生態(tài)住宅新能源循環(huán)利用系統(tǒng)PAGEI生態(tài)住宅新能源循環(huán)利用系統(tǒng)曹麗熱091090562摘要：隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于生活品質(zhì)要求越來越高，與此同時對能源需求也迅速擴大，主要體現(xiàn)在住宅的冷暖氣、廚用燃氣及熱水供應(yīng)上。傳統(tǒng)設(shè)備的使用，不但需要消耗大量電能和燃氣，也對電網(wǎng)造成巨大壓力?！吧鷳B(tài)住宅新能源循環(huán)利用系統(tǒng)”，利用智能控制系統(tǒng)集成了生物能、太陽能和吸收式冷熱機組，通過將有機廢物（秸桿等）轉(zhuǎn)化為沼氣，然后燃燒推動吸收式冷熱機組提供熱源。太陽能集熱板則用來輔助加熱并維持沼氣產(chǎn)率高效穩(wěn)定的最佳溫度。關(guān)鍵詞：生態(tài)住宅，新能源，節(jié)能PAGE17目錄一． 前言 11.1研究背景 11.2生態(tài)住宅共同具備的一些基本性能 11.3生態(tài)住宅有以下三大特點 2二．農(nóng)村住宅可再生能源利用設(shè)計理論 22.1相關(guān)理論基礎(chǔ) 22.1.1能源替代理論 22.1.2技術(shù)系統(tǒng)論 32.1.3耦合理論 32.2技術(shù)要素 32.3農(nóng)村住宅可再生能源利用耦合設(shè)計模式 4三．太陽能利用技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合 53.1太陽能集熱墻技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 63.2太陽能熱水技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 73.3太陽能熱采暖技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 73.4太陽能溫室技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 83.5太陽灶技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 83.6農(nóng)村太陽能建筑系統(tǒng)耦合模式 8四．生物質(zhì)能利用技術(shù)系統(tǒng)連續(xù)共生耦合 94.1沼氣池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 104.2燃池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 104.2.1燃池技術(shù)耦合系統(tǒng)經(jīng)濟綜合評價 104.3秸桿氣化技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 124.3.1基本模式 134.4旱廁技術(shù)系統(tǒng)耦合模式 13五．能源綜合利用技術(shù)系統(tǒng)一體共生耦合 135.1共生模式的共同特點 145.1.1強調(diào)能源綜合利用 145.1.2開發(fā)、利用新能源和可再生能源 155.1.3以“適宜技術(shù)”為支撐 15參考文獻 16前言1.1研究背景從中國能源發(fā)展的趨勢和環(huán)境保護的要求來看，實現(xiàn)能源與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，必須要長期實施節(jié)能優(yōu)先戰(zhàn)略，推進能源結(jié)構(gòu)“綠色化”進程，推行農(nóng)村能源的可持續(xù)發(fā)展。解決中國農(nóng)村能源環(huán)境污染的根本途徑是大力發(fā)展適合農(nóng)村的現(xiàn)代可再生能源，減少污染環(huán)境、危害健康和破壞生態(tài)的柴薪和秸稈能源使用。迫切需要解決支持農(nóng)村可再生能源發(fā)展的政策問題，尤其是如何盡快降低農(nóng)民低收入群體“享受”可再生能源的費用。在能源緊張、國家加速推進可再生能源利用的背景下，合理開發(fā)利用農(nóng)村可再生能源技術(shù)，能夠有效緩解農(nóng)村能源短缺，增加農(nóng)民收入，提高生活質(zhì)量，優(yōu)化農(nóng)村環(huán)境，促進農(nóng)村經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。