可再生能源在新农村住宅中的技术运用

可再生能源在新农村住宅中的技术运用唐泉;宣蔚【摘要】Basedonthesignificanceofrenewableresourcesinrelievingenergycrisis,applicationofrenewableresourcesforreducingenergyconsumptionofruralresidenceandcarbonemissionoftraditionalenergiesarebelievedasaninevitablechoicefortheconstructionofaconservation-mindedsociety.Takingeasily-acquiredandlow-costsolarenergy,biomassenergyandrainwaterforexample,strategiesofapplyingrenewableresourcesinruralresidencesarediscussed.AndtheresearchfocusesontheapplicationofsolarenergyPVPowerSystemandsolarenergyoptothermalpowersysteminruralresidence,significanceofpowersystemsuchasmethaneandwastereusingfortheintegratedutilizationofbiomassenergyandresidence,andalsorecyclingandcoolingeffectsofintermediatewater.%基于可再生能源在缓解能源危机方面所发挥的重要意义，认为在新农村住宅优化方面,运用可再生能源削减农村住宅能耗，降低传统能源的碳排放，是建设节约型社会的必然选择.在此基础上，以较容易获得且使用成本较低的太阳能、生物质能、雨水资源为例，探讨了可再生能源在新农村住宅中的运用策略.重点研究了太阳能光伏、太阳能光热供能系统在新农村住宅中的运用；沼气、垃圾资源化利用等供能系统对实现生物质能与住宅的一体化应用的意义；雨水的中水回用和冷却效应.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷)，期】2012(000)005【总页数】3页(P2862-2863,2976)【关键词】可再生能源;新农村住宅;节能;技术【作者】唐泉;宣蔚【作者单位】合肥工业大学建筑设计研究院，安徽合肥230009;合肥工业大学建筑与艺术学院，安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】S210.3;F303.4运用可再生能源已成为当今世界缓解能源危机，走可持续发展之路的全球性课题。近年来，随着我国建筑业的迅猛发展，建筑能耗持续增加。据统计，建筑能耗占全国总能耗的比例将从目前的27.8%快速上升到33.0%以上。但到目前为止，既有的400亿m2城乡建筑中，99.0%的为高耗能建筑［1］。农村建筑能耗与城市建筑能耗相比处于较低水平，农村住宅占我国建筑总量60.0%［2］。目前，我国的新农村住宅建设正如火如荼，而探究和优化新农村住宅，运用太阳能、地热能、生物质能等可再生能源削减农村住宅能耗，降低传统能源的碳排放，是建设节约型社会的必然选择。如今，我国农村每年新增住宅约8亿m2,且绝大多数为高能耗建筑。未来10年，全国农村住宅将达到60亿m2，其中地处严寒、寒冷及夏热冬冷地区的住宅将达到50亿m2［3］。可见，探讨新农村住宅的节能减排意义十分重大。总体来看，农村建房存在建造方式传统、能源利用率低等问题。