城鎮(zhèn)化進(jìn)程中農(nóng)戶建筑的太陽(yáng)能利用——以杭州市為例

1、城鎮(zhèn)化進(jìn)程中農(nóng)戶建筑的太陽(yáng)能利用以杭州市為例按照城市藍(lán)皮書,至2022年末,我國(guó)城鎮(zhèn)化率達(dá)到45.7%,擁有6.07億城鎮(zhèn)人口。在如此迅速的城鎮(zhèn)化進(jìn)程中,能源(包括電、煤、石油、燃?xì)獾?需求的巨大增長(zhǎng)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了強(qiáng)大壓力,使能源短缺成為當(dāng)前的突出問(wèn)題1。目前,農(nóng)村能源消費(fèi)以煤和生物質(zhì)能為主,占消費(fèi)總量56%以上的農(nóng)村生活用能有55%來(lái)自秸稈和薪柴等生物質(zhì)能直接燃燒,對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活環(huán)境的威逼較大,并且能源的利用效率低,而新能源的開辟又相對(duì)滯后2。在全部的能耗當(dāng)中,建造能耗占有相當(dāng)大的比重,因?yàn)檗r(nóng)村住所的自建性特點(diǎn),大多數(shù)住所建造缺乏專業(yè)指導(dǎo),成為高能耗建造。因此,在農(nóng)村城鎮(zhèn)化進(jìn)程中,可

2、再生能源,尤其是一些低成本的技術(shù)在建造領(lǐng)域的開辟利用有很大潛力。太陽(yáng)能是一種可持續(xù)利用的清潔能源,有效利用太陽(yáng)能可以大大降低建造能耗。本研究以杭州農(nóng)村住所建造為研究對(duì)象,選取山地、平原、水鄉(xiāng)三種類型的九個(gè)村舉行調(diào)研,按照其建造現(xiàn)狀、用能模式,結(jié)合對(duì)杭州地區(qū)太陽(yáng)能輻射氣象資料的研究,探討該地區(qū)農(nóng)村住所建造太陽(yáng)能利用的有效模式。 一 杭州農(nóng)村調(diào)研 1.調(diào)研村概況此次調(diào)研的三鎮(zhèn)九村,分離是建德梅城鎮(zhèn)(水鄉(xiāng)型)的姜山村、龍泉村、濱江村,桐廬分水鎮(zhèn)(山地型)的保安村、武勝村、百歲村,蕭山臨浦鎮(zhèn)(平原型)的三峰村、浦二村、苧東村。其地理位置見(jiàn)圖1。 2.農(nóng)村住所建造現(xiàn)狀 按照調(diào)研,目前各村內(nèi)大部分住所建于

3、上世紀(jì)末至本世紀(jì)初。建造形式豐盛,住房多為2-3層自立小樓,部分是一層平房。使用面積大多為150-250平方米,朝向結(jié)合地形為南偏東或南偏西,住所的體形系數(shù)較大,都在0.5以上。圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般無(wú)保溫隔熱措施,仍以磚混結(jié)構(gòu)為主,墻體多為240毫米實(shí)心磚,內(nèi)外抹面,條件較好的貼面磚。平屋頂和坡屋頂都有,多采用木質(zhì)或鋁合金單層玻璃窗。圖2為部分調(diào)研村農(nóng)居現(xiàn)狀照片。 3.農(nóng)村用能模式及能耗特點(diǎn) 本研究對(duì)上述3個(gè)鎮(zhèn)的9個(gè)村舉行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。從每個(gè)村中隨即抽取50個(gè)農(nóng)戶舉行入戶問(wèn)卷調(diào)查。共發(fā)放450份問(wèn)卷,經(jīng)回收統(tǒng)計(jì)有效問(wèn)卷412份,問(wèn)卷有效率達(dá)到91.7%。通過(guò)調(diào)查得到杭州地區(qū)農(nóng)村住所用能模式及能耗的特點(diǎn)如