所謂生態(tài)住宅是根據(jù)當?shù)氐淖匀画h(huán)境，運用生態(tài)學(xué)、建筑學(xué)的基本原理及現(xiàn)代科學(xué)手段，合理安排并組織住宅與其他相關(guān)因素之間的關(guān)系，使住宅和環(huán)境等成為一個有機的結(jié)合體。生態(tài)住宅是近年來興起的一種居住概念，它以可持續(xù)發(fā)展的思想為指導(dǎo)，意在尋求自然、建筑和人三者之間的和諧統(tǒng)一，即在以人為本的基礎(chǔ)上，利用自然條件和人工手段來創(chuàng)造一個舒適、健康的生活環(huán)境，同時又要控制對自然資源的使用，實現(xiàn)向自然索取與回報之間的平衡。1.2生態(tài)住宅共同具備的一些基本性能1)生態(tài)住宅首先要有合理的選址和規(guī)劃，要盡量保持原來已有的生態(tài)系統(tǒng)，盡量減少對周邊環(huán)境的不利影響。2)生態(tài)住宅要實現(xiàn)資源的高效循環(huán)使用，降低資源消耗，并盡量使用再生資源，而且要充分考慮有合理的自然通風(fēng)、日照、交通等。3)生態(tài)住宅要采取各種節(jié)能措施，有效地減少能源的消耗。要盡可能采用如太陽能、地?zé)?、風(fēng)能、生物能等自然能源。4)生態(tài)住宅要盡量減少廢水、廢氣、固體廢物的排放，并采用各種生態(tài)技術(shù)實現(xiàn)廢水、廢物的無害化和資源化，使其得到再生使用。5)生態(tài)住宅要積極使用各種環(huán)保建材來控制室內(nèi)空氣中各種化學(xué)污染物質(zhì)的含量，使室內(nèi)有良好的日照，自然通風(fēng)和一定標準的舒適度，保證健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。6)生態(tài)住宅要有建筑功能上的靈活性、適應(yīng)性和易于維護的建筑體系。1.3生態(tài)住宅有以下三大特點1)健康舒適?，F(xiàn)代人一生中有1/2的時間是在住宅內(nèi)渡過的，因此，改善人的生存環(huán)境，提高人的生命質(zhì)量是生態(tài)住宅的主題。它將通過各種生態(tài)技術(shù)手段合理地提高建筑室內(nèi)的舒適性，使室內(nèi)的熱舒適、光舒適、聲舒適等提到一個新的水平。當然，這個舒適是以健康為前提的。生態(tài)住宅特別強調(diào)保證室內(nèi)環(huán)境的空氣質(zhì)量，這就要求建筑物有良好的自然通風(fēng)換氣，要有充足的日照，要控制使用含有有害物質(zhì)的建筑材料，要防噪聲、防塵、防幅射。2)高效清潔。高效意味著生態(tài)住宅在整個生命周期中盡可提高資源和能源的使用效率。減少材料和能源消耗，積極采用潔凈能源和再生材料。清潔意味著生態(tài)住宅要減少排放廢物、廢水、廢氣，使廢水、廢物無害化、資源化，實現(xiàn)廢物的再利用，最大限度地減輕對自然生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。高效清潔使生態(tài)住宅把提高資源能源的利用效率和減少污染保護生態(tài)環(huán)境這兩大課題結(jié)合起來，以最低的成本和最少的污染換取最大的社會經(jīng)濟環(huán)境效益。3)和諧優(yōu)美。生態(tài)住宅對自然環(huán)境來說是清潔高效的，對使用者來說是健康舒適的，使人、建筑、自然三者的關(guān)系處在相融的和諧之中，生態(tài)住宅是在遵循生態(tài)規(guī)律基礎(chǔ)上的創(chuàng)造，它的本質(zhì)并非形式問題，而是其深刻的社會使命。由于實現(xiàn)生態(tài)目標的技術(shù)所包含的多樣性和發(fā)展變化，使得生態(tài)美的展示充滿生命力和創(chuàng)造性，生態(tài)住宅可以包含傳統(tǒng)建筑美學(xué)的文化層面和形式層面，但它是一種可以看到且感受到的全方位的和諧、優(yōu)美。因此，它是現(xiàn)代建筑發(fā)展的新階段，它的和諧將可能發(fā)展出一種內(nèi)含深刻的形式優(yōu)美[1-3]。二．農(nóng)村住宅可再生能源利用設(shè)計理論2.1相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1.1能源替代理論能源替代理論（energysubstitutiontheory）以微觀生產(chǎn)理論為基礎(chǔ)，研究整體經(jīng)濟或制造業(yè)部門的能源、資本和勞動之間的替代關(guān)系。它可以告訴我們，能源和其他生產(chǎn)投入要素在多大程度上能夠替代或互補。替代是能源經(jīng)濟學(xué)的一個基礎(chǔ)問題，包括能源的內(nèi)部替代與外部替代。