生態(tài)住宅新能源循環(huán)利用系統(tǒng)

生態(tài)住宅新能源循環(huán)利用系統(tǒng)PAGEI生態(tài)住宅新能源循環(huán)利用系統(tǒng)曹麗熱091090562摘要：隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)于生活品質(zhì)要求越來(lái)越高，與此同時(shí)對(duì)能源需求也迅速擴(kuò)大，主要體現(xiàn)在住宅的冷暖氣、廚用燃?xì)饧盁崴?yīng)上。傳統(tǒng)設(shè)備的使用，不但需要消耗大量電能和燃?xì)?，也?duì)電網(wǎng)造成巨大壓力。“生態(tài)住宅新能源循環(huán)利用系統(tǒng)”，利用智能控制系統(tǒng)集成了生物能、太陽(yáng)能和吸收式冷熱機(jī)組，通過(guò)將有機(jī)廢物（秸桿等）轉(zhuǎn)化為沼氣，然后燃燒推動(dòng)吸收式冷熱機(jī)組提供熱源。太陽(yáng)能集熱板則用來(lái)輔助加熱并維持沼氣產(chǎn)率高效穩(wěn)定的最佳溫度。關(guān)鍵詞：生態(tài)住宅，新能源，節(jié)能PAGE17目錄一． 前言 11.1研究背景 11.2生態(tài)住宅共同具備的一些基本性能 11.3生態(tài)住宅有以下三大特點(diǎn) 2二．農(nóng)村住宅可再生能源利用設(shè)計(jì)理論 22.1相關(guān)理論基礎(chǔ) 22.1.1能源替代理論 22.1.2技術(shù)系統(tǒng)論 32.1.3耦合理論 32.2技術(shù)要素 32.3農(nóng)村住宅可再生能源利用耦合設(shè)計(jì)模式 4三．太陽(yáng)能利用技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合 53.1太陽(yáng)能集熱墻技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 63.2太陽(yáng)能熱水技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 73.3太陽(yáng)能熱采暖技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 73.4太陽(yáng)能溫室技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 83.5太陽(yáng)灶技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 83.6農(nóng)村太陽(yáng)能建筑系統(tǒng)耦合模式 8四．生物質(zhì)能利用技術(shù)系統(tǒng)連續(xù)共生耦合 94.1沼氣池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 104.2燃池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 104.2.1燃池技術(shù)耦合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià) 104.3秸桿氣化技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 124.3.1基本模式 134.4旱廁技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 13五．能源綜合利用技術(shù)系統(tǒng)一體共生耦合 135.1共生模式的共同特點(diǎn) 145.1.1強(qiáng)調(diào)能源綜合利用 145.1.2開發(fā)、利用新能源和可再生能源 155.1.3以“適宜技術(shù)”為支撐 15參考文獻(xiàn) 16前言1.1研究背景從中國(guó)能源發(fā)展的趨勢(shì)和環(huán)境保護(hù)的要求來(lái)看，實(shí)現(xiàn)能源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，必須要長(zhǎng)期實(shí)施節(jié)能優(yōu)先戰(zhàn)略，推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)“綠色化”進(jìn)程，推行農(nóng)村能源的可持續(xù)發(fā)展。解決中國(guó)農(nóng)村能源環(huán)境污染的根本途徑是大力發(fā)展適合農(nóng)村的現(xiàn)代可再生能源，減少污染環(huán)境、危害健康和破壞生態(tài)的柴薪和秸稈能源使用。迫切需要解決支持農(nóng)村可再生能源發(fā)展的政策問(wèn)題，尤其是如何盡快降低農(nóng)民低收入群體“享受”可再生能源的費(fèi)用。在能源緊張、國(guó)家加速推進(jìn)可再生能源利用的背景下，合理開發(fā)利用農(nóng)村可再生能源技術(shù)，能夠有效緩解農(nóng)村能源短缺，增加農(nóng)民收入，提高生活質(zhì)量，優(yōu)化農(nóng)村環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。所謂生態(tài)住宅是根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，運(yùn)用生態(tài)學(xué)、建筑學(xué)的基本原理及現(xiàn)代科學(xué)手段，合理安排并組織住宅與其他相關(guān)因素之間的關(guān)系，使住宅和環(huán)境等成為一個(gè)有機(jī)的結(jié)合體。