可再生能源在新農(nóng)村住宅中的技術(shù)運用

可再生能源在新農(nóng)村住宅中的技術(shù)運用唐泉;宣蔚【摘要】Basedonthesignificanceofrenewableresourcesinrelievingenergycrisis,applicationofrenewableresourcesforreducingenergyconsumptionofruralresidenceandcarbonemissionoftraditionalenergiesarebelievedasaninevitablechoicefortheconstructionofaconservation-mindedsociety.Takingeasily-acquiredandlow-costsolarenergy,biomassenergyandrainwaterforexample,strategiesofapplyingrenewableresourcesinruralresidencesarediscussed.AndtheresearchfocusesontheapplicationofsolarenergyPVPowerSystemandsolarenergyoptothermalpowersysteminruralresidence,significanceofpowersystemsuchasmethaneandwastereusingfortheintegratedutilizationofbiomassenergyandresidence,andalsorecyclingandcoolingeffectsofintermediatewater.%基于可再生能源在緩解能源危機方面所發(fā)揮的重要意義，認為在新農(nóng)村住宅優(yōu)化方面,運用可再生能源削減農(nóng)村住宅能耗，降低傳統(tǒng)能源的碳排放，是建設(shè)節(jié)約型社會的必然選擇.在此基礎(chǔ)上，以較容易獲得且使用成本較低的太陽能、生物質(zhì)能、雨水資源為例，探討了可再生能源在新農(nóng)村住宅中的運用策略.重點研究了太陽能光伏、太陽能光熱供能系統(tǒng)在新農(nóng)村住宅中的運用；沼氣、垃圾資源化利用等供能系統(tǒng)對實現(xiàn)生物質(zhì)能與住宅的一體化應(yīng)用的意義；雨水的中水回用和冷卻效應(yīng).【期刊名稱】《安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)》【年(卷)，期】2012(000)005【總頁數(shù)】3頁(P2862-2863,2976)【關(guān)鍵詞】可再生能源;新農(nóng)村住宅;節(jié)能;技術(shù)【作者】唐泉;宣蔚【作者單位】合肥工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計研究院，安徽合肥230009;合肥工業(yè)大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，安徽合肥230009【正文語種】中文【中圖分類】S210.3;F303.4運用可再生能源已成為當今世界緩解能源危機，走可持續(xù)發(fā)展之路的全球性課題。近年來，隨著我國建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，建筑能耗持續(xù)增加。據(jù)統(tǒng)計，建筑能耗占全國總能耗的比例將從目前的27.8%快速上升到33.0%以上。但到目前為止，既有的400億m2城鄉(xiāng)建筑中，99.0%的為高耗能建筑［1］。農(nóng)村建筑能耗與城市建筑能耗相比處于較低水平，農(nóng)村住宅占我國建筑總量60.0%［2］。目前，我國的新農(nóng)村住宅建設(shè)正如火如荼，而探究和優(yōu)化新農(nóng)村住宅，運用太陽能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等可再生能源削減農(nóng)村住宅能耗，降低傳統(tǒng)能源的碳排放，是建設(shè)節(jié)約型社會的必然選擇。如今，我國農(nóng)村每年新增住宅約8億m2,且絕大多數(shù)為高能耗建筑。未來10年，全國農(nóng)村住宅將達到60億m2，其中地處嚴寒、寒冷及夏熱冬冷地區(qū)的住宅將達到50億m2［3］?？梢?，探討新農(nóng)村住宅的節(jié)能減排意義十分重大?？傮w來看，農(nóng)村建房存在建造方式傳統(tǒng)、能源利用率低等問題。要想實實在在改善農(nóng)村住宅條件，降低農(nóng)村住宅能耗，必須將可再生能源應(yīng)用到新農(nóng)村住宅建設(shè)中，通過運用可再生能源保護大氣環(huán)境，以實現(xiàn)我國經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展。對于農(nóng)村地區(qū)來說，較容易獲得的且使用成本較低的可再生能源主要包括太陽能、生物質(zhì)能、雨水資源等，筆者將就太陽能、生物質(zhì)能、雨水等可再生能源在新農(nóng)村住宅中的運用展開探討。