太陽(yáng)能在新農(nóng)村供暖的應(yīng)用

《太陽(yáng)能在新農(nóng)村供暖的應(yīng)用》摘要隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求量日益增加，能源利用情況緊張，而常規(guī)能源的大量使用必將對(duì)環(huán)境造成不利影響。太陽(yáng)能作為可再生能源的一種，取之不盡，用之不竭，同時(shí)又不會(huì)增加環(huán)境負(fù)荷，將成為未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源需求量日益增加，能源利用情況緊張，而常規(guī)能源的大量使用必將對(duì)環(huán)境造成不利影響。太陽(yáng)能作為可再生能源的一種，取之不盡，用之不竭，同時(shí)又不會(huì)增加環(huán)境負(fù)荷，將成為未來(lái)能源結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。我國(guó)屬太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家之一，年輻射總量大約在3300-8300MJ/(m2.a)，全國(guó)2/3以上面積地區(qū)年日照小時(shí)數(shù)大于2000h，每年陸地接收的太陽(yáng)輻射能相當(dāng)于2.4萬(wàn)億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，具有太陽(yáng)能利用的良好條件。在建筑能耗中，生活熱水、供暖能耗占了相當(dāng)?shù)谋壤锰?yáng)能來(lái)滿(mǎn)足生活熱水、供暖這些低品位能耗的要求具有巨大的節(jié)能效益，因此，太陽(yáng)能采暖技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視1引言與城市的集中供暖不同，農(nóng)村大都以各家燒柴薪、煤炭取暖，一家一戶(hù)都有一個(gè)小火爐。這種取暖模式費(fèi)用高，熱效率低，即使節(jié)省的人家，一個(gè)小火爐一般一個(gè)冬季下來(lái)也要約1噸煤炭，且只能“溫暖”一個(gè)小小的房間。不僅如此，這種取暖方式也不環(huán)保，污染嚴(yán)重，且存在安全隱患。近年來(lái)雖多以煤炭為主，但隨之而來(lái)的污染又加重，一些農(nóng)民還因缺乏安全常識(shí)，常因取暖出現(xiàn)一氧化碳中毒事件.能源和環(huán)境是影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，能源供應(yīng)形勢(shì)直接接關(guān)系到國(guó)家的安全和社會(huì)穩(wěn)定。建筑領(lǐng)域消費(fèi)的能源，主要是煤炭、石油和天然氣等石化能源。這些能源資源有限，不可再生，終究要枯竭，而且傳統(tǒng)能源會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。我國(guó)人口眾多人均資源占有量低于世界平均水平，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活消費(fèi)的需求相比，能源供應(yīng)的缺口很大，而且能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理，以煤為主的能源供給造成了嚴(yán)重的大氣污染和溫室氣體排放，我國(guó)目前的。。2排放量居世界第二位。我國(guó)是京都議定書(shū)”的簽約國(guó)，目前的這種排放，我國(guó)目前的CO2排放量居世界第二位。我國(guó)是“京都議定書(shū)”的簽約國(guó)，目前的這種能源消費(fèi)方式，已受到國(guó)際社會(huì)的高度關(guān)注，加大了我們保護(hù)環(huán)境和改變經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)模式的壓力。因此，節(jié)約能源和開(kāi)發(fā)利用清潔、可再生能源的任務(wù)十分緊迫。