燃池取暖的研究現(xiàn)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(nóng)作物秸稈浪費(fèi)，近幾年北方農(nóng)村地區(qū)頗受歡迎的燃池取暖在滿足更好的解決農(nóng)作物秸稈大量浪費(fèi)及焚燒情況的同時，提高了農(nóng)村住宅取暖的便利同時改善了居住環(huán)境。

關(guān)鍵詞：燃池；傳統(tǒng)取暖方式；生物質(zhì)能利用

中圖分類號：TM925.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160532018

我國北方地區(qū)于20多年前開始應(yīng)用燃池取暖，但沒有大量推廣，應(yīng)用范圍狹窄。其原理主要是以廢棄農(nóng)作物等生物質(zhì)陰燃產(chǎn)生熱量通過頂板輻射到室內(nèi)。國內(nèi)外對陰燃研究較多，大部分是集中在實驗?zāi)Ｐ蜕系年幦佳芯浚瑧?yīng)用研究較少，對利用陰燃技術(shù)的燃池取暖的研究不為多見。

1 國內(nèi)外研究燃池研究現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)燃池采暖技術(shù)研究

農(nóng)村地區(qū)有大量的農(nóng)作物秸稈，北方地區(qū)的農(nóng)村居民取暖以可再生能源及農(nóng)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(tǒng)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(nóng)村地區(qū)，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(jì)80年代開始了燃池應(yīng)用方面的研究。孫文策[1]是最早開始探討燃池采暖技術(shù)分析的，對燃池的燃燒方式和供熱特點(diǎn)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(yōu)勢。孟貴堂[2]于1999年發(fā)表文獻(xiàn)介紹了北方農(nóng)村燃池采暖技術(shù)并且給出了燃池的定義。文獻(xiàn)中詳細(xì)介紹了燃池的建筑材料以及建造技術(shù)要求。國內(nèi)學(xué)者呂愛民[3]等對燃池取暖系統(tǒng)的優(yōu)劣勢進(jìn)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(diǎn)闡述了燃池結(jié)構(gòu)方面的弊端及改進(jìn)方向。2004年郭繼業(yè)[4]在北方農(nóng)村地區(qū)沼氣用戶因冬季受溫度影響導(dǎo)致出氣率低的問題的基礎(chǔ)上，提出了將燃池和沼氣池結(jié)合搭建的新型加溫系統(tǒng)。

白義奎，王鐵良等[5]將設(shè)計完成的燃池—地中熱交換系統(tǒng)結(jié)合起來應(yīng)用于日光溫室，通過實測調(diào)查研究并進(jìn)行初步試驗研究表明，該系統(tǒng)在冬季運(yùn)行期間提高了土壤溫度和室內(nèi)溫度。邱方吉等[6]研究了燃池式沼氣池的建造技術(shù)，在實際應(yīng)用過程中，利用燃池系統(tǒng)加熱能夠使沼氣池在溫度低于-30℃時照常產(chǎn)氣。楊立新[7]采用理論與實踐相結(jié)合的研究方法，把稻草磚建筑的住宅與燃池相結(jié)合組成了新的能源系統(tǒng)，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(nèi)平均溫度高。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的劉文合[8]基于可再生能源的利用，以農(nóng)作物生物質(zhì)能源等為輔助，將火炕取暖與燃池取暖系統(tǒng)結(jié)合，構(gòu)成了一種新的取暖系統(tǒng)。

1.2 國外燃池采暖系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

通過對文獻(xiàn)的檢索并沒有發(fā)現(xiàn)國外有直接研究燃池的文章，但是由于燃池采暖的應(yīng)用原理及應(yīng)用背景與北方傳統(tǒng)的火炕相似，因此國外對火炕以及與火炕相似的采暖系統(tǒng)的研究也成為了本課題文獻(xiàn)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(nóng)村傳統(tǒng)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(qū)也使用廣泛。YEO M.S.，YANG I.H. ，KIM K.W. [9]等人通過詳細(xì)的調(diào)查研究，論述了韓國住宅供暖方法經(jīng)過3個階段發(fā)展的到目前的系統(tǒng)。從第1階段傳統(tǒng)的炕由熱氣體通過火爐產(chǎn)生的循環(huán)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(yīng)住宅高層化的發(fā)展，形成了現(xiàn)代公寓樓熱水地板輻射采暖。