內(nèi)部替代研究能源產(chǎn)品之間的替代性，如石油與煤炭的替代；外部替代研究能源與其他投入要素的替代性，如能源與資本的替代性。替代涉及投入要素的最優(yōu)配置，而環(huán)境問題的外生性則影響資本對能源的替代[4]。2.1.2技術(shù)系統(tǒng)論技術(shù)系統(tǒng)是由相互作用的輸入、運作、輸出三個子系統(tǒng)結(jié)合成特定的結(jié)構(gòu)，從而具有獨自的功能并在自然和社會環(huán)境中進化的整體。技術(shù)系統(tǒng)又可陳述為由他組織（擬為heter-organization）系統(tǒng)與自組織（self-organization）系統(tǒng)相結(jié)合的系統(tǒng)，并可用系統(tǒng)的動力學(xué)方程來描述。在現(xiàn)代科學(xué)領(lǐng)域中廣泛的使用著組織的概念，它是指按一定的目的、任務(wù)和形式加以編制，屬于一類特殊的演化過程。在邏輯上，組織是屬概念（上位概念），而自組織與他組織均是種概念（下位概念），它們都屬于組織的真子類，其基本原理包括突現(xiàn)原理、開放性原理、非線性原理、反饋原理、不穩(wěn)定性原理、支配原理、漲落原理、環(huán)境選擇原理。自組織的實現(xiàn)過程有：自創(chuàng)生、自生長、自適應(yīng)、自復(fù)制、自鎮(zhèn)定、自學(xué)習(xí)等形式。他組織系統(tǒng)的特點是原因與結(jié)果、指令與行動之間的作用（激勵）和響應(yīng)的過程，這種原因與結(jié)果、指令與行動的界限絕對分明，可作完全因果性的描述[5]。基于技術(shù)系統(tǒng)論本文將農(nóng)村住宅及可再生能源利用技術(shù)作為系統(tǒng)展開研究，把住宅系統(tǒng)分為圍護系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、用地系統(tǒng)、室內(nèi)系統(tǒng)和機械五個系統(tǒng)，把技術(shù)系統(tǒng)作為作為住宅的裝置來研究，探討技術(shù)系統(tǒng)本身的集成，繼而研究與住宅系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)[5]。2.1.3耦合理論生態(tài)學(xué)中的系統(tǒng)耦合指兩個或兩個以上性質(zhì)相近的生態(tài)系統(tǒng)具有互相親合趨勢，當條件成熟時它們可結(jié)合為一個新的高一級的結(jié)構(gòu)——功能體。當條件、參量適當時系統(tǒng)勢能延伸可使不同系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能的結(jié)合，產(chǎn)生新的高一層的系統(tǒng)，它不是原系統(tǒng)量的增大，而是新功能體——具有新質(zhì)的較高層次系統(tǒng)，它聯(lián)通兩個或兩個以上系統(tǒng)發(fā)生系統(tǒng)耦合，由此產(chǎn)生的新系統(tǒng)稱為耦合系統(tǒng)[6]。2.2技術(shù)要素耦合設(shè)計的最終的目的還是要指導(dǎo)新農(nóng)村建設(shè)，營建東北地區(qū)農(nóng)村居住模式。而營建的關(guān)鍵點就在于應(yīng)用或者發(fā)明某些適宜的、具有節(jié)能降耗和較好環(huán)境效益的技術(shù)。“適宜技術(shù)”一詞提出源于吳良鏞先生所說：“對中國建筑來講，一切先進的技術(shù)都可采用，而各種適宜技術(shù)或把傳統(tǒng)技術(shù)稍稍現(xiàn)代化一點也適應(yīng)中國的需要”，是指針對當?shù)氐淖匀坏乩須夂驐l件，采用傳統(tǒng)建筑技術(shù)并加以改進。本文所研究的農(nóng)村住宅適宜技術(shù)要素主要指生物質(zhì)能利用技術(shù)、太陽能利用技術(shù)、風(fēng)能利用技術(shù)及其它能源利用技術(shù)等（見表2-1）[3]。表2-1技術(shù)要素分類Tab.2-1Classificationoftechnologicalelements要素層面技術(shù)要素可采用的技術(shù)策略可再生能源利用利用生物質(zhì)能沼氣池技術(shù)燃池供暖技術(shù)秸稈氣化技術(shù)旱廁技術(shù)利用太陽能太陽能集熱墻體太陽能熱水系統(tǒng)太陽能采暖系統(tǒng)太陽能溫室太陽灶技術(shù)2.3農(nóng)村住宅可再生能源利用耦合設(shè)計模式為研究方便，本文把燃池技術(shù)系統(tǒng)、卵石蓄熱技術(shù)系統(tǒng)和溫室技術(shù)系統(tǒng)作為住宅的一個裝置來考慮，自耦合模式研究技術(shù)系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的集成，其關(guān)系表現(xiàn)為耦合關(guān)系，通過改進設(shè)計裝置提高其耦合度，從而提高系統(tǒng)性能。