张家口地区农村住宅建筑可再生能源供热系统

牛 建 会

(河北建筑工程学院 能源与环境工程学院，河北 张家口 075000)

张家口地区农村住宅建筑可再生能源供热系统

牛 建 会

(河北建筑工程学院 能源与环境工程学院，河北 张家口 075000)

根据张家口地区丰富的太阳能资源与生物质能资源，针对张家口地区农村用能特点，提出一套适合在张家口地区农村住宅建筑中使用的可再生能源供热系统.

农村住宅建筑；可再生能源供热系统；太阳能；生物质能

1　前　言

目前在张家口地区，市区实现了集中供热，乡镇一般采用供热锅炉作为主要采暖热源，而农村住宅一般采用小锅炉或燃煤炉及火炕等传统措施进行采暖，设备落后、热效率极低、环境污染严重.另外农村较多采用的燃煤火炉只能保证火炉所在房间暖和，且火炉须定时照看，否则会自行熄灭，室温无法保证，而其他房间更无法满足要求，取暖效率低下，应用不方便，若燃烧不彻底易引发室内人员CO等有毒气体中毒等.

张家口地区的太阳能资源十分丰富，地域日照时数2756～3062小时，年太阳总辐射为每平方米1500～1700千瓦时，属于太阳能辐射Ⅱ类区域[1]，具有发展太阳能资源的自然优势.张家口地区农村生物质资源以玉米秸秆、小麦秸秆、棉花秆、稻草、树枝、树叶、干草、花生壳等农作物和固体废弃物为主，以此为原料经过粉碎后加压、增密成型，可以制成生物质燃料，其燃烧热供农户冬季供热用.在张家口地区农村住宅建筑中采用太阳能与生物质能联合供热，可明显减少化石燃料煤的消耗量，降低环境污染.

本文根据张家口地区丰富的太阳能资源与生物质能资源，针对张家口地区农村用能特点，提出一套适合在张家口地区农村住宅建筑中使用的可再生能源供热系统，并对其系统组成进行分析.

2　可再生能源供热系统组成

系统充分利用张家口地区丰富的太阳能资源和农村广泛分布的生物质资源，是一套由太阳能和生物质能联合运行的可再生能源供热系统.系统组成包括太阳能集热循环、储热水箱、辅助热源、用户采暖末端.

2.1系统运行原理

可再生能源供热系统原理如图1所示，系统利用太阳能集热器收集太阳辐射热并联合生物质辅助热源能同时满足农村居民冬季采暖和日常生活热水需求的系统.在采暖季，太阳能循环水泵和采暖循环水泵均处于运行状态，集热水温低于实际需求水温时运行辅助热源生物质锅炉，用户可以根据实际需要适时调整生物质锅炉负荷.在非采暖季，采暖循环水泵停止运行，同时关闭其阀门，在阴雨天等太阳能辐射不足时，同样根据实际需求适时调整生物质锅炉负荷.在采暖季，系统中的部分热量供采暖用，部分热量供生活热水用，而非采暖季提供足量的生活热水用热，从而全年充分利用太阳能资源.

2.2太阳能集热循环

系统采用易与建筑紧密结合的平板式太阳能集热器，集热系统内介质在温差下循环流动，用回流排空方式防过热、防冻.水箱低于管路和太阳能集热器，在非采暖季，只要水箱内水温超过设定的最高温度，太阳能循环泵便停止运行，集热器中的水回流到水箱，集热系统停止往水箱输送热量，集热器逐步达到闷晒平衡状态，从而实现排空防过热；在采暖季，当温度达到防冻报警温度后，太阳能循环泵停止运行，集热器和管路中的水自动回流到水箱，排空集热器和管路，从而达到防冻的目的.

1.太阳能集热器；2.生物质锅炉；3.储热水箱 4.换热盘管；5.地板采暖盘管；6.太阳能循环泵 7.采暖循环泵；8.过滤器；9.阀门图1　可再生能源供热系统原理图

2.3分层储热水箱

水箱设计成垂直分层水箱，利用水在不同温度下的密度差，即低温的水位于水箱底部，高温的水位于水箱上部，相互不掺混实现同一水箱可以产生不同温度分区.太阳能集热器回水管与分层水箱下部温度较低的水相连，吸热温升后的热水供水管与水箱上部进水管相连；采暖系统与水箱中部相连，满足运行水温较低的地板辐射采暖需要；利用水箱上部水温最高特点，在水箱上部水位处布置生活热水换热盘管，设计充分利用垂直分层水箱底部水温低，上部水温高的优势.

