豫东新农村建设中太阳能与沼气联合供热系统稳定性研究

2012-04-10秦连银

河南建材 2012年2期

秦连银龚萍

商丘工学院建筑工程系（476000）

1 豫东地区新农村建设中集体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，河南省一个普通家庭（按三个供暖房间计算）每年仅采暖就要消耗煤炭1.0～1.5 t。此外，洗浴、炊事、洗衣等生活用热水也消耗不少的燃气或电能。如今，随着物质生活水平的不断提高，就是所谓采暖过度区（黄河以南长江以北）和非采暖区（长江流域）也有强烈的冬季采暖需求，这些都大大增加了对能源的需求量。

目前豫东地区农村家庭住宅采暖，大都是采用直接燃煤炉或土暖气，这些采暖方式都较落后，存在以下问题:

1）燃烧效率低，浪费大量宝贵的矿石燃料。随着人们对采暖要求的不断提高，仍大量使用低效率的燃煤炉，必将加重能源浪费，加剧国家能源的紧缺，推进煤炭价格的大幅上涨，加重了农民的负担。

2）大量燃煤会加大二氧化碳等污染气体的排放,尤其是使用低效率的土暖气炉，更是浪费能源，严重污染环境。

3）由于无专业人员管理，燃烧状态不稳定，夜间封火时常发生灭火现象，温度波动较大，供暖质量很差，很容易诱发疾病产生，甚至发生一氧化碳泄漏，危害人民健康。因此，农村家庭住宅采暖必须改变主要用煤炭的老路。

在农村建筑采暖用能的替代办法中，电、燃气价格昂贵，不可能大量推行，剩下的只有秸秆等生物质能和太阳能两种能源具有可行性。农作物秸秆、柴草是最原始的农村生活用能源，前些年由于煤炭价格低，好多作物秸秆被放空烧掉，把其重新利用当然是好事。但是，存在以下几方面问题:①很多作物秸秆可以作饲料，其价值更高；②作物秸秆热值低，烟熏火燎，污染生活环境，燃烧使用很不方便，群众不愿意用；③一部分作物秸秆可做工业原料，（如稻草麦草可造纸）一部分秸秆可还田作肥料。除去上述用处，所剩的秸秆量已不多，用于采暖不够。由于这些原因，把秸秆和柴草作为直接采暖用能，前景并不广阔。

在我国所谓采暖过度区和非采暖区，冬季也是很冷的，也有较强烈的采暖需求。但在这里更不能再直接用燃煤来采暖,也不宜消耗宝贵的电力资源。我国在太阳能与沼气联合利用方面的技术又比较成熟，因此，利用太阳能与沼气联合采暖将是新农村建设中最现实、最干净、最经济的途径。

2 太阳能与沼气联合供热系统形式

太阳能与沼气联合供热系统所采用的热源燃料来自太阳能增温保温沼气池产生的沼气，该太阳能增温保温沼气池包括软体沼气发生器、太阳能集热器、循环泵、进水管、出水管和换热管，在沼气发生器上设有进料口、出料口和出气口，在该沼气发生器内底部安装换热管，该换热管的进水口与进水管的一端相连，该进水管的另一端穿出沼气发生器与太阳能集热器上的贮热水箱的出口连通，该换热管的出水口经出水管与所述贮热水箱的入口连通，在所述出水管上设有循环泵，其特征在于:所述沼气发生器装在一个上端敞口的池体中，在该池体的池底和池壁内表面均设有泡沫保温材料或稻麦秸秆，在该池体的上方设有双层塑料薄膜拱棚，由该拱棚将池体的开口封闭。

这种新型太阳能增温保温沼气池，通过太阳能集热系统和热水循环系统对沼气发生器内的发酵料液进行加热，提高发酵温度；同时在沼气发生器放置池上方搭建双层塑料薄膜拱棚，充分吸收太阳能热量，形成温室效应，起到保温作用，有效减少热损。

3 太阳能与沼气联合供热系统试验结果

这种新型太阳能增温保温沼气池的太阳能热水器通过温差跟踪循环控制方式保证系统达到最高效率、最大化采集太阳能量。家用太阳能热水器水箱水温T2大于沼气池水温T1达到15℃时，循环水泵启动,把集热器的热量换给沼气池的水,T2与T1差值达到5℃时,循环水泵延时1min后停止工作。当沼气池温度高于25℃时,循环水泵强制停止。

具体测试的结果:

一个8～10m3的太阳能增温保温沼气池，夏天一昼夜每立方米池容约可产气0.15 m3，冬季约可产气0.1立方米左右。在冬季气温-10℃条件下，沼液温度达到24～26℃的正常产气温度。使用太阳能热水器、动力循环泵及PVC螺旋管组成的热水循环系统循环一昼夜，沼气池内温度达到25.4℃。

一般农村五口人的家庭，按照配水定额及生活习惯，每天煮饭、烧水约需用气1.5 m3(每人每天生活所需的实际耗气量约为0.2m3，最多不超过0.3 m3)。豫东地区即使在冬季气温较低，产气量有所减少的情况下，仍可供煮两餐饭或烧开水用。