技術(shù)系統(tǒng)與住宅各個系統(tǒng)集成中，表現(xiàn)為一種耦合關(guān)系，在兩者關(guān)聯(lián)通道的耦合界面內(nèi)進行能量、物質(zhì)的交流，這種交流可以促進裝置與住宅系統(tǒng)形式上的分工，彌補每一種系統(tǒng)在功能上的缺陷；有助于各系統(tǒng)的相互適應(yīng)、相互促進；有助于耦合體的增益。分析農(nóng)村住宅的建筑要素及技術(shù)要素，通過耦合界面，構(gòu)建太陽能利用技術(shù)系統(tǒng)與住宅系統(tǒng)的應(yīng)變耦合設(shè)計模式、生物質(zhì)能利用技術(shù)系統(tǒng)與住宅系統(tǒng)的連續(xù)共生耦合設(shè)計模式、太陽能、生物質(zhì)能綜合利用技術(shù)系統(tǒng)與住宅系統(tǒng)的一體共生耦合設(shè)計模式、其它新能源利用技術(shù)系統(tǒng)與住宅系統(tǒng)的耦合設(shè)計模式（圖2-1），限于篇幅，本文主要研究前三種耦合設(shè)計模式。圖2-1耦合設(shè)計過程及模式示意圖Fig.2-1Schematicdiagramofcouplingdesignprocessandmode三．太陽能利用技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合圖3-1太陽能利用技術(shù)系統(tǒng)耦合過程及模式示意圖Fig.3-1Schematicdiagramofcouplingprocessandmodeofsolarenergyutilizationtechnologysystem應(yīng)變思想為研究太陽能利用技術(shù)系統(tǒng)與農(nóng)村住宅系統(tǒng)的耦合提供了一個很好的視角。太陽是一個巨大的能源。它輻射到達地球表面的能量高達4×1015mW，相當于每年3.6×105億tce，約為全球能耗的2000倍[7]。在設(shè)計中充分考慮太陽能技術(shù)裝置與農(nóng)村住宅系統(tǒng)耦合，對不同的耦合界面采取適宜模式及應(yīng)變策略。太陽能利用技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式主要包括太陽能集熱墻技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式、太陽能熱水技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式、太陽能采暖技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式、太陽能溫室技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式、太陽灶技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)變耦合模式。各技術(shù)系統(tǒng)在與住宅系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)界面內(nèi)進行能量的交換，形成新的耦合技術(shù)系統(tǒng)，其耦合過程見圖3-1。3.1太陽能集熱墻技術(shù)系統(tǒng)耦合模式太陽能集熱墻技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指太陽能集熱墻技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)應(yīng)變耦合，從而使建筑圍護結(jié)構(gòu)與通風(fēng)、被動式采暖以及被動式冷卻相結(jié)合，在改善室內(nèi)熱環(huán)境方面起到積極的作用。其工作原理是利用太陽輻射能量產(chǎn)生熱壓，誘導(dǎo)空氣流動，將熱能轉(zhuǎn)化為空氣運動的動能。太陽能集熱墻系統(tǒng)包括太陽能集熱墻體以及太陽能集熱屋面。在太陽輻射的作用下，將會誘導(dǎo)熱壓作用下的自然通風(fēng)，從而實現(xiàn)房間的被動式采暖與降溫。