4、下:第一,農(nóng)村用能普遍以液化氣為主,使用率均達(dá)到90%以上,第二為木材,而傳統(tǒng)的生物質(zhì)能如秸稈的使用率不到一半?？梢?jiàn),目前杭州地區(qū)農(nóng)村用能已經(jīng)迅速改變成以商品能源為主的格局,采暖、做飯等爐具簡(jiǎn)陋,能效很低,缺少高效的能源利用技術(shù)與設(shè)備,污染較為嚴(yán)峻。 其次,隨著農(nóng)夫生活水平的提高,有半數(shù)以上的農(nóng)戶家中擁有空調(diào)?？照{(diào)耗能約占建造總耗能的一半以上,且呈升高趨勢(shì)。 夏季,新建住房的熱舒服性相對(duì)較好,而居住在老房子里的人則認(rèn)為室內(nèi)較熱,惟獨(dú)極少數(shù)人認(rèn)為室內(nèi)很熱,難以居住。 冬季,農(nóng)村住所室內(nèi)晝夜溫差較大,一般農(nóng)戶都會(huì)采用各種取暖方式,以空調(diào)為主,但是屬于山地丘陵地區(qū)的桐廬縣的農(nóng)戶較多采用火爐取暖,占4

5、0%。另外,仍有不少農(nóng)戶在冬季不采用任何采暖方式,只是加外套著量以抵御嚴(yán)寒。 可見(jiàn),目前農(nóng)村住所的熱舒服性普遍較差,提高舒服性必定導(dǎo)致能耗的急速升高,即使有些住戶能耗不高也是以犧牲熱舒服性為代價(jià)的。 第三,部分農(nóng)戶開頭利用可再生能源,最普遍的是太陽(yáng)能熱水器,使用率達(dá)到72%,但利用效率還有待提高。 綜上所述,杭州地區(qū)農(nóng)村住所為高能耗建造,且熱舒服性普遍較差,迫切地需要利用可再生能源來(lái)削減常規(guī)能源的使用。因?yàn)樘?yáng)能是一種高效、無(wú)污染的可再生能源,且簡(jiǎn)單獲得,因此,加大農(nóng)村太陽(yáng)能的利用量可以快速、有效地提高居民室內(nèi)的舒服性,并能降低建造能耗,緩解過(guò)快城鎮(zhèn)化帶來(lái)的能源和環(huán)境問(wèn)題。2000-2022年

6、新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)進(jìn)展計(jì)劃要點(diǎn)中,也明確提出了在村鎮(zhèn)住所中應(yīng)大力推廣太陽(yáng)能建造。因此,應(yīng)按照杭州地區(qū)的實(shí)際狀況,進(jìn)展適合的太陽(yáng)能利用模式。 二 杭州地區(qū)農(nóng)村住所太陽(yáng)能利用模式 1.杭州地區(qū)太陽(yáng)能資源評(píng)估 杭州所在的浙江省東臨東海,丘陵地區(qū)占全省總面積的70%以上。受海洋和丘陵兩種地形的影響,浙江地區(qū)雨云較多,對(duì)太陽(yáng)輻射有較大影響。浙江省各地的太陽(yáng)總輻射展現(xiàn)出自西北向東南方向遞增的趨勢(shì)。 因?yàn)楹贾蒉r(nóng)村地區(qū)沒(méi)有逐日太陽(yáng)輻射參數(shù),因此在本研究中,利用杭州典型氣象年數(shù)據(jù),依據(jù)太陽(yáng)能資源評(píng)估方法(QX/T89-2022)對(duì)杭州地區(qū)太陽(yáng)能資源舉行評(píng)估3。 (1)太陽(yáng)能資源豐盛程度評(píng)估 圖3為典型氣象年

7、全年各月太陽(yáng)輻射量,從而計(jì)算出年太陽(yáng)總輻射量約為4329MJ/m2,即年太陽(yáng)總輻射量為1202kWh/(m2a)。按表1舉行評(píng)判,杭州市的太陽(yáng)能資源豐盛程度等級(jí)屬于資源較貧乏。 表2為杭州全年各時(shí)節(jié)太陽(yáng)輻射量的比例,可以看出,4-9月份,太陽(yáng)能輻射占全年70%以上,日照輻射量相對(duì)較高。 (2)太陽(yáng)能資源利用價(jià)值評(píng)估太陽(yáng)能資源利用價(jià)值的評(píng)估以各月日照時(shí)數(shù)大于6小時(shí)的天數(shù)為指標(biāo),來(lái)反映一天中太陽(yáng)能資源的利用價(jià)值。一天中日照時(shí)數(shù)若小于6小時(shí),其太陽(yáng)能一般沒(méi)有利用價(jià)值。全年日照時(shí)數(shù)如圖4所示,全年各月日照時(shí)數(shù)大于等于6小時(shí)的天數(shù)見(jiàn)圖5所示。 由圖5可知,各月的太陽(yáng)日照時(shí)數(shù)大于等于6小時(shí)的天數(shù)為273天