储热水箱选用开式水箱，有利于太阳能集热系统回流排空；生活热水换热铜盘管与自来水管相连，在自来水管网压力下提供洗浴用热水，省去了供水泵，减少系统投资和使用费用；生活热水系统、太阳能集热系统和采暖系统三者相互隔开，互不掺混，保证自来水水质在满足洗浴热水同时也能满足饮用和做饭，长期运行可以节省大量燃料；此外，太阳能集热系统与采暖系统为直接系统，不设置换热装置，可降低太阳能系统工作温度，提高太阳能的集热效率.

2.4辅助热源

针对张家口地区农村的具体情况，供热系统的辅助热源采用生物质炊暖炉，燃料是在当地大量存在的玉米秸秆、稻秆、林业废弃物或其他生物质燃料，经生物质压缩成型转化为商品化能源，优化燃料特性，提高燃烧效率，可以有效改善农村大气环境，实现农业废弃物资源综合利用.另外针对农村用热特点，也可采用多功能燃料炉为辅助热源，该炉可以烧煤、烧柴也可以烧生物质燃料，同时实现采暖、做饭、烧水、烧火炕，实用性强，采用自动控制系统实现辅助热源和太阳能之间的切换.

2.5用户采暖末端

用户采暖末端采用低温地板辐射采暖系统，该系统是一种以低温热水为媒介，通过室内地埋盘管向地面散热，地面再以辐射或对流向室内散热.由于热稳定性好、室内温度均匀、免占室内空间、节能、干净、维护方便等优点而受到人们的欢迎[2].系统中的低温热水温度为35 ℃～50 ℃，不能超过60 ℃，供、回水温差不宜超过10 ℃[3]，这个温度段正好是太阳能集热器热利用最高的温度段.

地板辐射采暖系统通过埋地换热盘管加热地面，通过地面向房间散热，人员活动区形成脚暖头凉的温度场，符合人体生理学需求，提高采暖的舒适度；地板辐射采暖与太阳能集热系统结合，由于地板辐射采暖供水水温低，可以使太阳能集热器工作在高效率区域，提高太阳能利用效率；地板辐射采暖有较大储热能力，可以减少储热水箱的容积[4].因此，太阳能集热与低温热水辐射采暖是极好的搭配.

3　结　语

在具有丰富的太阳能资源和生物质能资源的张家口地区的广大农村，住宅建筑中非常适合采用太阳能与生物质能联合运行的可再生能源供热系统，它充分利用广泛分布的可再生能源，解决农户采暖、热水和炊事的生活用能，不仅调整农村用能结构，而且实现农业生产废弃物资源化和循环利用，有利于实现能源的本地化，减少化石燃料等常规能源使用带来的环境污染，是一种一举多得能源利用模式.

[1]曹培锋,周迎久.新能源产业风光无限[EB/OL].中国环境报http://www.eedu.org.cn/news/region/huabei/hb/201005/47188.html,2010-5-26.

[2]窦硕,师帅兵.太阳能地板辐射采暖系统的设计研究[J].安徽农业科学,2010,38(11):5893～5894.

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50736-2012,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2012

[4]朱敦智,刘君,芦潮.太阳能采暖技术在新农村建设中应用[J].农业工程学报,2006,22(1):167～170

Renewable Energy Heating System for Rural Residential Buildings of Zhangjiakou Area

NIUJian-hui

(School of Energy and Environmental Engineering,Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering, Zhangjiakou 075000,China)

According to the abundant solar energy resources and biomass energy resources in Zhang Jiakou area,a set of renewable energy heating system was put forward for the rural residential buildings in ZhangJiakou area in the light of the region’s heating characteristics.

rural residential buildings；renewable energy heating system；solar energy；biomass energy

2015-06-27

河北建筑工程学院基金项目，项目编号：QN201404；张家口市科学技术研究与发展指导计划项目，项目编号：1321008B

牛建会(1981-)，女，讲师，主要研究方向：制冷及节能技术.

TK 6

A