黨的十六屆五中全會(huì)通過(guò)的《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃的建議》，提出了建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的重大歷史任務(wù)，其中重要的一項(xiàng)就是加強(qiáng)村莊規(guī)劃和人居環(huán)境治理。長(zhǎng)期以來(lái)，北方農(nóng)村住宅一般僅利用火炕和火爐取暖，供暖質(zhì)量不能保證，更談不上空調(diào)和生活熱水的供應(yīng)。為了有效提高農(nóng)村的人居環(huán)境，縮短城鄉(xiāng)差距，有必要在有條件的地區(qū)為農(nóng)村住宅增設(shè)供暖空調(diào)和生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)。農(nóng)村住宅一般具有建筑容積率較低，沒(méi)有明顯遮擋，能源價(jià)格較高，除電力外其他能源一般較短缺的特點(diǎn)，非常適宜于太陽(yáng)能等新能源系統(tǒng)的應(yīng)用。太陽(yáng)能生活熱水供應(yīng)的功能，在經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。2太陽(yáng)能超導(dǎo)地?zé)岵膳榻B太陽(yáng)能超導(dǎo)地?zé)岵膳且豁?xiàng)世界領(lǐng)先技術(shù)，太陽(yáng)內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過(guò)程產(chǎn)生的能量，輻射到地球，人們通過(guò)光電，光熱，光化學(xué)的方式轉(zhuǎn)化加以利用，以太陽(yáng)能為熱源，以超導(dǎo)地暖為散熱體3太陽(yáng)能超導(dǎo)地?zé)岵膳夹g(shù)原理：太陽(yáng)能集熱裝置把超導(dǎo)介質(zhì)加熱，低溫（只需30°C即可）傳遞熱能到室內(nèi)地面下鋪設(shè)的管道，采暖通過(guò)管道內(nèi)介質(zhì)循環(huán)將地面加熱到一定溫度，再由地面均勻地向室內(nèi)輻射熱量，同時(shí)在冷熱空氣的比重差作用下，產(chǎn)生了空氣的自然對(duì)流現(xiàn)象，從而創(chuàng)造出具有理想溫度分布的室內(nèi)熱微氣候，使室內(nèi)環(huán)境達(dá)到人體感官最舒適的狀態(tài)。由于是房間地面地溫輻射，所以對(duì)系統(tǒng)溫度的要求十分低，20分鐘即可將整個(gè)房間加熱到20C以上（溫度可自控），節(jié)省能源，使用壽命可長(zhǎng)達(dá)50年。其特點(diǎn)是沒(méi)有任何污染，取之不盡，用之不竭，還可以保障人體代謝率，改善室內(nèi)熱濕環(huán)境，大大提高人體熱舒適性。太陽(yáng)能超導(dǎo)地?zé)岵膳膬?yōu)點(diǎn)：（1） 運(yùn)行費(fèi)用低、高效節(jié)能、不占使用面積，花同樣的錢(qián)等于買(mǎi)了更大的房子、壽命長(zhǎng)免維護(hù)、安全性能好、節(jié)約維修費(fèi)用、環(huán)保衛(wèi)生，健康保健。（2） 取暖費(fèi)用：冬季，特別是北方的冬季，嚴(yán)寒而漫長(zhǎng)，取暖已成為人們生活的基本要素，全球能源緊缺帶來(lái)的是能源價(jià)格越來(lái)越高，采暖費(fèi)用也不斷上升，很多家庭已難以承受，怎樣采暖最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠已成為人們愈來(lái)愈關(guān)心的話題。而太陽(yáng)能超導(dǎo)地暖的重大突破，代表能源綜合利用的發(fā)展方向，一次投資，長(zhǎng)期受益，太陽(yáng)能是免費(fèi)資源.不花一分錢(qián)，高效節(jié)能，環(huán)保清潔，產(chǎn)品前瞻性強(qiáng)，領(lǐng)導(dǎo)消費(fèi)新潮流。（3） .熱效率：由于采用了導(dǎo)熱傳熱的超導(dǎo)介質(zhì)，再加上太陽(yáng)能地?zé)岬孛孑椛涔┡绞奖葘?duì)流供暖方式熱效率高，熱量集中在人體受益的高度內(nèi)，室內(nèi)設(shè)定溫度即使比對(duì)流式采暖方式低2?5C,也能使人們有同樣的溫暖感覺(jué)，所以溫差傳熱損失會(huì)大大減?。