圖3-2集熱墻工作原理示意圖Fig.3-2Schematicdiagramofworkingprincipleofheatcollectingwall太陽能集熱墻體的冬季采暖工況：關(guān)閉風(fēng)閥3和4，打開風(fēng)閥1和2，室內(nèi)空氣自然通風(fēng)實現(xiàn)采暖；關(guān)閉風(fēng)閥2和3，打開風(fēng)閥1和4，室外空氣自然通風(fēng)實現(xiàn)全新風(fēng)采暖。夏季自然通風(fēng)工況：關(guān)閉風(fēng)閥1和4，打開風(fēng)閥2和3，通過自然通風(fēng)排除室內(nèi)余熱[8]。多數(shù)太陽能集熱屋面主要是針對夏季被動式制冷工況，它可以誘導(dǎo)自然通風(fēng)排除室內(nèi)余熱,提高房間換氣次數(shù)，改善夏季室內(nèi)熱環(huán)境（圖3-2）。3.2太陽能熱水技術(shù)系統(tǒng)耦合模式太陽能熱水技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指太陽能熱水技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅機械系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)應(yīng)變耦合的模式。太陽能熱水系統(tǒng)是一種利用太陽能輻射能通過能量交換把水加熱的裝置。太陽光透過玻璃進入箱體內(nèi)，被黑色表面吸收，而向外反射和對流的能量受到玻璃和箱的阻擋，被保留在箱內(nèi)，這樣箱體內(nèi)的能量不斷聚積，溫度不斷升高，甚至可達100℃～200℃。一般家庭用的熱水器水溫可達40℃～60℃。太陽能熱水系統(tǒng)一般由集熱器、貯熱裝置、循環(huán)管路和輔助裝置組成，其中集熱器是熱水器的心臟，是一種熱交換器；貯熱裝置（水箱）是太陽能熱水器，貯存熱水前減少向周圍環(huán)境散熱的裝置；循環(huán)管路的作用是連接集熱器和貯熱裝置，使之形成循環(huán)加熱系統(tǒng)；輔助裝置諸如支架，水位顯示器、溫度控制器、循環(huán)水泵各種管件接頭、夾具、閥門等零部件。3.3太陽能熱采暖技術(shù)系統(tǒng)耦合模式太陽能熱采暖技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指太陽能熱采暖技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)應(yīng)變耦合的模式。太陽能采暖包括以空氣為介質(zhì)的系統(tǒng)和以水為介質(zhì)的系統(tǒng)。太陽能空氣采暖系統(tǒng)由空氣集熱器、蓄熱裝置、風(fēng)機、輔助熱源以及風(fēng)道等組成。與后者相比，它可以避免集熱器的凍結(jié)以及腐蝕等問題，其缺點是風(fēng)機電耗較高、蓄熱裝置的體積較大、空氣滲漏較嚴重、集熱效率較低。以水為介質(zhì)的太陽能采暖系統(tǒng)是太陽能熱水系統(tǒng)的進一步發(fā)展，它的集熱效率比太陽能空氣采暖系統(tǒng)高，通過適當增加太陽能集熱器的采光面積，太陽能采暖系統(tǒng)可以和太陽能熱水系統(tǒng)聯(lián)合使用。目前，在十分重視環(huán)境保護的歐美國家，己經(jīng)建成大批集太陽能熱水和采暖于一體的復(fù)合系統(tǒng)，這為本文的研究提供新的視角。我國太陽能熱水與地板采暖復(fù)合系統(tǒng)，該系統(tǒng)己進入實驗測試階段。特別值得注意的是，地板采暖要求的水溫為40℃～45℃，這種形式采暖不僅保證了房間氣候的熱舒適性，而且其單位面積能耗大大下降，一般在20W/m2～50W/m2。通常1m2太陽能集熱器可以配置3m2～5m2采暖面積。山東建筑大學(xué)王崇杰等針對北方農(nóng)村實用火炕采暖的傳統(tǒng)習(xí)慣，設(shè)計了一種新型太陽炕系統(tǒng)。利用低溫地板輻射采暖技術(shù)改造傳統(tǒng)火炕，想成了一套太陽能采暖系統(tǒng)。太陽能卵石加熱系統(tǒng)，是基于太陽能熱水與農(nóng)村傳統(tǒng)火炕相結(jié)合的采暖系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、卵石層和交聯(lián)聚乙烯管（PE-X）組成。這種采暖形式保證了房屋的熱舒適性，而且單位面積能耗大大減少，改善了農(nóng)民的生活居住條件。3.4太陽能溫室技術(shù)系統(tǒng)耦合模式太陽能溫室技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指太陽能溫室技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護系統(tǒng)、用地系統(tǒng)和機械系統(tǒng)應(yīng)變耦合的模式。