張家口地區(qū)農(nóng)村住宅建筑可再生能源供熱系統(tǒng)

牛 建 會(huì)

(河北建筑工程學(xué)院 能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

張家口地區(qū)農(nóng)村住宅建筑可再生能源供熱系統(tǒng)

牛 建 會(huì)

(河北建筑工程學(xué)院 能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

根據(jù)張家口地區(qū)豐富的太陽能資源與生物質(zhì)能資源，針對(duì)張家口地區(qū)農(nóng)村用能特點(diǎn)，提出一套適合在張家口地區(qū)農(nóng)村住宅建筑中使用的可再生能源供熱系統(tǒng).

農(nóng)村住宅建筑；可再生能源供熱系統(tǒng)；太陽能；生物質(zhì)能

1　前　言

目前在張家口地區(qū)，市區(qū)實(shí)現(xiàn)了集中供熱，鄉(xiāng)鎮(zhèn)一般采用供熱鍋爐作為主要采暖熱源，而農(nóng)村住宅一般采用小鍋爐或燃煤爐及火炕等傳統(tǒng)措施進(jìn)行采暖，設(shè)備落后、熱效率極低、環(huán)境污染嚴(yán)重.另外農(nóng)村較多采用的燃煤火爐只能保證火爐所在房間暖和，且火爐須定時(shí)照看，否則會(huì)自行熄滅，室溫?zé)o法保證，而其他房間更無法滿足要求，取暖效率低下，應(yīng)用不方便，若燃燒不徹底易引發(fā)室內(nèi)人員CO等有毒氣體中毒等.

張家口地區(qū)的太陽能資源十分豐富，地域日照時(shí)數(shù)2756～3062小時(shí)，年太陽總輻射為每平方米1500～1700千瓦時(shí)，屬于太陽能輻射Ⅱ類區(qū)域[1]，具有發(fā)展太陽能資源的自然優(yōu)勢(shì).張家口地區(qū)農(nóng)村生物質(zhì)資源以玉米秸稈、小麥秸稈、棉花稈、稻草、樹枝、樹葉、干草、花生殼等農(nóng)作物和固體廢棄物為主，以此為原料經(jīng)過粉碎后加壓、增密成型，可以制成生物質(zhì)燃料，其燃燒熱供農(nóng)戶冬季供熱用.在張家口地區(qū)農(nóng)村住宅建筑中采用太陽能與生物質(zhì)能聯(lián)合供熱，可明顯減少化石燃料煤的消耗量，降低環(huán)境污染.

本文根據(jù)張家口地區(qū)豐富的太陽能資源與生物質(zhì)能資源，針對(duì)張家口地區(qū)農(nóng)村用能特點(diǎn)，提出一套適合在張家口地區(qū)農(nóng)村住宅建筑中使用的可再生能源供熱系統(tǒng)，并對(duì)其系統(tǒng)組成進(jìn)行分析.

2　可再生能源供熱系統(tǒng)組成

系統(tǒng)充分利用張家口地區(qū)豐富的太陽能資源和農(nóng)村廣泛分布的生物質(zhì)資源，是一套由太陽能和生物質(zhì)能聯(lián)合運(yùn)行的可再生能源供熱系統(tǒng).系統(tǒng)組成包括太陽能集熱循環(huán)、儲(chǔ)熱水箱、輔助熱源、用戶采暖末端.

2.1系統(tǒng)運(yùn)行原理

可再生能源供熱系統(tǒng)原理如圖1所示，系統(tǒng)利用太陽能集熱器收集太陽輻射熱并聯(lián)合生物質(zhì)輔助熱源能同時(shí)滿足農(nóng)村居民冬季采暖和日常生活熱水需求的系統(tǒng).在采暖季，太陽能循環(huán)水泵和采暖循環(huán)水泵均處于運(yùn)行狀態(tài)，集熱水溫低于實(shí)際需求水溫時(shí)運(yùn)行輔助熱源生物質(zhì)鍋爐，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要適時(shí)調(diào)整生物質(zhì)鍋爐負(fù)荷.在非采暖季，采暖循環(huán)水泵停止運(yùn)行，同時(shí)關(guān)閉其閥門，在陰雨天等太陽能輻射不足時(shí)，同樣根據(jù)實(shí)際需求適時(shí)調(diào)整生物質(zhì)鍋爐負(fù)荷.在采暖季，系統(tǒng)中的部分熱量供采暖用，部分熱量供生活熱水用，而非采暖季提供足量的生活熱水用熱，從而全年充分利用太陽能資源.

2.2太陽能集熱循環(huán)

系統(tǒng)采用易與建筑緊密結(jié)合的平板式太陽能集熱器，集熱系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)在溫差下循環(huán)流動(dòng)，用回流排空方式防過熱、防凍.水箱低于管路和太陽能集熱器，在非采暖季，只要水箱內(nèi)水溫超過設(shè)定的最高溫度，太陽能循環(huán)泵便停止運(yùn)行，集熱器中的水回流到水箱，集熱系統(tǒng)停止往水箱輸送熱量，集熱器逐步達(dá)到悶曬平衡狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)排空防過熱；在采暖季，當(dāng)溫度達(dá)到防凍報(bào)警溫度后，太陽能循環(huán)泵停止運(yùn)行，集熱器和管路中的水自動(dòng)回流到水箱，排空集熱器和管路，從而達(dá)到防凍的目的.