生態(tài)住宅是近年來(lái)興起的一種居住概念，它以可持續(xù)發(fā)展的思想為指導(dǎo)，意在尋求自然、建筑和人三者之間的和諧統(tǒng)一，即在以人為本的基礎(chǔ)上，利用自然條件和人工手段來(lái)創(chuàng)造一個(gè)舒適、健康的生活環(huán)境，同時(shí)又要控制對(duì)自然資源的使用，實(shí)現(xiàn)向自然索取與回報(bào)之間的平衡。1.2生態(tài)住宅共同具備的一些基本性能1)生態(tài)住宅首先要有合理的選址和規(guī)劃，要盡量保持原來(lái)已有的生態(tài)系統(tǒng)，盡量減少對(duì)周邊環(huán)境的不利影響。2)生態(tài)住宅要實(shí)現(xiàn)資源的高效循環(huán)使用，降低資源消耗，并盡量使用再生資源，而且要充分考慮有合理的自然通風(fēng)、日照、交通等。3)生態(tài)住宅要采取各種節(jié)能措施，有效地減少能源的消耗。要盡可能采用如太陽(yáng)能、地?zé)?、風(fēng)能、生物能等自然能源。4)生態(tài)住宅要盡量減少?gòu)U水、廢氣、固體廢物的排放，并采用各種生態(tài)技術(shù)實(shí)現(xiàn)廢水、廢物的無(wú)害化和資源化，使其得到再生使用。5)生態(tài)住宅要積極使用各種環(huán)保建材來(lái)控制室內(nèi)空氣中各種化學(xué)污染物質(zhì)的含量，使室內(nèi)有良好的日照，自然通風(fēng)和一定標(biāo)準(zhǔn)的舒適度，保證健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。6)生態(tài)住宅要有建筑功能上的靈活性、適應(yīng)性和易于維護(hù)的建筑體系。1.3生態(tài)住宅有以下三大特點(diǎn)1)健康舒適。現(xiàn)代人一生中有1/2的時(shí)間是在住宅內(nèi)渡過(guò)的，因此，改善人的生存環(huán)境，提高人的生命質(zhì)量是生態(tài)住宅的主題。它將通過(guò)各種生態(tài)技術(shù)手段合理地提高建筑室內(nèi)的舒適性，使室內(nèi)的熱舒適、光舒適、聲舒適等提到一個(gè)新的水平。當(dāng)然，這個(gè)舒適是以健康為前提的。生態(tài)住宅特別強(qiáng)調(diào)保證室內(nèi)環(huán)境的空氣質(zhì)量，這就要求建筑物有良好的自然通風(fēng)換氣，要有充足的日照，要控制使用含有有害物質(zhì)的建筑材料，要防噪聲、防塵、防幅射。2)高效清潔。高效意味著生態(tài)住宅在整個(gè)生命周期中盡可提高資源和能源的使用效率。減少材料和能源消耗，積極采用潔凈能源和再生材料。清潔意味著生態(tài)住宅要減少排放廢物、廢水、廢氣，使廢水、廢物無(wú)害化、資源化，實(shí)現(xiàn)廢物的再利用，最大限度地減輕對(duì)自然生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。高效清潔使生態(tài)住宅把提高資源能源的利用效率和減少污染保護(hù)生態(tài)環(huán)境這兩大課題結(jié)合起來(lái)，以最低的成本和最少的污染換取最大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益。3)和諧優(yōu)美。生態(tài)住宅對(duì)自然環(huán)境來(lái)說(shuō)是清潔高效的，對(duì)使用者來(lái)說(shuō)是健康舒適的，使人、建筑、自然三者的關(guān)系處在相融的和諧之中，生態(tài)住宅是在遵循生態(tài)規(guī)律基礎(chǔ)上的創(chuàng)造，它的本質(zhì)并非形式問(wèn)題，而是其深刻的社會(huì)使命。由于實(shí)現(xiàn)生態(tài)目標(biāo)的技術(shù)所包含的多樣性和發(fā)展變化，使得生態(tài)美的展示充滿生命力和創(chuàng)造性，生態(tài)住宅可以包含傳統(tǒng)建筑美學(xué)的文化層面和形式層面，但它是一種可以看到且感受到的全方位的和諧、優(yōu)美。因此，它是現(xiàn)代建筑發(fā)展的新階段，它的和諧將可能發(fā)展出一種內(nèi)含深刻的形式優(yōu)美[1-3]。二．農(nóng)村住宅可再生能源利用設(shè)計(jì)理論2.1相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1.1能源替代理論能源替代理論（energysubstitutiontheory）以微觀生產(chǎn)理論為基礎(chǔ)，研究整體經(jīng)濟(jì)或制造業(yè)部門的能源、資本和勞動(dòng)之間的替代關(guān)系。它可以告訴我們，能源和其他生產(chǎn)投入要素在多大程度上能夠替代或互補(bǔ)。替代是能源經(jīng)濟(jì)學(xué)的一個(gè)基礎(chǔ)問(wèn)題，包括能源的內(nèi)部替代與外部替代。內(nèi)部替代研究能源產(chǎn)品之間的替代性，如石油與煤炭的替代；外部替代研究能源與其他投入要素的替代性，如能源與資本的替代性。替代涉及投入要素的最優(yōu)配置，而環(huán)境問(wèn)題的外生性則影響資本對(duì)能源的替代[4]。2.1.2技術(shù)系統(tǒng)論技術(shù)系統(tǒng)是由相互作用的輸入、運(yùn)作、輸出三個(gè)子系統(tǒng)結(jié)合成特定的結(jié)構(gòu)，從而具有獨(dú)自的功能并在自然和社會(huì)環(huán)境中進(jìn)化的整體。技術(shù)系統(tǒng)又可陳述為由他組織（擬為heter-organization）系統(tǒng)與自組織（self-organization）系統(tǒng)相結(jié)合的系統(tǒng)，并可用系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程來(lái)描述。