1可再生能源在新農(nóng)村住宅中的運用策略新型能源的運用是解決常規(guī)能源緊缺的最好方法。太陽能、生物質(zhì)能、雨水資源轉(zhuǎn)化利用等能促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，直接減輕農(nóng)民的生活負擔，改善生活環(huán)境質(zhì)量。1.1太陽能在新農(nóng)村住宅中的運用我國太陽能輻射總量大約在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，屬于太陽能資源豐富的國家之一［4］。太陽能在新農(nóng)村住宅中的運用主要包括太陽能熱水系統(tǒng)、太陽灶、太陽房以及風(fēng)力發(fā)電和小水電代燃料工程等。太陽能與建筑一體化是未來太陽能技術(shù)發(fā)展的方向。2007年1月，國內(nèi)首個小區(qū)屋頂太陽能發(fā)電系統(tǒng)在浙江省慈溪市投用，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了居民住宅小區(qū)屋頂太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用。太陽能在新農(nóng)村住宅中的運用策略主要是把太陽能的利用納入環(huán)境的總體設(shè)計中，使太陽能設(shè)施成為新農(nóng)村住宅的一部分，使其與農(nóng)村住宅建筑相結(jié)合，即從住宅設(shè)計開始，便將太陽能供能系統(tǒng)所包含的所有內(nèi)容作為住宅不可或缺的設(shè)計元素加以考慮，巧妙地將太陽能供能系統(tǒng)的各個部件融入住宅設(shè)計，使太陽能供能系統(tǒng)成為建筑不可分割的一部分，而不是讓太陽能系統(tǒng)成為建筑的附加構(gòu)件。以下重點研究太陽能光伏、太陽能光熱供能系統(tǒng)在新農(nóng)村住宅中的運用。1.1.1光伏建筑一體化(BIPV)。在住宅外表面設(shè)置光伏器件，將太陽能發(fā)電與建筑功能集成在一起。BIPV可分為光伏屋頂和光伏墻兩種結(jié)構(gòu)形式。光伏屋頂是將太陽能電池組件置于住宅屋頂防水層之上，形成光伏陣列(圖1)。光伏墻是將太陽電池組件置于住宅外墻表面，形成一道幕墻，安裝在南墻面上，還可以代替價格昂貴的玻璃幕墻(圖2)。光伏板安裝在屋頂和南墻面等建筑位置上，不需要專門架設(shè)安裝光伏板的框架結(jié)構(gòu)，也不需要額外占地，節(jié)省了土地資源和大量費用。圖1光伏屋頂圖2光伏墻在設(shè)計新農(nóng)村住宅時，一體化結(jié)合應(yīng)當考慮的因素包括①在外觀上，合理擺放光伏電池板，無論是在屋頂還是在立面墻上，應(yīng)實現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一;②在管路布置上，在建筑物中都要預(yù)留出所有管路的通口，合理布置太陽能管路，盡量減小管路上的電量損失;③在結(jié)構(gòu)上，要妥善解決光伏電池板的安裝問題，確保建筑物的承重、防水等功能不受影響，還要充分考慮光伏電池板抵抗強風(fēng)、暴雪、冰雹等自然災(zāi)害的能力;④在系統(tǒng)運行上，要求系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、安全，易于安裝、檢修、維護。1.1.2太陽能光熱利用建筑一體化。太陽光熱在新農(nóng)村住宅中的利用技術(shù)主要包括太陽能熱水、太陽房、太陽灶、采暖與空調(diào)、制冷等技術(shù)領(lǐng)域。在我國，其中技術(shù)最成熟、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的當屬家用太陽能熱水器（系統(tǒng)）。太陽能供熱技術(shù)是指采用平板集熱器或真空管集熱器來吸收太陽能，以滿足住宅中生活熱水或冬季采暖的需求。在新農(nóng)村住宅中，可以運用集中式太陽能熱水系統(tǒng)和集中式太陽能供熱系統(tǒng)，同時滿足建筑生活熱水和冬季采暖的需求。1.2生物質(zhì)能在新農(nóng)村住宅中的運用生物質(zhì)供能是太陽能以化學(xué)能形式儲存于生物質(zhì)中的能量，它直接或者間接來源于綠色植物的光合作用。當今應(yīng)用的生物質(zhì)能有4種:木材及農(nóng)產(chǎn)品、固體廢物和垃圾氣體、酒精燃料以及石油廢棄產(chǎn)品和海藻產(chǎn)生的CH4。生物質(zhì)能的開發(fā)利用技術(shù)包括3個主要方面:直接燃燒、利用生物化學(xué)技術(shù)和熱化學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)換。根據(jù)技術(shù)發(fā)展的過程又可以分為傳統(tǒng)的利用方法和現(xiàn)代利用兩種類型。傳統(tǒng)技術(shù)是指直接將有機物燃燒掉，這是人類沿用了數(shù)千年的古老方法，其利用率低且會產(chǎn)生大量的環(huán)境污染。目前人們正在大力開發(fā)的是現(xiàn)代生物質(zhì)能的利用技術(shù)［5］。生物質(zhì)能重點研究對象在農(nóng)村，主要是通過沼氣、垃圾資源化利用等供能系統(tǒng)實現(xiàn)生物質(zhì)能與住宅的一體化應(yīng)用。