莊新姝¹，董良杰¹，謝玉先²，王茂華¹，趙曉玲³

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院 長春130118；2.中國人民解放軍軍需大學(xué)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理系 長春130062；3.吉林省優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品中心 長春130062）

　　摘要：針對生物質(zhì)氣化可燃?xì)庠诒狈讲膳诤头遣膳诓煌墓┠芊绞剑M(jìn)行了用氣量及成本的研究與分析計算，得出不同采暖月份單位建筑面積的采暖耗氣量，并與用煤、薪材及秸稈采暖所需費用進(jìn)行了對比。結(jié)果表明：生物質(zhì)可燃?xì)獠膳M用（扣除秸稈原料費）與用煤采暖費用相當(dāng)；結(jié)合地炕采暖，可燃?xì)赓M用與用薪材、秸稈采暖費用相當(dāng)。

　　將生物質(zhì)氣化生成可燃性氣體為農(nóng)村居民供燃，是近年來在我國蓬勃發(fā)展并大力推廣的一項新技術(shù)。該技術(shù)適合我國國情，它的推廣應(yīng)用是我國農(nóng)村生活用能的一次重大變革。目前，除吉林省外，在山東、北京、天津、遼寧、黑龍江、海南等省市已推廣300余處。該技術(shù)充分利用秸稈等農(nóng)林廢棄物，使農(nóng)民用上了優(yōu)質(zhì)的氣體燃料，對改善農(nóng)民生活質(zhì)量、縮小城鄉(xiāng)差距、建設(shè)生態(tài)農(nóng)業(yè)具有重要意義。生物質(zhì)氣化可燃?xì)夤?yīng)北方生活用氣量在采暖期和非采暖期有著顯著差別，非采暖期主要用于炊事；而采暖期進(jìn)行采暖的同時可完成炊事。本文分別就這兩個時期戶用生活用氣量與成本進(jìn)行了分析計算，以期為生物質(zhì)氣化技術(shù)在北方農(nóng)戶的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

　　1生物質(zhì)氣化供應(yīng)北方戶用生活用能的方式

　　1.1非采暖期的供能方式

　　目前，北方農(nóng)區(qū)生物質(zhì)氣化可燃?xì)夥遣膳谥饕糜诖妒隆９┠芊绞綖椋河迷罹咄瓿芍箫垷罹咭话闶谴髿馐饺紵鳎妒聼嵝?5%~55%。可燃?xì)庥昧侩S每戶人口數(shù)、飲食習(xí)慣、季節(jié)不同而有所差異。對一些生物質(zhì)氣化集中供氣示范點進(jìn)行統(tǒng)計，每戶平均炊事用氣量約為6m³/d，可燃?xì)鈫蝺r按0.15元/m³計，農(nóng)戶每月需支付可燃?xì)赓M用約27元。

　　1.2采暖期的供能方式

　　北方農(nóng)區(qū)采暖期（以吉林省中部長春地區(qū)為例）從11月初到次年3月末，約150d，采暖的同時可完成炊事。根據(jù)北方農(nóng)民的生活習(xí)慣、傳統(tǒng)用能方式、現(xiàn)有的采暖方式及將來的發(fā)展趨勢，可將采暖方式歸納為以下4種。

　　1.2.1落地炕或架空炕采暖北方農(nóng)村傳統(tǒng)的集取暖、休息多功能于一體的火炕，歷史悠久，符合農(nóng)民生活習(xí)慣且成本低廉。考慮我國北方大部分農(nóng)村的經(jīng)濟(jì)條件，在目前及今后較長時間內(nèi)仍為主要采暖方式。落地炕是傳統(tǒng)舊式火炕，目前推廣應(yīng)用較先進(jìn)的是高效預(yù)制組裝架空炕，該炕型較傳統(tǒng)落地炕散熱面積大、熱效率高、美觀、安裝方便，適合北方農(nóng)區(qū)應(yīng)用。

　　1.2.2架空炕（或落地炕）結(jié)合土暖氣采暖在北方較富裕的農(nóng)區(qū)及小城鎮(zhèn)，多采用架空炕（或落地炕）結(jié)合土暖氣進(jìn)行采暖。無架空炕的農(nóng)戶可用落地炕，燃?xì)鉅t同時完成供應(yīng)暖氣熱水、加熱火炕及部分炊事活動。這種方式簡便適用，采暖效果好，只是成本較前者高。