在現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域中廣泛的使用著組織的概念，它是指按一定的目的、任務(wù)和形式加以編制，屬于一類特殊的演化過(guò)程。在邏輯上，組織是屬概念（上位概念），而自組織與他組織均是種概念（下位概念），它們都屬于組織的真子類，其基本原理包括突現(xiàn)原理、開放性原理、非線性原理、反饋原理、不穩(wěn)定性原理、支配原理、漲落原理、環(huán)境選擇原理。自組織的實(shí)現(xiàn)過(guò)程有：自創(chuàng)生、自生長(zhǎng)、自適應(yīng)、自復(fù)制、自鎮(zhèn)定、自學(xué)習(xí)等形式。他組織系統(tǒng)的特點(diǎn)是原因與結(jié)果、指令與行動(dòng)之間的作用（激勵(lì)）和響應(yīng)的過(guò)程，這種原因與結(jié)果、指令與行動(dòng)的界限絕對(duì)分明，可作完全因果性的描述[5]?；诩夹g(shù)系統(tǒng)論本文將農(nóng)村住宅及可再生能源利用技術(shù)作為系統(tǒng)展開研究，把住宅系統(tǒng)分為圍護(hù)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、用地系統(tǒng)、室內(nèi)系統(tǒng)和機(jī)械五個(gè)系統(tǒng)，把技術(shù)系統(tǒng)作為作為住宅的裝置來(lái)研究，探討技術(shù)系統(tǒng)本身的集成，繼而研究與住宅系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)[5]。2.1.3耦合理論生態(tài)學(xué)中的系統(tǒng)耦合指兩個(gè)或兩個(gè)以上性質(zhì)相近的生態(tài)系統(tǒng)具有互相親合趨勢(shì)，當(dāng)條件成熟時(shí)它們可結(jié)合為一個(gè)新的高一級(jí)的結(jié)構(gòu)——功能體。當(dāng)條件、參量適當(dāng)時(shí)系統(tǒng)勢(shì)能延伸可使不同系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能的結(jié)合，產(chǎn)生新的高一層的系統(tǒng)，它不是原系統(tǒng)量的增大，而是新功能體——具有新質(zhì)的較高層次系統(tǒng)，它聯(lián)通兩個(gè)或兩個(gè)以上系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)耦合，由此產(chǎn)生的新系統(tǒng)稱為耦合系統(tǒng)[6]。2.2技術(shù)要素耦合設(shè)計(jì)的最終的目的還是要指導(dǎo)新農(nóng)村建設(shè)，營(yíng)建東北地區(qū)農(nóng)村居住模式。而營(yíng)建的關(guān)鍵點(diǎn)就在于應(yīng)用或者發(fā)明某些適宜的、具有節(jié)能降耗和較好環(huán)境效益的技術(shù)?！斑m宜技術(shù)”一詞提出源于吳良鏞先生所說(shuō)：“對(duì)中國(guó)建筑來(lái)講，一切先進(jìn)的技術(shù)都可采用，而各種適宜技術(shù)或把傳統(tǒng)技術(shù)稍稍現(xiàn)代化一點(diǎn)也適應(yīng)中國(guó)的需要”，是指針對(duì)當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩須夂驐l件，采用傳統(tǒng)建筑技術(shù)并加以改進(jìn)。本文所研究的農(nóng)村住宅適宜技術(shù)要素主要指生物質(zhì)能利用技術(shù)、太陽(yáng)能利用技術(shù)、風(fēng)能利用技術(shù)及其它能源利用技術(shù)等（見表2-1）[3]。表2-1技術(shù)要素分類Tab.2-1Classificationoftechnologicalelements要素層面技術(shù)要素可采用的技術(shù)策略可再生能源利用利用生物質(zhì)能沼氣池技術(shù)燃池供暖技術(shù)秸稈氣化技術(shù)旱廁技術(shù)利用太陽(yáng)能太陽(yáng)能集熱墻體太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)太陽(yáng)能溫室太陽(yáng)灶技術(shù)2.3農(nóng)村住宅可再生能源利用耦合設(shè)計(jì)模式為研究方便，本文把燃池技術(shù)系統(tǒng)、卵石蓄熱技術(shù)系統(tǒng)和溫室技術(shù)系統(tǒng)作為住宅的一個(gè)裝置來(lái)考慮，自耦合模式研究技術(shù)系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)的集成，其關(guān)系表現(xiàn)為耦合關(guān)系，通過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)裝置提高其耦合度，從而提高系統(tǒng)性能。技術(shù)系統(tǒng)與住宅各個(gè)系統(tǒng)集成中，表現(xiàn)為一種耦合關(guān)系，在兩者關(guān)聯(lián)通道的耦合界面內(nèi)進(jìn)行能量、物質(zhì)的交流，這種交流可以促進(jìn)裝置與住宅系統(tǒng)形式上的分工，彌補(bǔ)每一種系統(tǒng)在功能上的缺陷；有助于各系統(tǒng)的相互適應(yīng)、相互促進(jìn)；有助于耦合體的增益。