要想实实在在改善农村住宅条件，降低农村住宅能耗，必须将可再生能源应用到新农村住宅建设中，通过运用可再生能源保护大气环境，以实现我国经济、社会的可持续发展。对于农村地区来说，较容易获得的且使用成本较低的可再生能源主要包括太阳能、生物质能、雨水资源等，笔者将就太阳能、生物质能、雨水等可再生能源在新农村住宅中的运用展开探讨。1可再生能源在新农村住宅中的运用策略新型能源的运用是解决常规能源紧缺的最好方法。太阳能、生物质能、雨水资源转化利用等能促进农业生产，直接减轻农民的生活负担，改善生活环境质量。1.1太阳能在新农村住宅中的运用我国太阳能辐射总量大约在3300-8300MJ/(m2・a),全国2/3以上面积地区年日照小时数大于2000h，属于太阳能资源丰富的国家之一［4］。太阳能在新农村住宅中的运用主要包括太阳能热水系统、太阳灶、太阳房以及风力发电和小水电代燃料工程等。太阳能与建筑一体化是未来太阳能技术发展的方向。2007年1月，国内首个小区屋顶太阳能发电系统在浙江省慈溪市投用，在国内首次实现了居民住宅小区屋顶太阳能光伏并网发电系统应用。太阳能在新农村住宅中的运用策略主要是把太阳能的利用纳入环境的总体设计中，使太阳能设施成为新农村住宅的一部分，使其与农村住宅建筑相结合，即从住宅设计开始，便将太阳能供能系统所包含的所有内容作为住宅不可或缺的设计元素加以考虑，巧妙地将太阳能供能系统的各个部件融入住宅设计，使太阳能供能系统成为建筑不可分割的一部分，而不是让太阳能系统成为建筑的附加构件。以下重点研究太阳能光伏、太阳能光热供能系统在新农村住宅中的运用。1.1.1光伏建筑一体化(BIPV)。在住宅外表面设置光伏器件，将太阳能发电与建筑功能集成在一起。BIPV可分为光伏屋顶和光伏墙两种结构形式。光伏屋顶是将太阳能电池组件置于住宅屋顶防水层之上，形成光伏阵列(图1)。光伏墙是将太阳电池组件置于住宅外墙表面，形成一道幕墙，安装在南墙面上，还可以代替价格昂贵的玻璃幕墙(图2)。光伏板安装在屋顶和南墙面等建筑位置上，不需要专门架设安装光伏板的框架结构，也不需要额外占地，节省了土地资源和大量费用。图1光伏屋顶图2光伏墙在设计新农村住宅时，一体化结合应当考虑的因素包括①在外观上，合理摆放光伏电池板，无论是在屋顶还是在立面墙上，应实现两者的协调与统一;②在管路布置上，在建筑物中都要预留出所有管路的通口，合理布置太阳能管路，尽量减小管路上的电量损失;③在结构上，要妥善解决光伏电池板的安装问题，确保建筑物的承重、防水等功能不受影响，还要充分考虑光伏电池板抵抗强风、暴雪、冰雹等自然灾害的能力;④在系统运行上，要求系统可靠、稳定、安全，易于安装、检修、维护。1.1.2太阳能光热利用建筑一体化。太阳光热在新农村住宅中的利用技术主要包括太阳能热水、太阳房、太阳灶、采暖与空调、制冷等技术领域。在我国，其中技术最成熟、产业化发展最快的当属家用太阳能热水器（系统）。太阳能供热技术是指采用平板集热器或真空管集热器来吸收太阳能，以满足住宅中生活热水或冬季采暖的需求。在新农村住宅中，可以运用集中式太阳能热水系统和集中式太阳能供热系统，同时满足建筑生活热水和冬季采暖的需求。1.2生物质能在新农村住宅中的运用生物质供能是太阳能以化学能形式储存于生物质中的能量，它直接或者间接来源于绿色植物的光合作用。当今应用的生物质能有4种:木材及农产品、固体废物和垃圾气体、酒精燃料以及石油废弃产品和海藻产生的CH4。生物质能的开发利用技术包括3个主要方面:直接燃烧、利用生物化学技术和热化学技术转换。根据技术发展的过程又可以分为传统的利用方法和现代利用两种类型。传统技术是指直接将有机物燃烧掉，这是人类沿用了数千年的古老方法，其利用率低且会产生大量的环境污染。目前人们正在大力开发的是现代生物质能的利用技术［5］。生物质能重点研究对象在农村，主要是通过沼气、垃圾资源化利用等供能系统实现生物质能与住宅的一体化应用。