　　1.2.3單用土暖氣采暖隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)民生活水平的提高及農(nóng)村土地資源的日益珍貴，在農(nóng)村興建樓房將是發(fā)展趨勢。而農(nóng)村要實現(xiàn)集中供暖較難，故將來的農(nóng)村樓房可能全部用土暖氣采暖或個別房間用架空炕采暖。

　　1.2.4架空炕與地炕結(jié)合采暖地炕建在室內(nèi)地下，炕面是地面的一部分，約占房屋建筑面積的1/6，炕深1.2~1.3m，以鋸末、樹葉、稻殼、秸稈等農(nóng)林廢棄物為原料。一個采暖期投2~3次料，燃料在炕中陰燃供暖。隨著節(jié)能地炕的推廣，架空炕與之相結(jié)合采暖，必將成為充分利用生物質(zhì)資源、節(jié)省可燃?xì)獾囊环N較科學(xué)的采暖方式。

　　2采暖用氣量的計算與成本分析

　　2.1農(nóng)宅保溫性能的確定

　　以北方農(nóng)村平均住房面積70m²（長10m，寬7m，高2.8m）來計算，住宅各部分保溫措施按照《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》及參考文獻(xiàn)[2]規(guī)定如下：

　　外圍護(hù)墻：東、北及西面墻均為500mm厚夾心磚墻，內(nèi)層240mm，外層120mm，中間夾120mm厚珍珠巖或聚苯乙烯；南墻為370mm厚實心磚墻，各墻里外抹石灰漿20mm，冬季傳熱系數(shù)為0.37W/（m²·℃）。

　　房頂：設(shè)天棚上放置200mm厚鋸末、珍珠巖或聚苯乙烯，傳熱系數(shù)為0.49W/（m²·℃），平頂房頂要求達(dá)到相同的熱阻。

　　地面：設(shè)置300mm厚灰渣保溫層水泥地面，傳熱系數(shù)為0.27W/（m²·℃）。

　　門：0.9m×1.9m雙層木門，亮子0.5m×0.9m，傳熱系數(shù)為2.33W/（m²·℃）。

　　窗：北窗小，南窗大，二層玻璃結(jié)構(gòu)，北窗3扇共7.2m2，南窗2扇共17.5m²，傳熱系數(shù)均為1.74W/（m²·℃）。

　　換氣滲透次數(shù)：以每小時全房更換一次計。

　　2.2農(nóng)宅熱負(fù)荷系數(shù)計算

　　針對選定的北方典型農(nóng)宅，以墻體中心線為計算基線，夾心墻以室內(nèi)墻體為計算基線，則農(nóng)宅熱負(fù)荷系數(shù)計算見表1。

　　由表1可知：U·A的累加結(jié)果為：159.24W/℃。

　　農(nóng)宅熱負(fù)荷系數(shù)為：L℃=159.24×24×3600/1000=1.376×10⁴kJ/（℃·d），說明農(nóng)宅每天室溫升高1℃，需要熱量1.376×10⁴kJ。

　　單位建筑面積熱負(fù)荷系數(shù)為：SL℃=1.376×10⁴/70=196.55kJ/（m2·℃·d），即農(nóng)宅單位建筑面積每天室溫升高1℃，需要熱量196.55kJ。

　　目前農(nóng)村非節(jié)能建筑的單位建筑面積熱負(fù)荷系數(shù)高達(dá)300~350kJ/（m2·℃·d）^[2]，大約是節(jié)能建筑的1.5~1.75倍。

　　目前我國北方農(nóng)村大部分地區(qū)的實際情況是：房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量較差，冬季僅居室溫度能達(dá)到12℃~15℃，其余房間則在3℃~5℃，少數(shù)在0℃以下。我國農(nóng)村小康住宅標(biāo)準(zhǔn)定為15℃，故計算時分別以12℃和15℃作為室內(nèi)基準(zhǔn)溫度，室外基準(zhǔn)溫度取長春地區(qū)采暖期平均氣溫-11.24℃。采暖熱效率為綜合效率，即除去排煙損失，燃料熱量全部參與采暖。因為氣體燃料燃燒較充分，取熱效率η1約為80%，可燃?xì)鉄嶂等”狈睫r(nóng)區(qū)最豐富的玉米秸稈可燃?xì)馄骄鶡嶂礠g=5000kJ/m³；若用煤、薪材、玉米秸稈等固體