分析農(nóng)村住宅的建筑要素及技術(shù)要素，通過(guò)耦合界面，構(gòu)建太陽(yáng)能利用技術(shù)系統(tǒng)與住宅系統(tǒng)的應(yīng)變耦合設(shè)計(jì)模式、生物質(zhì)能利用技術(shù)系統(tǒng)與住宅系統(tǒng)的連續(xù)共生耦合設(shè)計(jì)模式、太陽(yáng)能、生物質(zhì)能綜合利用技術(shù)系統(tǒng)與住宅系統(tǒng)的一體共生耦合設(shè)計(jì)模式、其它新能源利用技術(shù)系統(tǒng)與住宅系統(tǒng)的耦合設(shè)計(jì)模式（圖2-1），限于篇幅，本文主要研究前三種耦合設(shè)計(jì)模式。圖2-1耦合設(shè)計(jì)過(guò)程及模式示意圖Fig.2-1Schematicdiagramofcouplingdesignprocessandmode三．太陽(yáng)能利用技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合圖3-1太陽(yáng)能利用技術(shù)系統(tǒng)耦合過(guò)程及模式示意圖Fig.3-1Schematicdiagramofcouplingprocessandmodeofsolarenergyutilizationtechnologysystem應(yīng)變思想為研究太陽(yáng)能利用技術(shù)系統(tǒng)與農(nóng)村住宅系統(tǒng)的耦合提供了一個(gè)很好的視角。太陽(yáng)是一個(gè)巨大的能源。它輻射到達(dá)地球表面的能量高達(dá)4×1015mW，相當(dāng)于每年3.6×105億tce，約為全球能耗的2000倍[7]。在設(shè)計(jì)中充分考慮太陽(yáng)能技術(shù)裝置與農(nóng)村住宅系統(tǒng)耦合，對(duì)不同的耦合界面采取適宜模式及應(yīng)變策略。太陽(yáng)能利用技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式主要包括太陽(yáng)能集熱墻技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式、太陽(yáng)能熱水技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式、太陽(yáng)能采暖技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式、太陽(yáng)能溫室技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式、太陽(yáng)灶技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式。各技術(shù)系統(tǒng)在與住宅系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)界面內(nèi)進(jìn)行能量的交換，形成新的耦合技術(shù)系統(tǒng)，其耦合過(guò)程見圖3-1。3.1太陽(yáng)能集熱墻技術(shù)系統(tǒng)耦合模式太陽(yáng)能集熱墻技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指太陽(yáng)能集熱墻技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護(hù)系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)應(yīng)變耦合，從而使建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與通風(fēng)、被動(dòng)式采暖以及被動(dòng)式冷卻相結(jié)合，在改善室內(nèi)熱環(huán)境方面起到積極的作用。其工作原理是利用太陽(yáng)輻射能量產(chǎn)生熱壓，誘導(dǎo)空氣流動(dòng)，將熱能轉(zhuǎn)化為空氣運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。太陽(yáng)能集熱墻系統(tǒng)包括太陽(yáng)能集熱墻體以及太陽(yáng)能集熱屋面。在太陽(yáng)輻射的作用下，將會(huì)誘導(dǎo)熱壓作用下的自然通風(fēng)，從而實(shí)現(xiàn)房間的被動(dòng)式采暖與降溫。圖3-2集熱墻工作原理示意圖Fig.3-2Schematicdiagramofworkingprincipleofheatcollectingwall太陽(yáng)能集熱墻體的冬季采暖工況：關(guān)閉風(fēng)閥3和4，打開風(fēng)閥1和2，室內(nèi)空氣自然通風(fēng)實(shí)現(xiàn)采暖；關(guān)閉風(fēng)閥2和3，打開風(fēng)閥1和4，室外空氣自然通風(fēng)實(shí)現(xiàn)全新風(fēng)采暖。夏季自然通風(fēng)工況：關(guān)閉風(fēng)閥1和4，打開風(fēng)閥2和3，通過(guò)自然通風(fēng)排除室內(nèi)余熱[8]。多數(shù)太陽(yáng)能集熱屋面主要是針對(duì)夏季被動(dòng)式制冷工況，它可以誘導(dǎo)自然通風(fēng)排除室內(nèi)余熱,提高房間換氣次數(shù)，改善夏季室內(nèi)熱環(huán)境（圖3-2）。3.2太陽(yáng)能熱水技術(shù)系統(tǒng)耦合模式太陽(yáng)能熱水技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指太陽(yáng)能熱水技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅機(jī)械系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)應(yīng)變耦合的模式。