1.太陽能集熱器；2.生物質(zhì)鍋爐；3.儲(chǔ)熱水箱 4.換熱盤管；5.地板采暖盤管；6.太陽能循環(huán)泵 7.采暖循環(huán)泵；8.過濾器；9.閥門圖1　可再生能源供熱系統(tǒng)原理圖

2.3分層儲(chǔ)熱水箱

水箱設(shè)計(jì)成垂直分層水箱，利用水在不同溫度下的密度差，即低溫的水位于水箱底部，高溫的水位于水箱上部，相互不摻混實(shí)現(xiàn)同一水箱可以產(chǎn)生不同溫度分區(qū).太陽能集熱器回水管與分層水箱下部溫度較低的水相連，吸熱溫升后的熱水供水管與水箱上部進(jìn)水管相連；采暖系統(tǒng)與水箱中部相連，滿足運(yùn)行水溫較低的地板輻射采暖需要；利用水箱上部水溫最高特點(diǎn)，在水箱上部水位處布置生活熱水換熱盤管，設(shè)計(jì)充分利用垂直分層水箱底部水溫低，上部水溫高的優(yōu)勢(shì).

儲(chǔ)熱水箱選用開式水箱，有利于太陽能集熱系統(tǒng)回流排空；生活熱水換熱銅盤管與自來水管相連，在自來水管網(wǎng)壓力下提供洗浴用熱水，省去了供水泵，減少系統(tǒng)投資和使用費(fèi)用；生活熱水系統(tǒng)、太陽能集熱系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)三者相互隔開，互不摻混，保證自來水水質(zhì)在滿足洗浴熱水同時(shí)也能滿足飲用和做飯，長(zhǎng)期運(yùn)行可以節(jié)省大量燃料；此外，太陽能集熱系統(tǒng)與采暖系統(tǒng)為直接系統(tǒng)，不設(shè)置換熱裝置，可降低太陽能系統(tǒng)工作溫度，提高太陽能的集熱效率.

2.4輔助熱源

針對(duì)張家口地區(qū)農(nóng)村的具體情況，供熱系統(tǒng)的輔助熱源采用生物質(zhì)炊暖爐，燃料是在當(dāng)?shù)卮罅看嬖诘挠衩捉斩?、稻稈、林業(yè)廢棄物或其他生物質(zhì)燃料，經(jīng)生物質(zhì)壓縮成型轉(zhuǎn)化為商品化能源，優(yōu)化燃料特性，提高燃燒效率，可以有效改善農(nóng)村大氣環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源綜合利用.另外針對(duì)農(nóng)村用熱特點(diǎn)，也可采用多功能燃料爐為輔助熱源，該爐可以燒煤、燒柴也可以燒生物質(zhì)燃料，同時(shí)實(shí)現(xiàn)采暖、做飯、燒水、燒火炕，實(shí)用性強(qiáng)，采用自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輔助熱源和太陽能之間的切換.

2.5用戶采暖末端

用戶采暖末端采用低溫地板輻射采暖系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種以低溫?zé)崴疄槊浇?，通過室內(nèi)地埋盤管向地面散熱，地面再以輻射或?qū)α飨蚴覂?nèi)散熱.由于熱穩(wěn)定性好、室內(nèi)溫度均勻、免占室內(nèi)空間、節(jié)能、干凈、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的歡迎[2].系統(tǒng)中的低溫?zé)崴疁囟葹?5 ℃～50 ℃，不能超過60 ℃，供、回水溫差不宜超過10 ℃[3]，這個(gè)溫度段正好是太陽能集熱器熱利用最高的溫度段.

地板輻射采暖系統(tǒng)通過埋地?fù)Q熱盤管加熱地面，通過地面向房間散熱，人員活動(dòng)區(qū)形成腳暖頭涼的溫度場(chǎng)，符合人體生理學(xué)需求，提高采暖的舒適度；地板輻射采暖與太陽能集熱系統(tǒng)結(jié)合，由于地板輻射采暖供水水溫低，可以使太陽能集熱器工作在高效率區(qū)域，提高太陽能利用效率；地板輻射采暖有較大儲(chǔ)熱能力，可以減少儲(chǔ)熱水箱的容積[4].因此，太陽能集熱與低溫?zé)崴椛洳膳菢O好的搭配.

3　結(jié)　語

在具有豐富的太陽能資源和生物質(zhì)能資源的張家口地區(qū)的廣大農(nóng)村，住宅建筑中非常適合采用太陽能與生物質(zhì)能聯(lián)合運(yùn)行的可再生能源供熱系統(tǒng)，它充分利用廣泛分布的可再生能源，解決農(nóng)戶采暖、熱水和炊事的生活用能，不僅調(diào)整農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)，而且實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物資源化和循環(huán)利用，有利于實(shí)現(xiàn)能源的本地化，減少化石燃料等常規(guī)能源使用帶來的環(huán)境污染，是一種一舉多得能源利用模式.

[1]曹培鋒,周迎久.新能源產(chǎn)業(yè)風(fēng)光無限[EB/OL].中國(guó)環(huán)境報(bào)http://www.eedu.org.cn/news/region/huabei/hb/201005/47188.html,2010-5-26.

[2]竇碩,師帥兵.太陽能地板輻射采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(11):5893～5894.

[3]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50736-2012,民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2012

[4]朱敦智,劉君,蘆潮.太陽能采暖技術(shù)在新農(nóng)村建設(shè)中應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2006,22(1):167～170

Renewable Energy Heating System for Rural Residential Buildings of Zhangjiakou Area

NIUJian-hui

(School of Energy and Environmental Engineering,Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering, Zhangjiakou 075000,China)

According to the abundant solar energy resources and biomass energy resources in Zhang Jiakou area,a set of renewable energy heating system was put forward for the rural residential buildings in ZhangJiakou area in the light of the region’s heating characteristics.

rural residential buildings；renewable energy heating system；solar energy；biomass energy

2015-06-27

河北建筑工程學(xué)院基金項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：QN201404；張家口市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展指導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：1321008B

牛建會(huì)(1981-)，女，講師，主要研究方向：制冷及節(jié)能技術(shù).

TK 6

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