1.2.1農(nóng)作物秸稈轉(zhuǎn)化。農(nóng)作物秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要副產(chǎn)品，也是我國農(nóng)村的傳統(tǒng)燃料。目前我國農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)出量約為7.00x1081,相當于3.48x108t標準煤，除有約40%作為飼料、肥料和工業(yè)原料，尚有60%可用于能源開發(fā)利用，約相當于2.10x108t的標準煤。秸稈轉(zhuǎn)化主要利用熱化學(xué)反應(yīng)的原理，在密閉缺氧裝置內(nèi)，采用自熱干餾熱解法，使秸稈釋放出可燃混合氣體。這種混合燃氣中含有CO、H2、CH4等有效成分，亦稱生物質(zhì)氣。秸稈從氣化裝置的上部由螺旋推進器或人工加入，依靠重力或外力加壓，由上部逐漸落入底部，點燃秸稈，發(fā)生熱解反應(yīng)后生成可燃氣體，可燃氣體從出氣口逸出，經(jīng)過凈化裝置去除雜質(zhì)，生物質(zhì)氣再與空氣二次混合，在灶具中燃燒，供用戶使用［6］。1.2.2沼氣利用。據(jù)估算，目前我國禽畜糞便資源總量約26.00x108t，相當于1.12x108t標準煤。禽畜糞便除一部分作為肥料外，其他部分可以用于發(fā)展農(nóng)村沼氣，約相當于0.60x108t標準煤。另外，農(nóng)村居民的生活垃圾及一部分建筑廢棄物也可以用于沼氣利用，建筑廢棄物沼氣化利用是以生活污水和固體廢棄物為原料生產(chǎn)沼氣，以達到減少建筑廢棄物對環(huán)境的危害和就地循環(huán)利用中水的目的。在新農(nóng)村住宅中，重點是對沼氣技術(shù)，尤其是小型用戶沼氣技術(shù)加以一體化應(yīng)用，實現(xiàn)農(nóng)村住宅的集中供氣和供暖。一般來說，農(nóng)村一戶3~4口人的家庭，建一口容積為8m3左右的沼氣池即可滿足一家人用電、燒飯、取暖等用途。所以說，沼氣是發(fā)展農(nóng)村新能源、建設(shè)節(jié)約型社會的現(xiàn)實選擇。1.3雨水在新農(nóng)村住宅中的運用在生活中，人們消耗的很大一部分潔凈水（約33%）是用來沖洗衛(wèi)生間、清洗建筑、澆灌花園的，并且實際上大約有50%的飲用水可以通過雨水來代替，由此可以看出水資源節(jié)約的潛力。〃水系統(tǒng)”的利用往往從收集雨水開始，是通過大自然的水循環(huán)來設(shè)計建筑內(nèi)小環(huán)境的水的循環(huán)利用，充分體現(xiàn)了生態(tài)建筑內(nèi)小環(huán)境與自然的大生態(tài)環(huán)境的交流。雨水不僅可以作為中水使用，還可以冷卻建筑外圍結(jié)構(gòu)或建筑構(gòu)成元素［7］。1.3.1中水回用。在新農(nóng)村住宅中，雨水首先是作為中水使用，通過綠化屋頂收集而來，經(jīng)過適當?shù)膬艋靡怨喔然▓@、清洗和衛(wèi)生間沖水等。在農(nóng)村住宅設(shè)計中應(yīng)考慮設(shè)置獨立完善的中水處理系統(tǒng)。收集的雨水可作為中水，經(jīng)過凈化處理而被存儲用于沖洗廁所和澆灌等，而多余的中水則通過水坑滲入地下，重新被土壤吸收。比較好的方法是實行分質(zhì)供排水。供水系統(tǒng)可設(shè)2條不同的管網(wǎng):一條輸送目前普通的飲用水和自來水，主要用于洗滌蔬菜、衣物和生活飲用等；另一條為中水管道，輸送經(jīng)中水設(shè)施凈化處理的雨水，主要用于環(huán)境衛(wèi)生清洗，以及沖洗廁所等［8］。1.3.2冷卻效應(yīng)。其次是用雨水冷卻建筑外圍護結(jié)構(gòu)。在住宅周圍的蒸發(fā)效應(yīng)可以有效地促進自然通風(fēng)，還能用來冷卻住宅的外圍護結(jié)構(gòu)，達到夏季降溫的目的。比如在新農(nóng)村住宅中設(shè)置天井或庭院，并在其中設(shè)置儲水池。這些天井或庭院與自然相通，收集雨水存于儲水池中，利用雨水的蒸發(fā)效應(yīng)可以有效促進自然通風(fēng)，冷卻住宅的外圍護結(jié)構(gòu)，達到夏季自然降溫的目的。2結(jié)語太陽能、生物質(zhì)能、水資源等多種可再生能源在新農(nóng)村住宅中均有所應(yīng)用，總體而言，上述供能方式可部分或全部地實現(xiàn)建筑用能的供應(yīng)，實現(xiàn)建筑用能的綠色化。但在未來的發(fā)展中，如果新能源的利用能與新農(nóng)村住宅相結(jié)合，進行多能互補，實現(xiàn)用能的耦合聯(lián)供，則更具有重要的現(xiàn)實意義。參考文獻［1］徐國英，張小松，李舒宏，等.可再生能源在建筑節(jié)能中的應(yīng)用［J］.能源研究與利用，2006(3):5-9.[2]江億.建筑節(jié)能與生活模式[J].建筑學(xué)報，2007(12):11-15.王翔，吳迪.新農(nóng)村建設(shè)中建筑節(jié)能領(lǐng)域存在的問題研究[J].科技致富向?qū)В?010(24):38.徐浩.太陽能利用與建筑一體化設(shè)計[J].中國住宅設(shè)施，2