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)是一種利用太陽(yáng)能輻射能通過(guò)能量交換把水加熱的裝置。太陽(yáng)光透過(guò)玻璃進(jìn)入箱體內(nèi)，被黑色表面吸收，而向外反射和對(duì)流的能量受到玻璃和箱的阻擋，被保留在箱內(nèi)，這樣箱體內(nèi)的能量不斷聚積，溫度不斷升高，甚至可達(dá)100℃～200℃。一般家庭用的熱水器水溫可達(dá)40℃～60℃。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)一般由集熱器、貯熱裝置、循環(huán)管路和輔助裝置組成，其中集熱器是熱水器的心臟，是一種熱交換器；貯熱裝置（水箱）是太陽(yáng)能熱水器，貯存熱水前減少向周圍環(huán)境散熱的裝置；循環(huán)管路的作用是連接集熱器和貯熱裝置，使之形成循環(huán)加熱系統(tǒng)；輔助裝置諸如支架，水位顯示器、溫度控制器、循環(huán)水泵各種管件接頭、夾具、閥門等零部件。3.3太陽(yáng)能熱采暖技術(shù)系統(tǒng)耦合模式太陽(yáng)能熱采暖技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指太陽(yáng)能熱采暖技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護(hù)系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)應(yīng)變耦合的模式。太陽(yáng)能采暖包括以空氣為介質(zhì)的系統(tǒng)和以水為介質(zhì)的系統(tǒng)。太陽(yáng)能空氣采暖系統(tǒng)由空氣集熱器、蓄熱裝置、風(fēng)機(jī)、輔助熱源以及風(fēng)道等組成。與后者相比，它可以避免集熱器的凍結(jié)以及腐蝕等問(wèn)題，其缺點(diǎn)是風(fēng)機(jī)電耗較高、蓄熱裝置的體積較大、空氣滲漏較嚴(yán)重、集熱效率較低。以水為介質(zhì)的太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)是太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，它的集熱效率比太陽(yáng)能空氣采暖系統(tǒng)高，通過(guò)適當(dāng)增加太陽(yáng)能集熱器的采光面積，太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)可以和太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)聯(lián)合使用。目前，在十分重視環(huán)境保護(hù)的歐美國(guó)家，己經(jīng)建成大批集太陽(yáng)能熱水和采暖于一體的復(fù)合系統(tǒng)，這為本文的研究提供新的視角。我國(guó)太陽(yáng)能熱水與地板采暖復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)己進(jìn)入實(shí)驗(yàn)測(cè)試階段。特別值得注意的是，地板采暖要求的水溫為40℃～45℃，這種形式采暖不僅保證了房間氣候的熱舒適性，而且其單位面積能耗大大下降，一般在20W/m2～50W/m2。通常1m2太陽(yáng)能集熱器可以配置3m2～5m2采暖面積。山東建筑大學(xué)王崇杰等針對(duì)北方農(nóng)村實(shí)用火炕采暖的傳統(tǒng)習(xí)慣，設(shè)計(jì)了一種新型太陽(yáng)炕系統(tǒng)。利用低溫地板輻射采暖技術(shù)改造傳統(tǒng)火炕，想成了一套太陽(yáng)能采暖系統(tǒng)。太陽(yáng)能卵石加熱系統(tǒng)，是基于太陽(yáng)能熱水與農(nóng)村傳統(tǒng)火炕相結(jié)合的采暖系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能集熱器、卵石層和交聯(lián)聚乙烯管（PE-X）組成。這種采暖形式保證了房屋的熱舒適性，而且單位面積能耗大大減少，改善了農(nóng)民的生活居住條件。3.4太陽(yáng)能溫室技術(shù)系統(tǒng)耦合模式太陽(yáng)能溫室技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指太陽(yáng)能溫室技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護(hù)系統(tǒng)、用地系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)變耦合的模式。它是利用透光材料（玻璃、塑料薄膜）的透光隔熱性，人為地將種植或養(yǎng)殖場(chǎng)地與周圍大氣環(huán)境隔絕封閉起來(lái)，在不適于生物（植物或動(dòng)物）生長(zhǎng)繁育的季節(jié)里，造成一種適宜于生物生長(zhǎng)發(fā)育小環(huán)境的設(shè)施。太陽(yáng)能溫室用途十分廣泛。可以用于種植水果、花卉、蔬菜；也可以用于養(yǎng)雞、養(yǎng)豬等。用于種植蔬菜、瓜果可以提前或延后上市，調(diào)劑品種，克服蔬菜露天生產(chǎn)淡旺季界限，大幅度提高單產(chǎn)。實(shí)踐證明，太陽(yáng)能溫室在我國(guó)的大力推廣和應(yīng)用，為我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展，農(nóng)民致富創(chuàng)出了一條新路。