粺崦降蜏貍魉?，在傳送過(guò)程中熱量損失小，熱效率高；與其他采暖方式相比，節(jié)能幅度約為90%以上。（4） 冬季或幾年不用也不用擔(dān)心：不受地區(qū)的溫度限制，超導(dǎo)介質(zhì)的最低凝點(diǎn)可達(dá)一60C以下、沸點(diǎn)可達(dá)到180C以上，加上良好的防腐性，采暖系統(tǒng)既使冬季或幾年不用也不用擔(dān)心。（5） 壽命長(zhǎng)，免維護(hù)，安全性能好，節(jié)約維修費(fèi)用：采暖系統(tǒng)如果不是人為破壞，幾乎不存在維修的問(wèn)題，使用壽命在50年以上，不腐蝕、不結(jié)垢，大大減少了暖氣片跑、冒、滴、漏水和維修給住戶(hù)帶來(lái)的煩惱，可節(jié)約維修費(fèi)用。初始安裝成本低，可分區(qū)控制，計(jì)量方便，便于管理。（6）.減少樓層噪音：目前我國(guó)樓板一般選用預(yù)制板或現(xiàn)澆板，其隔音效果極差，樓上人走動(dòng)，就影響樓下，采用地板采暖增加了保溫層，具有非常好的隔音效果，可降低噪音污染；地板采暖過(guò)程寂靜無(wú)聲，室內(nèi)環(huán)境清靜，沒(méi)有任何噪音。（7）.環(huán)保、衛(wèi)生，健康保?。禾?yáng)能超導(dǎo)地?zé)岬孛孑椛洳膳墓┡頌檩椛鋵?dǎo)熱，與空調(diào)、暖氣等通過(guò)強(qiáng)制對(duì)流循環(huán)熱風(fēng)供暖相比，空氣中灰塵流動(dòng)要小的多，減少了空氣中有害病菌的蔓延，室內(nèi)環(huán)境更加衛(wèi)生清潔，有利于支氣管炎、呼吸道感染和過(guò)敏性人群的健康；空氣對(duì)流減弱，水分散失較少，克服了傳統(tǒng)散熱器供暖方式造成的室內(nèi)燥熱、口干舌燥等不適，避免了女性皮膚因失水而過(guò)分干燥。中醫(yī)認(rèn)為“熱從頭生，寒從足入”。傳統(tǒng)的取暖方式，房間的頂部大約有30°C，而人體所處的位置尤其是腳部?jī)H有15r甚至更低。坐時(shí)間久了就會(huì)感覺(jué)腳冷腿涼，腿腳受涼會(huì)增加寒腿病、關(guān)節(jié)炎的患病可能。太陽(yáng)能超導(dǎo)地?zé)岬孛孑椛渖崾亲钍孢m的采暖方式，室內(nèi)地表溫度均勻，室溫由下而上隨著高度的增加溫度逐步下降，這種溫度曲線正好符合人的生理需求，給人以腳暖頭涼的舒適感受。同時(shí)，地板采暖可促進(jìn)居住者足部血液循環(huán)，從而改善全身血液循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝，并在一定程度上提高免疫能力。此外，“足熱頭寒”的環(huán)境可以避免犯困，有利于增強(qiáng)記憶力、提高學(xué)習(xí)和工作效率太陽(yáng)能住宅設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問(wèn)題：（1） 目前對(duì)太陽(yáng)能已有一定的研究，但對(duì)太陽(yáng)能熱水器一體化住宅的外觀設(shè)計(jì)常走向兩個(gè)極端，一種是設(shè)計(jì)時(shí)忽視太陽(yáng)能熱水器的設(shè)備，在立面造型完成后將需要的設(shè)備簡(jiǎn)單安裝上；另一種則是只相輔相成。失去建筑立面整體的平衡感。太陽(yáng)能熱水裝置本身有別于建筑，但其作必須通過(guò)建筑的整體才能充分顯示。（2）設(shè)計(jì)原則 建筑的形式與內(nèi)容（功能、材料、結(jié)構(gòu)、工藝）應(yīng)一致。太陽(yáng)能熱水器一體化住宅的造型設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分考慮到其居住建筑的特點(diǎn)。首先，無(wú)論是高層住宅還是多層住宅，都是由套型組成，沒(méi)有大空間，平、立面結(jié)構(gòu)和造型一般比較規(guī)整；其次，房間的功能性限制大，非常強(qiáng)調(diào)自然采光和自然風(fēng)；第三，住宅受造價(jià)限制較大，外墻也應(yīng)當(dāng)盡量平直。由于住宅的這些特點(diǎn)，在造型處理上可以有大的體量變化，但一般很難打破層、套等單元性因素的限制。