基于节能改造后清洁能源在北方农宅供热系统的应用与研究

摘要

我国北方农村建筑热工性能差、散煤燃烧污染严重是急于解决的现实难题。为解决这两个问题，分析了我国北方农宅的围护结构现状以及农户常用采暖形式：发现大多农宅的围护结构没有采取保温措施，需要进行节能改造;农户常用的供暖系统有煤炉、吊炕、土暖气等，较富裕的农村使用沼气或秸秆气化进行集中供热，这些系统仍存在各种有待改善的问题。 为改善农户建筑结构热工性能，对山西孝义某典型农户进行围护结构热工性能的实测与节能改造。节能改造前用EnergyPlus软件模拟分析得节能改造后该典型农户可以节省60%的供热能耗。节能改造前后，实际测量结果表明改造后墙体、窗户、屋顶的传热系数分别由国家要求限值的2.3倍、1.43倍、2.11倍下降72.7%、61.59%、64.99%，节能改造后各围护结构的性能均可以满足国家要求。实际统计改造前后单位温差生物质燃料消耗量节省了66.74%，表明节能改造取得了很好的效果，同时表明EnergyPlus模型的准确性。 为改善散煤燃烧污染严重的问题，分别以实际运行对比及模拟的方式提出2种替代散煤燃烧的清洁能源供暖系统。在上述改造后的典型农户实际进行了生物质固体成型燃料炉与传统小型燃煤锅炉供热系统的运行对比。以山西吕梁归化村为例，用EnergyPlus模拟分析了生物质与太阳能联合供暖系统。从热舒适性角度分析，生物质固体成型燃料炉单独运行系统以及太阳能与生物质联合供暖系统的室内平均温度分别为 17.39℃，17.18℃，PMV值均始终在±0.5以内，PPD值表明始终有90%以上的人对该热舒适度满意;对于燃煤锅炉系统虽室内平均温度14.52℃可以达到设计温度，但其波幅大，最冷可低至10.36℃，此时PMV值为-1.18，37%的人对此热环境不满意。建议相关规范将北方农村住宅室内设计计算温度从14℃提高到16℃。在经济性方面，生物质固体成型燃料炉单独运行费用年值最低2079.39元，燃煤锅炉次之2543.80元，联合供暖系统最高2432～3255元，但其运行费用最低1023元。如果政府对联合供暖系统予以相应的补贴，它才可以较好的推广。环保性方面，联合供暖系统最优，燃煤锅炉最差。综上所述，生物质固体成型燃料炉适合在所有北方农村推广，生物质与太阳能联合和供暖系统适合在较富裕的北方农村推广。本文为北方农户节能改造与清洁供暖改造提供了相应的参考数据。

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