太陽(yáng)能溫室通常要求保溫、保濕、采光和通風(fēng)。但是太陽(yáng)能溫室與農(nóng)村住宅的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村建筑的可持續(xù)發(fā)展還有待于進(jìn)一步的研究。3.5太陽(yáng)灶技術(shù)系統(tǒng)耦合模式太陽(yáng)能灶技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指太陽(yáng)灶技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅室內(nèi)系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)變耦合的模式。太陽(yáng)灶是利用輻射能烹飪食物的一種器具。它對(duì)于廣大的農(nóng)村，特別是那些缺乏燃料，而日照較好（例如我國(guó)西北和西藏）的地區(qū)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來(lái)，我國(guó)太陽(yáng)灶發(fā)展很快，到1990年，已有20萬(wàn)臺(tái)，對(duì)緩解農(nóng)村能源緊缺狀況起了積極的作用[9]。太陽(yáng)灶的經(jīng)濟(jì)效益和使用地區(qū)、生活習(xí)慣和常規(guī)能源的價(jià)格等因素有關(guān)。一般說(shuō)來(lái)，在日照較好的地區(qū)，在正常使用情況下，每年每臺(tái)太陽(yáng)灶可節(jié)約柴草約1000kg，年利用率約在30%～50%左右。按節(jié)約柴草來(lái)估算，大約兩年就可回收投資，還能節(jié)省大量勞動(dòng)力，有利于改善生活條件，保護(hù)植被和生態(tài)平衡。農(nóng)村住宅設(shè)計(jì)中充分考慮太陽(yáng)灶技術(shù)，對(duì)于改善人民生活狀況，提高人民生活水平具有重要意義。3.6農(nóng)村太陽(yáng)能建筑系統(tǒng)耦合模式農(nóng)村太陽(yáng)能建筑系統(tǒng)耦合模式是指太陽(yáng)能建筑系統(tǒng)自耦合及其與住宅室內(nèi)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、圍護(hù)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、用地系統(tǒng)應(yīng)變耦合的模式。耦合設(shè)計(jì)的思路就是太陽(yáng)能熱利用與建筑一體化設(shè)計(jì)。這就要求在建筑設(shè)計(jì)中要同時(shí)考慮兩個(gè)方面的問(wèn)題，一是考慮太陽(yáng)能在建筑上的應(yīng)用對(duì)建筑物的影響，包括建筑物的使用功能、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的特性、建筑體型和立面的改變。二是考慮太陽(yáng)能利用的系統(tǒng)選擇，太陽(yáng)能產(chǎn)品與建筑形體的有機(jī)結(jié)合。要實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能與建筑一體化，除集熱器建材化外，還必須在建筑設(shè)計(jì)時(shí)，將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)的各個(gè)部件都做為建筑物構(gòu)件，在立面、結(jié)構(gòu)、給排水設(shè)計(jì)中通盤考慮，使太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)在整體上成為該建筑物不可或缺的一部分，成為農(nóng)村住宅的有機(jī)組成部分，就像從住宅中生長(zhǎng)出來(lái)一樣。四．生物質(zhì)能利用技術(shù)系統(tǒng)連續(xù)共生耦合生物質(zhì)是指由光合作用產(chǎn)生的各種有機(jī)體，生物質(zhì)能則是以生物質(zhì)為載體，蘊(yùn)藏在生物質(zhì)中的能量，即綠色植物通過(guò)葉綠素將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量形式。針對(duì)東北，如何因勢(shì)利導(dǎo)，探求生物質(zhì)能的利用技術(shù)新途徑，是延長(zhǎng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，并可提高農(nóng)業(yè)、植樹造林和生態(tài)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，增加農(nóng)民收入，改善農(nóng)村環(huán)境，實(shí)現(xiàn)東北地區(qū)農(nóng)村住宅可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。圖4-1生物質(zhì)能利用技術(shù)系統(tǒng)耦合過(guò)程及模式示意圖Fig.4-1Schematicdiagramofcouplingprocessandmodeofbiomassenergyutilizationtechnologysystem連續(xù)共生是指在封閉的區(qū)間內(nèi)共生單元具有連續(xù)的相互作用；共生單元在多方面發(fā)生作用；共生關(guān)系比較穩(wěn)定且具有必然性的共生模式。沼氣池技術(shù)、燃池技術(shù)、秸稈汽化技術(shù)、旱廁技術(shù)與住宅系統(tǒng)的耦合表現(xiàn)出連續(xù)共生的關(guān)系，其連續(xù)共生的耦合是使其性能更為增益的過(guò)程。