1.2.1农作物秸秆转化。农作物秸秆是农业生产的重要副产品，也是我国农村的传统燃料。目前我国农作物秸秆年产出量约为7.00x1081,相当于3.48x108t标准煤，除有约40%作为饲料、肥料和工业原料，尚有60%可用于能源开发利用，约相当于2.10x108t的标准煤。秸秆转化主要利用热化学反应的原理，在密闭缺氧装置内，采用自热干馏热解法，使秸秆释放出可燃混合气体。这种混合燃气中含有CO、H2、CH4等有效成分，亦称生物质气。秸秆从气化装置的上部由螺旋推进器或人工加入，依靠重力或外力加压，由上部逐渐落入底部，点燃秸秆，发生热解反应后生成可燃气体，可燃气体从出气口逸出，经过净化装置去除杂质，生物质气再与空气二次混合，在灶具中燃烧，供用户使用［6］。1.2.2沼气利用。据估算，目前我国禽畜粪便资源总量约26.00x108t，相当于1.12x108t标准煤。禽畜粪便除一部分作为肥料外，其他部分可以用于发展农村沼气，约相当于0.60x108t标准煤。另外，农村居民的生活垃圾及一部分建筑废弃物也可以用于沼气利用，建筑废弃物沼气化利用是以生活污水和固体废弃物为原料生产沼气，以达到减少建筑废弃物对环境的危害和就地循环利用中水的目的。在新农村住宅中，重点是对沼气技术，尤其是小型用户沼气技术加以一体化应用，实现农村住宅的集中供气和供暖。一般来说，农村一户3~4口人的家庭，建一口容积为8m3左右的沼气池即可满足一家人用电、烧饭、取暖等用途。所以说，沼气是发展农村新能源、建设节约型社会的现实选择。1.3雨水在新农村住宅中的运用在生活中，人们消耗的很大一部分洁净水（约33%）是用来冲洗卫生间、清洗建筑、浇灌花园的，并且实际上大约有50%的饮用水可以通过雨水来代替，由此可以看出水资源节约的潜力。〃水系统”的利用往往从收集雨水开始，是通过大自然的水循环来设计建筑内小环境的水的循环利用，充分体现了生态建筑内小环境与自然的大生态环境的交流。雨水不仅可以作为中水使用，还可以冷却建筑外围结构或建筑构成元素［7］。1.3.1中水回用。在新农村住宅中，雨水首先是作为中水使用，通过绿化屋顶收集而来，经过适当的净化，用以灌溉花园、清洗和卫生间冲水等。在农村住宅设计中应考虑设置独立完善的中水处理系统。收集的雨水可作为中水，经过净化处理而被存储用于冲洗厕所和浇灌等，而多余的中水则通过水坑渗入地下，重新被土壤吸收。比较好的方法是实行分质供排水。供水系统可设2条不同的管网:一条输送目前普通的饮用水和自来水，主要用于洗涤蔬菜、衣物和生活饮用等；另一条为中水管道，输送经中水设施净化处理的雨水，主要用于环境卫生清洗，以及冲洗厕所等［8］。1.3.2冷却效应。其次是用雨水冷却建筑外围护结构。在住宅周围的蒸发效应可以有效地促进自然通风，还能用来冷却住宅的外围护结构，达到夏季降温的目的。比如在新农村住宅中设置天井或庭院，并在其中设置储水池。这些天井或庭院与自然相通，收集雨水存于储水池中，利用雨水的蒸发效应可以有效促进自然通风，冷却住宅的外围护结构，达到夏季自然降温的目的。2结语太阳能、生物质能、水资源等多种可再生能源在新农村住宅中均有所应用，总体而言，上述供能方式可部分或全部地实现建筑用能的供应，实现建筑用能的绿色化。但在未来的发展中，如果新能源的利用能与新农村住宅相结合，进行多能互补，实现用能的耦合联供，则更具有重要的现实意义。参考文献［1］徐国英，张小松，李舒宏，等.可再生能源在建筑节能中的应用［J］.能源研究与利用，2006(3):5-9.[2]江亿.建筑节能与生活模式[J].建筑学报，2007(12):11-15.王翔，吴迪.新农村建设中建筑节能领域存在的问题研究[J].科技致富向导，2010(24):38.徐浩.太阳能利用与建筑一体化设计[J].中国住宅设施，2