實(shí)際中常常利用相同元素的重復(fù)、增減來(lái)達(dá)到藝術(shù)效果。從這一點(diǎn)來(lái)看，住宅的造型設(shè)計(jì)較之公共建筑更有難度。但從另一角度來(lái)看，住宅內(nèi)部嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)構(gòu)性和功能的主導(dǎo)地位非常符合技術(shù)美學(xué)所強(qiáng)調(diào)的邏輯性及目的性。太陽(yáng)能熱水器一體化的設(shè)計(jì)在住宅中表現(xiàn)技術(shù)美學(xué)是可行的，當(dāng)然高層住宅、多層住宅有自己的特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)區(qū)別對(duì)待。.（3）構(gòu)造方案與系統(tǒng)選擇：太陽(yáng)能熱水器一體化住宅外觀設(shè)計(jì)的美學(xué)原則和手法以及構(gòu)造方案與系統(tǒng)選擇，是建筑師對(duì)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)所做的二次產(chǎn)品設(shè)計(jì)和加工，是實(shí)現(xiàn)“一體化”的關(guān)鍵步驟。內(nèi)容包括安裝部位選擇和構(gòu)造方案設(shè)計(jì)，既要考慮到保證太陽(yáng)能熱水器的工作效率，又要與住宅的結(jié)構(gòu)、使用功能以及美觀相協(xié)調(diào)。為了保證足夠的日照時(shí)數(shù)，集熱器可能的安裝位置包括屋頂和南向的外墻和陽(yáng)臺(tái)。太陽(yáng)能技術(shù)應(yīng)用的條件應(yīng)用太陽(yáng)能原則：（1）在經(jīng)濟(jì)許可的前提下最大限度地利用太陽(yáng)能。太陽(yáng)能是完全免費(fèi)的，在利用過(guò)程中，僅消耗水泵能耗，運(yùn)行費(fèi)用最低，所以在經(jīng)濟(jì)許可的情況下，盡可能增大太陽(yáng)集熱器的面積，以提高太陽(yáng)能的利用率。（2） 在實(shí)際工程中，采用新能源后，系統(tǒng)初投資較高，尤其是對(duì)太陽(yáng)集熱器，全部是增量成本，最好能全年綜合利用。例如：太陽(yáng)集熱器冬季供熱、在過(guò)渡季，不設(shè)空調(diào)時(shí)，太陽(yáng)能除提供生活熱水外，將多余的熱量?jī)?chǔ)存起來(lái)，供冬季供熱。這樣的做法既可以做到太陽(yáng)能的綜合利用，又可以避免太陽(yáng)集熱器的空曬，增加了太陽(yáng)集熱器的壽命。（3） 新能源利用的前提是必須采用節(jié)能建筑，以降低系統(tǒng)的初投資。太陽(yáng)能的能流密度較低，太陽(yáng)集熱系統(tǒng)的價(jià)格在目前仍然偏高；。為了盡可能減少系統(tǒng)的初投資，必須保證建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)符合節(jié)能規(guī)范的要求，以降低供暖、空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷需求。太陽(yáng)集熱系統(tǒng)的集熱效率與集熱系統(tǒng)的出水溫度有關(guān)，溫度越高熱損失越大，集熱效率降低，因此在選擇供暖系統(tǒng)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇供水溫度要求低的形式6項(xiàng)目概況與負(fù)荷分析就九江地區(qū)某新農(nóng)村而言：日照小時(shí)數(shù)巳6h的天數(shù)有200?250d太陽(yáng)輻照量為5000?5400MJ/(m?a)較適合使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)但是在太陽(yáng)能使用上目前主要局限于家庭用生活熱水涉及太陽(yáng)能采暖的較少。本文以九江地區(qū)某新農(nóng)村別墅建筑為例，分析太陽(yáng)能采暖建筑物采暖熱負(fù)荷：九江地區(qū)緯度為34。40，九江地區(qū)最冷月份的水平面總太陽(yáng)輻射月平均日照量為8997kJ/(m2?d)，別墅式住宅相對(duì)于多層建筑來(lái)說(shuō)，單位熱負(fù)荷的屋頂面積較大更有利于太陽(yáng)能集熱器的安裝?