它是利用透光材料（玻璃、塑料薄膜）的透光隔熱性，人為地將種植或養(yǎng)殖場地與周圍大氣環(huán)境隔絕封閉起來，在不適于生物（植物或動物）生長繁育的季節(jié)里，造成一種適宜于生物生長發(fā)育小環(huán)境的設(shè)施。太陽能溫室用途十分廣泛?？梢杂糜诜N植水果、花卉、蔬菜；也可以用于養(yǎng)雞、養(yǎng)豬等。用于種植蔬菜、瓜果可以提前或延后上市，調(diào)劑品種，克服蔬菜露天生產(chǎn)淡旺季界限，大幅度提高單產(chǎn)。實踐證明，太陽能溫室在我國的大力推廣和應(yīng)用，為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展，農(nóng)民致富創(chuàng)出了一條新路。太陽能溫室通常要求保溫、保濕、采光和通風(fēng)。但是太陽能溫室與農(nóng)村住宅的結(jié)合，實現(xiàn)農(nóng)村建筑的可持續(xù)發(fā)展還有待于進一步的研究。3.5太陽灶技術(shù)系統(tǒng)耦合模式太陽能灶技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指太陽灶技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅室內(nèi)系統(tǒng)和機械系統(tǒng)應(yīng)變耦合的模式。太陽灶是利用輻射能烹飪食物的一種器具。它對于廣大的農(nóng)村，特別是那些缺乏燃料，而日照較好（例如我國西北和西藏）的地區(qū)有著重要的現(xiàn)實意義。近年來，我國太陽灶發(fā)展很快，到1990年，已有20萬臺，對緩解農(nóng)村能源緊缺狀況起了積極的作用[9]。太陽灶的經(jīng)濟效益和使用地區(qū)、生活習(xí)慣和常規(guī)能源的價格等因素有關(guān)。一般說來，在日照較好的地區(qū)，在正常使用情況下，每年每臺太陽灶可節(jié)約柴草約1000kg，年利用率約在30%～50%左右。按節(jié)約柴草來估算，大約兩年就可回收投資，還能節(jié)省大量勞動力，有利于改善生活條件，保護植被和生態(tài)平衡。農(nóng)村住宅設(shè)計中充分考慮太陽灶技術(shù)，對于改善人民生活狀況，提高人民生活水平具有重要意義。3.6農(nóng)村太陽能建筑系統(tǒng)耦合模式農(nóng)村太陽能建筑系統(tǒng)耦合模式是指太陽能建筑系統(tǒng)自耦合及其與住宅室內(nèi)系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、圍護系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、用地系統(tǒng)應(yīng)變耦合的模式。耦合設(shè)計的思路就是太陽能熱利用與建筑一體化設(shè)計。這就要求在建筑設(shè)計中要同時考慮兩個方面的問題，一是考慮太陽能在建筑上的應(yīng)用對建筑物的影響，包括建筑物的使用功能、圍護結(jié)構(gòu)的特性、建筑體型和立面的改變。二是考慮太陽能利用的系統(tǒng)選擇，太陽能產(chǎn)品與建筑形體的有機結(jié)合。要實現(xiàn)太陽能與建筑一體化，除集熱器建材化外，還必須在建筑設(shè)計時，將太陽能熱水系統(tǒng)的各個部件都做為建筑物構(gòu)件，在立面、結(jié)構(gòu)、給排水設(shè)計中通盤考慮，使太陽能供熱系統(tǒng)在整體上成為該建筑物不可或缺的一部分，成為農(nóng)村住宅的有機組成部分，就像從住宅中生長出來一樣。四．生物質(zhì)能利用技術(shù)系統(tǒng)連續(xù)共生耦合生物質(zhì)是指由光合作用產(chǎn)生的各種有機體，生物質(zhì)能則是以生物質(zhì)為載體，蘊藏在生物質(zhì)中的能量，即綠色植物通過葉綠素將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能而貯存在生物質(zhì)內(nèi)部的能量形式。針對東北，如何因勢利導(dǎo)，探求生物質(zhì)能的利用技術(shù)新途徑，是延長農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈，并可提高農(nóng)業(yè)、植樹造林和生態(tài)建設(shè)的經(jīng)濟效益，增加農(nóng)民收入，改善農(nóng)村環(huán)境，實現(xiàn)東北地區(qū)農(nóng)村住宅可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。