　　燃料采暖，由于其燃燒性能不如可燃?xì)猓廊【C合效率η2=60%，熱值依次為Qc=16800kJ/kg、QF=16747kJ/kg、Qs=15491kJ/kg，各種燃料采暖耗能量以及不同燃料采暖費用的計算詳見表2。

　　若農(nóng)宅安裝節(jié)能地炕，炕深1.3m，炕內(nèi)填料干基密度估取為120kg/m³，地炕綜合熱效率取70%，填充容積90%，燃料熱值取農(nóng)林廢棄物平均低位熱值15177kJ/kg，一個采暖期2次投料，則地炕采暖期可提供熱量為：

　　Qk=農(nóng)林廢棄物低位熱值×地炕體積×炕內(nèi)填料密度×填充容積×地炕綜合熱效率×填料次數(shù)=15177×（1/6×70×1.3）×120×90%×70%×2=3.48×10⁷kJ。

　　當(dāng)室內(nèi)溫度12℃時，該農(nóng)宅采暖期可燃?xì)庥昧浚篏K=（Q-QK）/（Qg·η1）=（4.32-3.48）×10⁷/（5000×80%）=2100m³；15℃時為3475m³。地炕燃料不計入成本，整個采暖期采暖可燃?xì)赓M用為315元（12℃）或521.25元（15℃），扣除農(nóng)民賣秸稈所得費用，實交采暖費252元或417元。

　　根據(jù)長春地區(qū)采暖期10年月平均氣溫，可計算出不同采暖月份可燃?xì)庥昧俊２膳诿刻烀科椒矫捉ㄖ娣e可燃?xì)夂挠昧咳鐖D1所示。

　　以上計算，是結(jié)合北方節(jié)能型建筑進(jìn)行的，非節(jié)能型農(nóng)村住宅，采暖耗能量約是計算值的1.5~1.75倍。但由于普通農(nóng)宅冬季需保證采暖溫度的一般只有東西兩個居室，廚房、貯藏間等房間溫度可由爐灶散失熱量及供暖房間開門散入熱量來保證，故其實際供暖面積約為建筑面積的60%，所需采暖燃?xì)饬颗c按節(jié)能房計算值大體相符。

　　3結(jié)論

　　1）生物質(zhì)氣化為村鎮(zhèn)居民供燃是一項適合我國國情、正在全國推廣的新技術(shù)，其采暖用氣量隨地理位置、房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)、室內(nèi)要求采暖溫度等不同而不同。就長春地區(qū)而言，當(dāng)室溫達(dá)到12℃時，單位建筑面積平均每天采暖耗氣量需1.028m³/（m²·℃）；室溫要求15℃時，采暖耗氣量需1.160m³/（m²·℃）。

　　2）對于一個建筑面積70m²的典型農(nóng)村住宅，每年生物質(zhì)可燃?xì)獠膳M用為1620元（室溫12℃）或1826.25元（室溫15℃），扣除農(nóng)民賣秸稈原料的收入，需支付采暖費1296元或1461元；若室內(nèi)安裝節(jié)能地炕，采暖可燃?xì)赓M用分別為315元或521.25元，扣除秸稈原料費，采暖可燃?xì)赓M用只需252元或417元。

　　3）與用煤、薪材、秸稈等燃料采暖相比，生物質(zhì)可燃?xì)獠膳M用（扣除秸稈原料費）與用煤采暖費用相當(dāng)；結(jié)合地炕采暖，可燃?xì)赓M用與用薪材、秸稈采暖費用相當(dāng)。

　　參考文獻(xiàn)

　　1莊新姝.生物質(zhì)能高新轉(zhuǎn)換技術(shù)及玉米秸稈氣化應(yīng)用的研究[D]：[碩士學(xué)位論文].長春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，1998

　　2王麗娟，張建平，陳榮耀等.黑龍江省農(nóng)村能源消費的小康標(biāo)準(zhǔn)探析[A].見：季秉厚主編.中國北方寒冷地區(qū)農(nóng)村能源暨新能源研究與應(yīng)用進(jìn)展[C].呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)出版社，1997.39~42

　　3孫立等.秸稈類低質(zhì)生物質(zhì)原料熱解氣化技術(shù)及其應(yīng)用評價[J].農(nóng)村能源，1995，（3）：14~16