，F(xiàn)以九江市某2層別墅為例，采取了節(jié)能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建筑面積約為300m2上下2層采用間接式太陽(yáng)能低溫?zé)崴匕遢椛洳膳?4h運(yùn)行。^江西省居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中給出了九江市建筑耗熱量指標(biāo)為21.7W/m建筑物采暖熱負(fù)荷為：Q=qF?F=21.7X00=6510W全玻璃真空太陽(yáng)集熱器面積只研究在冬季最冷3個(gè)月內(nèi)(一月二月十二月),由于太陽(yáng)能不能保證建筑物24h連續(xù)供暖，所以，應(yīng)選取九江地區(qū)2月份的日照量來(lái)選擇集熱器面積。H=10.531MJ/(m2?d)平均日照時(shí)間為8h。即每平方米太陽(yáng)能集熱器提供的熱量為：Qt=(10.531刈06)/(8>3600)=365.6W/m2所需太陽(yáng)集熱器面積為：A=6510/(365.6>52%)=34.25m2取集熱器面積A為40m2該建筑物屋頂面積為150m2足夠安裝太陽(yáng)能集熱器裝置。不足的熱負(fù)荷由輔助熱源提供。采暖期內(nèi)太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)分析目前評(píng)價(jià)太陽(yáng)能利用系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性大多采用凈收益現(xiàn)值和投資回收年限兩種方法，這兩種方法均側(cè)重于對(duì)太陽(yáng)能利用系統(tǒng)本身投資、收益狀況進(jìn)行分 析。而對(duì)太陽(yáng)能利用系統(tǒng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的目的是，確定針對(duì)使用者而言最為經(jīng)濟(jì)合理的方案，即相對(duì)于獲得所需能量、資金投入量少的方案。為此本文采用綜合能源價(jià)格法。能源價(jià)格指的是購(gòu)買(mǎi)一定種類(lèi)能源的費(fèi)用。它在一定意義上代表了開(kāi)采或生產(chǎn)這種能源并傳送至使用終端的資金消耗。對(duì)于供熱供冷的系統(tǒng)在其有效使用期限內(nèi)的資金主要用于初投資：安裝供熱供冷系統(tǒng)。運(yùn)行費(fèi)用：在使用期間系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。綜合能源價(jià)格的含義是在有效使用年限內(nèi)初投資和使用費(fèi)用的累計(jì)綜合值與在此期間所提供能量總和的比值它是一個(gè)將初投資考慮在內(nèi)的全面反映經(jīng)濟(jì)分析對(duì)象相對(duì)于提供單位能量所 需費(fèi)用的參數(shù)考慮到資金的動(dòng)態(tài)特性，即不同時(shí)期支出貨幣的價(jià)值是不相等的，本文在經(jīng)濟(jì)分析過(guò)程中，將綜合能源價(jià)格進(jìn)行現(xiàn)值處理。即通過(guò)將不同時(shí)期投入的資金統(tǒng)一折現(xiàn)為初投資年現(xiàn)值的方法，使資金投入時(shí)間和數(shù)量各不相同的不同類(lèi)型供熱(冷)的綜合能源價(jià)格在同等價(jià)值條件下進(jìn)行比較比較結(jié)果見(jiàn)表1熱源種類(lèi)初投資/元運(yùn)行費(fèi)用/(元每年燃料耗量總投資/綜合熱價(jià)/(元太陽(yáng)能+天然氣68/a) 2元110420/MJ)0.096天然氣354071.821320m396377.30.089集中供暖344139185m3940.075太陽(yáng)能+電加熱器61711449kW?h1688350.134太陽(yáng)能+集中供暖67218.91086700.095對(duì)于24h采暖的別墅式住宅在選用太陽(yáng)能作為采暖熱源時(shí)即使集熱器的面積不受屋頂面積大小的限制由于冬季日照時(shí)間的限定，采用