圖4-1生物質(zhì)能利用技術(shù)系統(tǒng)耦合過程及模式示意圖Fig.4-1Schematicdiagramofcouplingprocessandmodeofbiomassenergyutilizationtechnologysystem連續(xù)共生是指在封閉的區(qū)間內(nèi)共生單元具有連續(xù)的相互作用；共生單元在多方面發(fā)生作用；共生關(guān)系比較穩(wěn)定且具有必然性的共生模式。沼氣池技術(shù)、燃池技術(shù)、秸稈汽化技術(shù)、旱廁技術(shù)與住宅系統(tǒng)的耦合表現(xiàn)出連續(xù)共生的關(guān)系，其連續(xù)共生的耦合是使其性能更為增益的過程。各技術(shù)系統(tǒng)在與住宅系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)界面（表4-1）內(nèi)進行能量的交換，形成新的耦合技術(shù)系統(tǒng)，其耦合過程見圖4-1。表4-1生物質(zhì)能利用技術(shù)系統(tǒng)與農(nóng)村住宅系統(tǒng)關(guān)聯(lián)界面Tab.4-1Correlationinterfaceofbiomassenergyutilizationtechnologysystemandrural4.1沼氣池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式沼氣池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指沼氣池技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)連續(xù)共生耦合的模式。沼氣池技術(shù)的研究和利用，最初的目的主要是解決能源問題，用沼氣做生活燃料，進行炊事和照明，將沼渣、沼液作為肥料，生產(chǎn)蔬菜。目前沼氣、沼渣、沼液的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，在養(yǎng)殖業(yè)、種植業(yè)方面都取得了良好的經(jīng)濟效益、社會效益4.2燃池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式燃池技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指燃池技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)連續(xù)共生耦合的模式。燃池技術(shù)系統(tǒng)是一種利用生物質(zhì)能的新型的加溫方法，是20世紀90年代在我國東北地區(qū)興起的農(nóng)村采暖技術(shù)，由當?shù)孛窬又械幕鹂谎莼鴣怼?.2.1燃池技術(shù)耦合系統(tǒng)經(jīng)濟綜合評價（1）經(jīng)濟評價方法在技術(shù)經(jīng)濟學(xué)中，對一個項目的經(jīng)濟分析采用的指標很多，有靜態(tài)評價指標，如投資回收期、投資收益率等；還有考慮資金時間價值的動態(tài)評價指標如凈現(xiàn)值、凈年值、費用現(xiàn)值與費用年值以及內(nèi)部收益率等。本文采用費用現(xiàn)值和費用年值對各加熱系統(tǒng)進行經(jīng)濟評價。費用現(xiàn)值是指投資項目按基準收益率，將各年的費用成本折現(xiàn)到投資起點的現(xiàn)值之代數(shù)和。費用現(xiàn)值可用下式計算：(4-1)[11]式中PC——費用現(xiàn)值；COi——第i年的費用；i——年利率；n——設(shè)備預(yù)計使用壽命，年；M0——初期投資費用；My——每年投入的費用。費用年值是將現(xiàn)值分攤到壽命期內(nèi)各年的等額年值?？捎孟率接嬎悖?4-2)[11]費用年值和費用現(xiàn)值指標可用于多個方案的比選，其判別準則是：費用現(xiàn)值或費用年值最小的方案為優(yōu)。（2）綜合評價各加熱系統(tǒng)的初期投資費用和每年的運行費用見表4-2和4-3，燃池加熱系統(tǒng)使用年限按20年計算，熱水加熱系統(tǒng)的使用年限按7年計算，年利率按10%計算，根據(jù)公式（4-1）和（4-2）計算費用現(xiàn)值和費用年值，結(jié)果見表4-4。