2 燃池取暖與傳統(tǒng)取暖方式對比分析

2.1 北方農(nóng)村傳統(tǒng)取暖方式

隨著時代進(jìn)步經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城鎮(zhèn)樓房集中式取暖方式漸漸普及，與其相對比的農(nóng)村傳統(tǒng)的火炕及火爐等取暖方式的弊端逐漸顯現(xiàn)。傳統(tǒng)的取暖方式能源利用率較低，室內(nèi)溫度較低且供熱不均勻，入夜后，取暖設(shè)施無人打理，室內(nèi)溫度下降。與城市住宅相比較，冬季室內(nèi)的空氣質(zhì)量有很大差距。傳統(tǒng)的取暖方式極大的浪費(fèi)了常規(guī)能源，費(fèi)時費(fèi)力，使人們的生活質(zhì)量遠(yuǎn)落后于城市。目前傳統(tǒng)取暖方式主要有一下幾種：

火炕取暖。火炕多數(shù)用泥胚與磚塊建成，內(nèi)部有炕間墻，炕間墻中有煙道，較平整的石板鋪設(shè)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(nèi)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?；饓σ话阕鳛樽≌瑑?nèi)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(nèi)部與煙道內(nèi)的高溫氣體換熱得熱，火墻內(nèi)的煙道越蜿蜒曲折，煙氣在墻體內(nèi)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(jīng)墻體外表面?zhèn)鬟f到室內(nèi)。與火炕相比，火墻將取暖方式立體化，當(dāng)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(nóng)村地區(qū)以及城鎮(zhèn)磚瓦房居民住宅中應(yīng)用普遍。不需要動力設(shè)備，是微型化的重力循環(huán)熱水供暖系統(tǒng)。將土鍋爐置于爐灶內(nèi)并注水，依靠由溫度不同的供水和回水產(chǎn)生的密度差而產(chǎn)生的循環(huán)動力，使土鍋爐內(nèi)的水流至各散熱器，從而達(dá)到取暖的效果，水在散熱器內(nèi)循環(huán)一圈后又回到鍋爐內(nèi)重新加熱，繼續(xù)循環(huán)。土暖氣具有經(jīng)濟(jì)適用，干凈省時等優(yōu)點(diǎn)。

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(shè)施，用煤炭、柴、農(nóng)作物秸稈等作為燃料，燃燒產(chǎn)生的熱量通過輻射與室內(nèi)空氣進(jìn)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(qiáng)通風(fēng)并適時勾灰，增強(qiáng)燃燒。與土暖氣不同，火爐是將熱源鍋爐置于采暖房間內(nèi)，且火爐的熱源鍋爐也是一個取暖部件。

2.2 燃池取暖在農(nóng)村地區(qū)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(jìn)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(dāng)床使用，相當(dāng)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?；馉t在實際使用的過程中周圍都處于高溫狀態(tài)，家具等物品擺設(shè)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(diǎn)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(shè)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(shè)施，完全不占用室內(nèi)的空間。這幾種取暖設(shè)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?？缓突饓Φ哪茉蠢寐蔬_(dá)到60%左右，而火爐由于其煙氣停留時間短，能源利用只能達(dá)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(nóng)作物秸稈等，解決了農(nóng)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(shè)施是否安全要從2個方面考慮：是否有引發(fā)火災(zāi)的可能性?；鹂?、火墻、土暖氣的都是由爐灶生火供熱，熱量由煙氣傳遞，農(nóng)村爐灶多放置于廚房，經(jīng)常無人照看，且土暖氣設(shè)計和操作若存在問題還會引發(fā)爆炸。燃池取暖為燃料陰燃且主體在地下，產(chǎn)生火災(zāi)的可能性相對較??；是否易產(chǎn)生有害氣體?；饓?、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(chǎn)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(dāng)或是燃池使用多年出現(xiàn)裂痕時，煙氣易進(jìn)入屋內(nèi)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(huán)境的改善?；饓突鹂灰蚱漭^高溫度的炕面及墻面與室內(nèi)的空氣產(chǎn)生對流提高了室內(nèi)的空氣溫度，火爐及土暖氣雖也與室內(nèi)空氣產(chǎn)生對流且有少量的輻射效應(yīng)，但是只有在它們的附近才能感覺到熱量。燃池產(chǎn)生的熱量經(jīng)燃池頂板通過傳導(dǎo)和對流方式，向室內(nèi)傳遞熱量，提高室內(nèi)溫度，散熱面積大而且持續(xù)不間斷。在對室內(nèi)熱環(huán)境的改善上，燃池更具有優(yōu)勢。

3 結(jié)語

燃池相對于農(nóng)村傳統(tǒng)的取暖方式有較大的優(yōu)勢，并且燃池可以充分利用農(nóng)村當(dāng)?shù)貜U棄的農(nóng)作物秸稈等生物質(zhì)燃料，減少了化石能源的消耗；它對改善農(nóng)村住宅室內(nèi)空氣質(zhì)量提高農(nóng)村居民的生活質(zhì)量也有很大的幫助，因此在北方農(nóng)村地區(qū)利用燃池取暖是可行之舉，有必要推廣應(yīng)用。

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