各技術(shù)系統(tǒng)在與住宅系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)界面（表4-1）內(nèi)進(jìn)行能量的交換，形成新的耦合技術(shù)系統(tǒng)，其耦合過(guò)程見圖4-1。表4-1生物質(zhì)能利用技術(shù)系統(tǒng)與農(nóng)村住宅系統(tǒng)關(guān)聯(lián)界面Tab.4-1Correlationinterfaceofbiomassenergyutilizationtechnologysystemandrural4.1沼氣池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式沼氣池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指沼氣池技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護(hù)系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)連續(xù)共生耦合的模式。沼氣池技術(shù)的研究和利用，最初的目的主要是解決能源問(wèn)題，用沼氣做生活燃料，進(jìn)行炊事和照明，將沼渣、沼液作為肥料，生產(chǎn)蔬菜。目前沼氣、沼渣、沼液的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，在養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)方面都取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益4.2燃池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式燃池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指燃池技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護(hù)系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)連續(xù)共生耦合的模式。燃池技術(shù)系統(tǒng)是一種利用生物質(zhì)能的新型的加溫方法，是20世紀(jì)90年代在我國(guó)東北地區(qū)興起的農(nóng)村采暖技術(shù)，由當(dāng)?shù)孛窬又械幕鹂谎莼鴣?lái)。4.2.1燃池技術(shù)耦合系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)（1）經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法在技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)中，對(duì)一個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)分析采用的指標(biāo)很多，有靜態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，如投資回收期、投資收益率等；還有考慮資金時(shí)間價(jià)值的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)如凈現(xiàn)值、凈年值、費(fèi)用現(xiàn)值與費(fèi)用年值以及內(nèi)部收益率等。本文采用費(fèi)用現(xiàn)值和費(fèi)用年值對(duì)各加熱系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。費(fèi)用現(xiàn)值是指投資項(xiàng)目按基準(zhǔn)收益率，將各年的費(fèi)用成本折現(xiàn)到投資起點(diǎn)的現(xiàn)值之代數(shù)和。費(fèi)用現(xiàn)值可用下式計(jì)算：(4-1)[11]式中PC——費(fèi)用現(xiàn)值；COi——第i年的費(fèi)用；i——年利率；n——設(shè)備預(yù)計(jì)使用壽命，年；M0——初期投資費(fèi)用；My——每年投入的費(fèi)用。費(fèi)用年值是將現(xiàn)值分?jǐn)偟綁勖趦?nèi)各年的等額年值?？捎孟率接?jì)算：(4-2)[11]費(fèi)用年值和費(fèi)用現(xiàn)值指標(biāo)可用于多個(gè)方案的比選，其判別準(zhǔn)則是：費(fèi)用現(xiàn)值或費(fèi)用年值最小的方案為優(yōu)。（2）綜合評(píng)價(jià)各加熱系統(tǒng)的初期投資費(fèi)用和每年的運(yùn)行費(fèi)用見表4-2和4-3，燃池加熱系統(tǒng)使用年限按20年計(jì)算，熱水加熱系統(tǒng)的使用年限按7年計(jì)算，年利率按10%計(jì)算，根據(jù)公式（4-1）和（4-2）計(jì)算費(fèi)用現(xiàn)值和費(fèi)用年值，結(jié)果見表4-4。表4-2加熱系統(tǒng)的投資費(fèi)用Tab.4-2Investmentcostforheatingsystem表4-3加熱系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用對(duì)照表Tab.4-3Tableofoperationcostcomparisonofheatingsystem表3-8不同使用年限的費(fèi)用現(xiàn)值和費(fèi)用年值（元/m2）Tab.3-8Costpresentworthandannualcostfordifferentusefullife(Yuan/m2)從表中可以看出，燃池加熱系統(tǒng)的費(fèi)用現(xiàn)值和費(fèi)用年值比熱水加熱系統(tǒng)分別低78.2%和87.6%。