可再生能源在新農(nóng)村住宅中的技術(shù)運(yùn)用

可再生能源在新農(nóng)村住宅中的技術(shù)運(yùn)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(jī)方面所發(fā)揮的重要意義，認(rèn)為在新農(nóng)村住宅優(yōu)化方面,運(yùn)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(huì)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(yáng)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(yùn)用策略.重點(diǎn)研究了太陽(yáng)能光伏、太陽(yáng)能光熱供能系統(tǒng)在新農(nóng)村住宅中的運(yùn)用；沼氣、垃圾資源化利用等供能系統(tǒng)對(duì)實(shí)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(yè)數(shù)】3頁(yè)(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(jì)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(yǔ)種】中文【中圖分類】S210.3;F303.4運(yùn)用可再生能源已成為當(dāng)今世界緩解能源危機(jī)，走可持續(xù)發(fā)展之路的全球性課題。近年來(lái)，隨著我國(guó)建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，建筑能耗持續(xù)增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建筑能耗占全國(guó)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(guó)建筑總量60.0%［2］。目前，我國(guó)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(yùn)用太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⑸镔|(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(huì)的必然選擇。如今，我國(guó)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(lái)10年，全國(guó)農(nóng)村住宅將達(dá)到60億m2，其中地處嚴(yán)寒、寒冷及夏熱冬冷地區(qū)的住宅將達(dá)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(lái)看，農(nóng)村建房存在建造方式傳統(tǒng)、能源利用率低等問(wèn)題。要想實(shí)實(shí)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(guò)運(yùn)用可再生能源保護(hù)大氣環(huán)境，以實(shí)現(xiàn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)于農(nóng)村地區(qū)來(lái)說(shuō)，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(yáng)能、生物質(zhì)能、雨水資源等，筆者將就太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、雨水等可再生能源在新農(nóng)村住宅中的運(yùn)用展開探討。1可再生能源在新農(nóng)村住宅中的運(yùn)用策略新型能源的運(yùn)用是解決常規(guī)能源緊缺的最好方法。太陽(yáng)能、生物質(zhì)能、雨水資源轉(zhuǎn)化利用等能促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，直接減輕農(nóng)民的生活負(fù)擔(dān)，改善生活環(huán)境質(zhì)量。1.1太陽(yáng)能在新農(nóng)村住宅中的運(yùn)用我國(guó)太陽(yáng)能輻射總量大約在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，屬于太陽(yáng)能資源豐富的國(guó)家之一［4］。太陽(yáng)能在新農(nóng)村住宅中的運(yùn)用主要包括太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)灶、太陽(yáng)房以及風(fēng)力發(fā)電和小水電代燃料工程等。太陽(yáng)能與建筑一體化是未來(lái)太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展的方向。2007年1月，國(guó)內(nèi)首個(gè)小區(qū)屋頂太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)在浙江省慈溪市投用，在國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了居民住宅小區(qū)屋頂太陽(yáng)能光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用。太陽(yáng)能在新農(nóng)村住宅中的運(yùn)用策略主要是把太陽(yáng)能的利用納入環(huán)境的總體設(shè)計(jì)中，使太陽(yáng)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(jì)開始，便將太陽(yáng)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(jì)元素加以考慮，巧妙地將太陽(yáng)能供能系統(tǒng)的各個(gè)部件融入住宅設(shè)計(jì)，使太陽(yáng)能供能系統(tǒng)成為建筑不可分割的一部分，而不是讓太陽(yáng)能系統(tǒng)成為建筑的附加構(gòu)件。以下重點(diǎn)研究太陽(yáng)能光伏、太陽(yáng)能光熱供能系統(tǒng)在新農(nóng)村住宅中的運(yùn)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(yáng)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(yáng)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(yáng)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(jià)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(fèi)用。圖1光伏屋頂圖2光伏墻在設(shè)計(jì)新農(nóng)村住宅時(shí)，一體化結(jié)合應(yīng)當(dāng)考慮的因素包括①在外觀上，合理擺放光伏電池板，無(wú)論是在屋頂還是在立面墻上，應(yīng)實(shí)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(yáng)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(wèn)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(qiáng)風(fēng)、暴雪、冰雹等自然災(zāi)害的能力;④在系統(tǒng)運(yùn)行上，要求系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、安全，易于安裝、檢修、維護(hù)。