陽能熱水器一體化住宅外觀設(shè)計的美學(xué)原則和手法以及構(gòu)造方案與系統(tǒng)選擇，是建筑師對太陽能熱水系統(tǒng)所做的二次產(chǎn)品設(shè)計和加工，是實現(xiàn)“一體化”的關(guān)鍵步驟。內(nèi)容包括安裝部位選擇和構(gòu)造方案設(shè)計，既要考慮到保證太陽能熱水器的工作效率，又要與住宅的結(jié)構(gòu)、使用功能以及美觀相協(xié)調(diào)。為了保證足夠的日照時數(shù)，集熱器可能的安裝位置包括屋頂和南向的外墻和陽臺。太陽能技術(shù)應(yīng)用的條件應(yīng)用太陽能原則：（1）在經(jīng)濟(jì)許可的前提下最大限度地利用太陽能。太陽能是完全免費(fèi)的，在利用過程中，僅消耗水泵能耗，運(yùn)行費(fèi)用最低，所以在經(jīng)濟(jì)許可的情況下，盡可能增大太陽集熱器的面積，以提高太陽能的利用率。（2） 在實際工程中，采用新能源后，系統(tǒng)初投資較高，尤其是對太陽集熱器，全部是增量成本，最好能全年綜合利用。例如：太陽集熱器冬季供熱、在過渡季，不設(shè)空調(diào)時，太陽能除提供生活熱水外，將多余的熱量儲存起來，供冬季供熱。這樣的做法既可以做到太陽能的綜合利用，又可以避免太陽集熱器的空曬，增加了太陽集熱器的壽命。（3） 新能源利用的前提是必須采用節(jié)能建筑，以降低系統(tǒng)的初投資。太陽能的能流密度較低，太陽集熱系統(tǒng)的價格在目前仍然偏高；。為了盡可能減少系統(tǒng)的初投資，必須保證建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)符合節(jié)能規(guī)范的要求，以降低供暖、空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷需求。太陽集熱系統(tǒng)的集熱效率與集熱系統(tǒng)的出水溫度有關(guān)，溫度越高熱損失越大，集熱效率降低，因此在選擇供暖系統(tǒng)時應(yīng)優(yōu)先選擇供水溫度要求低的形式6項目概況與負(fù)荷分析就九江地區(qū)某新農(nóng)村而言：日照小時數(shù)巳6h的天數(shù)有200?250d太陽輻照量為5000?5400MJ/(m?a)較適合使用太陽能熱水系統(tǒng)但是在太陽能使用上目前主要局限于家庭用生活熱水涉及太陽能采暖的較少。本文以九江地區(qū)某新農(nóng)村別墅建筑為例，分析太陽能采暖建筑物采暖熱負(fù)荷：九江地區(qū)緯度為34。40，九江地區(qū)最冷月份的水平面總太陽輻射月平均日照量為8997kJ/(m2?d)，別墅式住宅相對于多層建筑來說，單位熱負(fù)荷的屋頂面積較大更有利于太陽能集熱器的安裝。現(xiàn)以九江市某2層別墅為例，采取了節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計，建筑面積約為300m2上下2層采用間接式太陽能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳?4h運(yùn)行。^江西省居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中給出了九江市建筑耗熱量指標(biāo)為21.7W/m建筑物采暖熱負(fù)荷為：Q=qF?F=21.7X00=6510W全玻璃真空太陽集熱器面積只研究在冬季最冷3個月內(nèi)(一月二月十二月),由于太陽能不能保證建筑物24h連續(xù)供暖，所以，應(yīng)選取九江地區(qū)2月份的日照量來選擇集熱器面積。H=10.531MJ/(m2?d)平均日照時間為8h。即每平方米太陽能集熱器提供的熱量為：Qt=(10.531刈06)/(8>3600)=365.6W/m2所需太陽集熱器面積為：A=6510/(365.6>52%)=34.25m2取集熱器面積A為40m2該建筑物屋頂面積為150m2足夠安裝太陽能集熱器裝置。不足的熱負(fù)荷由輔助熱源提供。采暖期內(nèi)太陽能經(jīng)濟(jì)分析目前評價太陽能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性大多采用凈收益現(xiàn)值和投資回收年限兩種方法，這兩種方法均側(cè)重于對太陽能利用系統(tǒng)本身投資、收益狀況進(jìn)行分 析。而對太陽能利用系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的目的是，確定針對使用者而言最為經(jīng)濟(jì)合理的方案，即相對于獲得所需能量、資金投入量少的方案。為此本文采用綜合能源價格法。能源價格指的是購買一定種類能源的費(fèi)用。它在一定意義上代表了開采或生產(chǎn)這種能源并傳送至使用終端的資金消耗。對于供熱供冷的系統(tǒng)在其有效使用期限內(nèi)的資金主要用于初投資：安裝供熱供冷系統(tǒng)。運(yùn)行費(fèi)用：在使用期間系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。綜合能源價格的含義是在有效使用年限內(nèi)初投資和使用費(fèi)用的累計綜合值與在此期間所提供能量總和的比值它是一個將初投資考慮在內(nèi)的全面反映經(jīng)濟(jì)分析對象相對于提供單位能量所 需費(fèi)用的參數(shù)考慮到資金的動態(tài)特性，即不同時期支出貨幣的價值是不相等的，本文在經(jīng)濟(jì)分析過程中，將綜合能源價格進(jìn)行現(xiàn)值處理。即通過將不同時期投入的資金統(tǒng)一折現(xiàn)為初投資年現(xiàn)值的方法，使資金投入時間和數(shù)量各不相同的不同類型供熱(冷)的綜合能源價格在同等價值條件下進(jìn)行比較比較結(jié)果見表1熱源種類初投資/元運(yùn)行費(fèi)用/(元每年燃料耗量總投資/綜合熱價/(元太陽能+天然氣68/a) 2元110420/MJ)0.096天然氣354071.821320m396377.30.089集中供暖344139185m3940.075太陽能+電加熱器61711449kW?h1688350.134太陽能+集中供暖67218.91086700.095對于24h采暖的別墅式住宅在選用太陽能作為采暖熱源時即使集熱器的面積不受屋頂面積大小的限制由于冬季日照時間的限定，采用