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莊新姝1，董良杰1，謝玉先2，王茂華1，趙曉玲3
（1.吉林農業大學工程技術學院 長春130118；2.中國人民解放軍軍需大學農業經濟管理系 長春130062；3.吉林省優質農產品中心 長春130062）
摘要：針對生物質氣化可燃氣在北方采暖期和非采暖期不同的供能方式，進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行了對比。結果表明：生物質可燃氣采暖費用（扣除秸稈原料費）與用煤采暖費用相當；結合地炕采暖，可燃氣費用與用薪材、秸稈采暖費用相當。
將生物質氣化生成可燃性氣體為農村居民供燃，是近年來在我國蓬勃發展并大力推廣的一項新技術。該技術適合我國國情，它的推廣應用是我國農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。該技術充分利用秸稈等農林廢棄物，使農民用上了優質的氣體燃料，對改善農民生活質量、縮小城鄉差距、建設生態農業具有重要意義。生物質氣化可燃氣供應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行了分析計算，以期為生物質氣化技術在北方農戶的推廣應用提供理論依據。
1生物質氣化供應北方戶用生活用能的方式
1.1非采暖期的供能方式
目前，北方農區生物質氣化可燃氣非采暖期主要用于炊事。供能方式為：用灶具完成煮飯燒水，灶具一般是大氣式燃燒器，炊事熱效率45%~55%。可燃氣用量隨每戶人口數、飲食習慣、季節不同而有所差異。對一些生物質氣化集中供氣示范點進行統計，每戶平均炊事用氣量約為6m3/d，可燃氣單價按0.15元/m3計，農戶每月需支付可燃氣費用約27元。
1.2采暖期的供能方式
北方農區采暖期（以吉林省中部長春地區為例）從11月初到次年3月末，約150d，采暖的同時可完成炊事。根據北方農民的生活習慣、傳統用能方式、現有的采暖方式及將來的發展趨勢，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村傳統的集取暖、休息多功能于一體的火炕，歷史悠久，符合農民生活習慣且成本低廉。考慮我國北方大部分農村的經濟條件，在目前及今后較長時間內仍為主要采暖方式。落地炕是傳統舊式火炕，目前推廣應用較先進的是高效預制組裝架空炕，該炕型較傳統落地炕散熱面積大、熱效率高、美觀、安裝方便，適合北方農區應用。
1.2.2架空炕（或落地炕）結合土暖氣采暖在北方較富裕的農區及小城鎮，多采用架空炕（或落地炕）結合土暖氣進行采暖。無架空炕的農戶可用落地炕，燃氣爐同時完成供應暖氣熱水、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村經濟的發展，農民生活水平的提高及農村土地資源的日益珍貴，在農村興建樓房將是發展趨勢。而農村要實現集中供暖較難，故將來的農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架空炕與地炕結合采暖地炕建在室內地下，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。隨著節能地炕的推廣，架空炕與之相結合采暖，必將成為充分利用生物質資源、節省可燃氣的一種較科學的采暖方式。
2采暖用氣量的計算與成本分析
2.1農宅保溫性能的確定
以北方農村平均住房面積70m2（長10m，寬7m，高2.8m）來計算，住宅各部分保溫措施按照《民用建筑節能設計標準》及參考文獻[2]規定如下：
外圍護墻：東、北及西面墻均為500mm厚夾心磚墻，內層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，冬季傳熱系數為0.37W/（m2·℃）。
房頂：設天棚上放置200mm厚鋸末、珍珠巖或聚苯乙烯，傳熱系數為0.49W/（m2·℃），平頂房頂要求達到相同的熱阻。
地面：設置300mm厚灰渣保溫層水泥地面，傳熱系數為0.27W/（m2·℃）。
門：0.9m×1.9m雙層木門，亮子0.5m×0.9m，傳熱系數為2.33W/（m2·℃）。
窗：北窗小，南窗大，二層玻璃結構，北窗3扇共7.2m2，南窗2扇共17.5m2，傳熱系數均為1.74W/（m2·℃）。
換氣滲透次數：以每小時全房更換一次計。
2.2農宅熱負荷系數計算
針對選定的北方典型農宅，以墻體中心線為計算基線，夾心墻以室內墻體為計算基線，則農宅熱負荷系數計算見表1。
由表1可知：U·A的累加結果為：159.24W/℃。
農宅熱負荷系數為：L℃=159.24×24×3600/1000=1.376×104kJ/（℃·d），說明農宅每天室溫升高1℃，需要熱量1.376×104kJ。
單位建筑面積熱負荷系數為：SL℃=1.376×104/70=196.55kJ/（m2·℃·d），即農宅單位建筑面積每天室溫升高1℃，需要熱量196.55kJ。
目前農村非節能建筑的單位建筑面積熱負荷系數高達300~350kJ/（m2·℃·d）[2]，大約是節能建筑的1.5~1.75倍。
目前我國北方農村大部分地區的實際情況是：房屋圍護結構質量較差，冬季僅居室溫度能達到12℃~15℃，其余房間則在3℃~5℃，少數在0℃以下。我國農村小康住宅標準定為15℃，故計算時分別以12℃和15℃作為室內基準溫度，室外基準溫度取長春地區采暖期平均氣溫-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%，可燃氣熱值取北方農區最豐富的玉米秸稈可燃氣平均熱值Qg=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氣，估取綜合效率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。
若農宅安裝節能地炕，炕深1.3m，炕內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=農林廢棄物低位熱值×地炕體積×炕內填料密度×填充容積×地炕綜合熱效率×填料次數=15177×（1/6×70×1.3）×120×90%×70%×2=3.48×107kJ。
當室內溫度12℃時，該農宅采暖期可燃氣用量：GK=（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氣費用為315元（12℃）或521.25元（15℃），扣除農民賣秸稈所得費用，實交采暖費252元或417元。
根據長春地區采暖期10年月平均氣溫，可計算出不同采暖月份可燃氣用量。采暖期每天每平方米建筑面積可燃氣耗用量如圖1所示。
以上計算，是結合北方節能型建筑進行的，非節能型農村住宅，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%，所需采暖燃氣量與按節能房計算值大體相符。
3結論
1）生物質氣化為村鎮居民供燃是一項適合我國國情、正在全國推廣的新技術，其采暖用氣量隨地理位置、房屋圍護結構、室內要求采暖溫度等不同而不同。就長春地區而言，當室溫達到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的典型農村住宅，每年生物質可燃氣采暖費用為1620元（室溫12℃）或1826.25元（室溫15℃），扣除農民賣秸稈原料的收入，需支付采暖費1296元或1461元；若室內安裝節能地炕，采暖可燃氣費用分別為315元或521.25元，扣除秸稈原料費，采暖可燃氣費用只需252元或417元。
3）與用煤、薪材、秸稈等燃料采暖相比，生物質可燃氣采暖費用（扣除秸稈原料費）與用煤采暖費用相當；結合地炕采暖，可燃氣費用與用薪材、秸稈采暖費用相當。
參考文獻
1莊新姝.生物質能高新轉換技術及玉米秸稈氣化應用的研究[D]：[碩士學位論文].長春：吉林農業大學工程技術學院，1998
2王麗娟，張建平，陳榮耀等.黑龍江省農村能源消費的小康標準探析[A].見：季秉厚主編.中國北方寒冷地區農村能源暨新能源研究與應用進展[C].呼和浩特：內蒙古大學出版社，1997.39~42
3孫立等.秸稈類低質生物質原料熱解氣化技術及其應用評價[J].農村能源，1995，（3）：14~16 |