8、,因此杭州地區(qū)的太陽(yáng)能利用價(jià)值中等,其中5-9月的利用價(jià)值相對(duì)較高。 2.杭州農(nóng)村住所太陽(yáng)能利用模式的可行性分析 按照農(nóng)村住所建造的形式特點(diǎn),可以用于點(diǎn)式低層建造的太陽(yáng)能利用類型及技術(shù)。經(jīng)濟(jì)適合性分析見(jiàn)表3。 按照以上對(duì)杭州地區(qū)太陽(yáng)能資源的評(píng)估可知,雖然杭州地區(qū)年太陽(yáng)能輻射總量不高,但5-9月的太陽(yáng)輻射量、日照時(shí)數(shù)以及日照時(shí)數(shù)不小于6小時(shí)的天數(shù)相對(duì)較多,這恰恰是杭州地區(qū)一年中最熱的幾個(gè)月。因此,從氣象數(shù)據(jù)來(lái)看,表3中用于和主要用于夏季的太陽(yáng)能空調(diào)和家用太陽(yáng)能熱水器的利用價(jià)值較高,而太陽(yáng)能低溫地板輻射采暖技術(shù)雖然有室內(nèi)舒服性高及環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)4,但在杭州地區(qū)冬季太陽(yáng)輻射量不充沛的狀況下,要發(fā)揮同樣的

9、用途,其集熱面積要比北方大許多,能效比不高,故建議杭州農(nóng)村地區(qū)冬季采暖抉擇被動(dòng)式太陽(yáng)能技術(shù)。 因此,基于太陽(yáng)能資源評(píng)估和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性綜合考慮,杭州地區(qū)農(nóng)村住所普遍適用的太陽(yáng)能利用模式為太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)供應(yīng)洗澡及生活用水,被動(dòng)式太陽(yáng)房則可用來(lái)冬季采暖。 三 家用太陽(yáng)能熱水器 目前,杭州農(nóng)村家用太陽(yáng)能熱水器的使用已經(jīng)較為普遍,且多為真空管集熱器式。建議在推廣使用時(shí)留意以下幾點(diǎn)5: 第一,在抉擇產(chǎn)品的容量和型號(hào)時(shí),農(nóng)村沐浴標(biāo)準(zhǔn)按每人40升計(jì)算,一般抉擇人均6-8支管,真空管長(zhǎng)度180厘米以上,這樣才干保證有充沛的用水量,可洗澡又可洗菜、洗碗、洗臉等。 其次,建筑之前應(yīng)事先設(shè)計(jì)太陽(yáng)能熱水供熱采暖器的安裝位置,輸水管道預(yù)留穿線孔,管道布局及管道保溫等環(huán)節(jié)宜與建造一體化設(shè)計(jì)。安裝位置最好抉擇在洗手間的對(duì)應(yīng)屋頂,可以削減造價(jià),又能縮短出熱水的時(shí)光。 第三,太陽(yáng)能集熱器應(yīng)擺放在前方和上方無(wú)任何遮蔽物體的屋頂,朝向以正南或正南偏西10%為好。 四 被動(dòng)式太陽(yáng)房技術(shù)策略 1.杭州農(nóng)村地區(qū)被動(dòng)式太陽(yáng)房的建筑優(yōu)勢(shì)6 被動(dòng)式太陽(yáng)房結(jié)構(gòu)容易、造價(jià)低、修理量小,很適宜農(nóng)村住所使用。不僅對(duì)于新建建造,在既有建造改造時(shí)也可以建設(shè)被動(dòng)式太陽(yáng)房。按照調(diào)研,杭州農(nóng)村地區(qū)舉行被動(dòng)式太陽(yáng)房改造及建設(shè)有以下優(yōu)勢(shì)。 (1)自然氣候 雖然杭州地區(qū)的太陽(yáng)能不算充沛,但從空氣潔凈程度來(lái)看,農(nóng)村比城市受到的環(huán)境污染小,大氣中所