1.1.2太陽(yáng)能光熱利用建筑一體化。太陽(yáng)光熱在新農(nóng)村住宅中的利用技術(shù)主要包括太陽(yáng)能熱水、太陽(yáng)房、太陽(yáng)灶、采暖與空調(diào)、制冷等技術(shù)領(lǐng)域。在我國(guó)，其中技術(shù)最成熟、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最快的當(dāng)屬家用太陽(yáng)能熱水器（系統(tǒng)）。太陽(yáng)能供熱技術(shù)是指采用平板集熱器或真空管集熱器來(lái)吸收太陽(yáng)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(yùn)用集中式太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和集中式太陽(yáng)能供熱系統(tǒng)，同時(shí)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(yùn)用生物質(zhì)供能是太陽(yáng)能以化學(xué)能形式儲(chǔ)存于生物質(zhì)中的能量，它直接或者間接來(lái)源于綠色植物的光合作用。當(dāng)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(gè)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(guò)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(jī)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(huì)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(diǎn)研究對(duì)象在農(nóng)村，主要是通過(guò)沼氣、垃圾資源化利用等供能系統(tǒng)實(shí)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(guó)農(nóng)村的傳統(tǒng)燃料。目前我國(guó)農(nóng)作物秸稈年產(chǎn)出量約為7.00x1081,相當(dāng)于3.48x108t標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)于2.10x108t的標(biāo)準(zhǔn)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?xì)庵泻蠧O、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(jìn)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(diǎn)燃秸稈，發(fā)生熱解反應(yīng)后生成可燃?xì)怏w，可燃?xì)怏w從出氣口逸出，經(jīng)過(guò)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(guó)禽畜糞便資源總量約26.00x108t，相當(dāng)于1.12x108t標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)于0.60x108t標(biāo)準(zhǔn)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(dá)到減少建筑廢棄物對(duì)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(diǎn)是對(duì)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(shí)現(xiàn)農(nóng)村住宅的集中供氣和供暖。一般來(lái)說(shuō)，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(shuō)，沼氣是發(fā)展農(nóng)村新能源、建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的現(xiàn)實(shí)選擇。1.3雨水在新農(nóng)村住宅中的運(yùn)用在生活中，人們消耗的很大一部分潔凈水（約33%）是用來(lái)沖洗衛(wèi)生間、清洗建筑、澆灌花園的，并且實(shí)際上大約有50%的飲用水可以通過(guò)雨水來(lái)代替，由此可以看出水資源節(jié)約的潛力?！ㄋ到y(tǒng)”的利用往往從收集雨水開始，是通過(guò)大自然的水循環(huán)來(lái)設(shè)計(jì)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(guò)綠化屋頂收集而來(lái)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)膬艋?，用以灌溉花園、清洗和衛(wèi)生間沖水等。在農(nóng)村住宅設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮設(shè)置獨(dú)立完善的中水處理系統(tǒng)。收集的雨水可作為中水，經(jīng)過(guò)凈化處理而被存儲(chǔ)用于沖洗廁所和澆灌等，而多余的中水則通過(guò)水坑滲入地下，重新被土壤吸收。比較好的方法是實(shí)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(lái)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(hù)結(jié)構(gòu)。在住宅周圍的蒸發(fā)效應(yīng)可以有效地促進(jìn)自然通風(fēng)，還能用來(lái)冷卻住宅的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，達(dá)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(chǔ)水池。這些天井或庭院與自然相通，收集雨水存于儲(chǔ)水池中，利用雨水的蒸發(fā)效應(yīng)可以有效促進(jìn)自然通風(fēng)，冷卻住宅的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，達(dá)到夏季自然降溫的目的。2結(jié)語(yǔ)太陽(yáng)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(shí)現(xiàn)建筑用能的供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)建筑用能的綠色化。但在未來(lái)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(jìn)行多能互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)用能的耦合聯(lián)供，則更具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。參考文獻(xiàn)［1］徐國(guó)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(bào)，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(wèn)題研究[J].科技致富向?qū)В?010(24):38.徐浩.太陽(yáng)能利用與建筑一體化設(shè)計(jì)[J].中國(guó)住宅設(shè)施，2