由上分析可見，燃池加熱系統(tǒng)與其他常規(guī)加熱系統(tǒng)相比，在經(jīng)濟(jì)上具有極大的優(yōu)越性，在其適用范圍內(nèi)具有較好的推廣前景。4.3秸桿氣化技術(shù)系統(tǒng)耦合模式秸稈汽化技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指秸稈汽化技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅機(jī)械系統(tǒng)和用地系統(tǒng)連續(xù)共生耦合的模式。秸稈氣化技術(shù)，就是將農(nóng)作物秸稈原料在缺氧狀態(tài)下進(jìn)行加熱反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化過(guò)程。其特點(diǎn)是充分利用鄉(xiāng)村地區(qū)豐富而廉價(jià)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物，如棉稈、樹枝、玉米秸稈、花生殼等，將其轉(zhuǎn)化為高品位的燃?xì)獠⒅苯庸?yīng)用戶。這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)已有了10多年的發(fā)展歷史，并表現(xiàn)出更高的能效。遼寧本溪市的農(nóng)村已開始試點(diǎn)生物質(zhì)的集中供氣，即先將農(nóng)作物秸稈氣化，并通過(guò)供氣管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)向各個(gè)家庭的供應(yīng)。燃?xì)庵饕煞譃镃O、CH4和H2，綜合熱效率可達(dá)40%以上，比直接燃燒秸稈的熱效率高出3倍以上。秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)一般由秸稈氣化機(jī)組、燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)和用戶燃?xì)庀到y(tǒng)三部分組成。4.3.1基本模式以自然村為單位，系統(tǒng)規(guī)模為數(shù)10戶至上千戶，由村氣化站負(fù)責(zé)產(chǎn)供氣系統(tǒng)的運(yùn)行，并向全村供氣。據(jù)有關(guān)部門測(cè)算，一個(gè)200戶的村級(jí)秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)工程需投資30萬(wàn)元左右。若秸稈燃?xì)獍?.12元/m3的價(jià)格收費(fèi)，3～4口之家每天需用燃?xì)?m3～5m3，每月需付燃?xì)赓M(fèi)15元～19元，系統(tǒng)的投資回收期為7年。與使用液化氣相比，每戶每年可節(jié)省200元以上的燃料費(fèi)，相當(dāng)于液化氣費(fèi)用的一半。全國(guó)2.2億戶農(nóng)戶中如果有50%的農(nóng)戶能使用秸稈燃?xì)馓娲夯瘹?，每年就可?jié)約燃料費(fèi)200億元；同時(shí)，每年可以提供相當(dāng)于3000萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤的優(yōu)質(zhì)商品能源，節(jié)省薪材1億m3。在節(jié)能節(jié)資的同時(shí)，還可以減少環(huán)境污染和水土流失，減少排放CO2等溫室氣體2000萬(wàn)t以上[10]。4.4旱廁技術(shù)系統(tǒng)耦合模式旱廁技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指旱廁技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護(hù)系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)連續(xù)共生耦合的模式。在無(wú)水沖廁所的研究方面，世界上一些科技較發(fā)達(dá)的國(guó)家早已走在了我們前面。他們或是從節(jié)水的角度考慮，或是用于沒(méi)有上、下水管道的別墅。其中有將廚、廁組合處理的傾斜式堆肥箱，把生活垃圾分解和糞便分解組合在一起處理裝置，不需任何化學(xué)藥劑，不用任何輔助設(shè)備，利用好氧原理，使垃圾受重力作用在自上向下移動(dòng)過(guò)程中，體積減少了90%，使垃圾和糞便達(dá)到無(wú)害化。還有一種干廁所，在收集容器內(nèi)設(shè)一種能將糞便分解的底料，使用手動(dòng)搖柄撐拌，使糞便與底料充分混合達(dá)到分解目的，還有的干廁所糞便落進(jìn)容器后，大小便通過(guò)不同途徑分別進(jìn)行分解，有的內(nèi)設(shè)加熱裝置保證溫度，加速分解等等。無(wú)論形式如何，這些廁所的共同點(diǎn)就是無(wú)需水沖、無(wú)臭、糞便分解后對(duì)環(huán)境無(wú)污染。這樣，不僅節(jié)約了大量寶貴的水，而且也使無(wú)給排水設(shè)施的地區(qū)設(shè)置室內(nèi)廁所成為可能。日本的北海道地區(qū)使用著大量的無(wú)水沖室內(nèi)干廁所，據(jù)科技報(bào)載，日本已專門研究生產(chǎn)了便器一次性使用的塑料墊圈和在冬天能保持便器恒溫的可自動(dòng)沖洗、暖氣烘干、散發(fā)香氣等不同功能的廁所配套設(shè)備，還把計(jì)算機(jī)技術(shù)