表4-2加熱系統(tǒng)的投資費用Tab.4-2Investmentcostforheatingsystem表4-3加熱系統(tǒng)運行費用對照表Tab.4-3Tableofoperationcostcomparisonofheatingsystem表3-8不同使用年限的費用現(xiàn)值和費用年值（元/m2）Tab.3-8Costpresentworthandannualcostfordifferentusefullife(Yuan/m2)從表中可以看出，燃池加熱系統(tǒng)的費用現(xiàn)值和費用年值比熱水加熱系統(tǒng)分別低78.2%和87.6%。由上分析可見，燃池加熱系統(tǒng)與其他常規(guī)加熱系統(tǒng)相比，在經(jīng)濟上具有極大的優(yōu)越性，在其適用范圍內(nèi)具有較好的推廣前景。4.3秸桿氣化技術(shù)系統(tǒng)耦合模式秸稈汽化技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指秸稈汽化技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅機械系統(tǒng)和用地系統(tǒng)連續(xù)共生耦合的模式。秸稈氣化技術(shù)，就是將農(nóng)作物秸稈原料在缺氧狀態(tài)下進行加熱反應(yīng)的能量轉(zhuǎn)化過程。其特點是充分利用鄉(xiāng)村地區(qū)豐富而廉價的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢棄物，如棉稈、樹枝、玉米秸稈、花生殼等，將其轉(zhuǎn)化為高品位的燃氣并直接供應(yīng)用戶。這項技術(shù)在我國已有了10多年的發(fā)展歷史，并表現(xiàn)出更高的能效。遼寧本溪市的農(nóng)村已開始試點生物質(zhì)的集中供氣，即先將農(nóng)作物秸稈氣化，并通過供氣管網(wǎng)實現(xiàn)向各個家庭的供應(yīng)。燃氣主要成分為CO、CH4和H2，綜合熱效率可達40%以上，比直接燃燒秸稈的熱效率高出3倍以上。秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)一般由秸稈氣化機組、燃氣輸配系統(tǒng)和用戶燃氣系統(tǒng)三部分組成。4.3.1基本模式以自然村為單位，系統(tǒng)規(guī)模為數(shù)10戶至上千戶，由村氣化站負責(zé)產(chǎn)供氣系統(tǒng)的運行，并向全村供氣。據(jù)有關(guān)部門測算，一個200戶的村級秸稈氣化集中供氣系統(tǒng)工程需投資30萬元左右。若秸稈燃氣按0.12元/m3的價格收費，3～4口之家每天需用燃氣4m3～5m3，每月需付燃氣費15元～19元，系統(tǒng)的投資回收期為7年。與使用液化氣相比，每戶每年可節(jié)省200元以上的燃料費，相當于液化氣費用的一半。全國2.2億戶農(nóng)戶中如果有50%的農(nóng)戶能使用秸稈燃氣替代液化氣，每年就可節(jié)約燃料費200億元；同時，每年可以提供相當于3000萬t標準煤的優(yōu)質(zhì)商品能源，節(jié)省薪材1億m3。在節(jié)能節(jié)資的同時，還可以減少環(huán)境污染和水土流失，減少排放CO2等溫室氣體2000萬t以上[10]。4.4旱廁技術(shù)系統(tǒng)耦合模式旱廁技術(shù)系統(tǒng)耦合模式是指旱廁技術(shù)系統(tǒng)自耦合及其與住宅圍護系統(tǒng)和室內(nèi)系統(tǒng)連續(xù)共生耦合的模式。在無水沖廁所的研究方面，世界上一些科技較發(fā)達的國家早已走在了我們前面。他們或是從節(jié)水的角度考慮，或是用于沒有上、下水管道的別墅。其中有將廚、廁組合處理的傾斜式堆肥箱，把生活垃圾分解和糞便分解組合在一起處理裝置，不需任何化學(xué)藥劑，不用任何輔助設(shè)備，利用好氧原理，使垃圾受重力作用在自上向下移動過程中，體積減少了90%，使垃圾和糞便達到無害化。還有一種干廁所，在收集容器內(nèi)設(shè)一種能將糞便分解的底料，使用手動搖柄撐拌，使糞便與底料充分混合達到分解目的，還有的干廁所糞便落進容器后，大小便通過不同途徑分別進行分解，有的內(nèi)設(shè)加熱裝置保證溫度，加速分解等等。無論形式如何，這些廁所的共同點就是無需水沖、無臭、糞便分解后對環(huán)境無污染。這樣，不僅節(jié)約了大量寶貴的水，而且也使無給排水設(shè)施的地區(qū)設(shè)置室內(nèi)廁所成為可能。日本的北海道地區(qū)使用著大量的無水沖室內(nèi)干廁所，據(jù)科技報載，日本已專門研究生產(chǎn)了便器一次性使用的塑料墊圈和在冬天能保持便器恒溫的可自動沖洗、暖氣烘干、散發(fā)香氣等不同功能的廁所配套設(shè)備，還把計算機技術(shù)