城镇化进程中农户建筑的太阳能利用——以杭州市为例

1、城镇化进程中农户建筑的太阳能利用以杭州市为例按照城市蓝皮书,至2022年末,我国城镇化率达到45.7%,拥有6.07亿城镇人口。在如此迅速的城镇化进程中,能源(包括电、煤、石油、燃气等)需求的巨大增长对生态环境产生了强大压力,使能源短缺成为当前的突出问题1。目前,农村能源消费以煤和生物质能为主,占消费总量56%以上的农村生活用能有55%来自秸秆和薪柴等生物质能直接燃烧,对农业生产和农村生活环境的威逼较大,并且能源的利用效率低,而新能源的开辟又相对滞后2。在全部的能耗当中,建造能耗占有相当大的比重,因为农村住所的自建性特点,大多数住所建造缺乏专业指导,成为高能耗建造。因此,在农村城镇化进程中,可

2、再生能源,尤其是一些低成本的技术在建造领域的开辟利用有很大潜力。太阳能是一种可持续利用的清洁能源,有效利用太阳能可以大大降低建造能耗。本研究以杭州农村住所建造为研究对象,选取山地、平原、水乡三种类型的九个村举行调研,按照其建造现状、用能模式,结合对杭州地区太阳能辐射气象资料的研究,探讨该地区农村住所建造太阳能利用的有效模式。 一 杭州农村调研 1.调研村概况此次调研的三镇九村,分离是建德梅城镇(水乡型)的姜山村、龙泉村、滨江村,桐庐分水镇(山地型)的保安村、武胜村、百岁村,萧山临浦镇(平原型)的三峰村、浦二村、苎东村。其地理位置见图1。 2.农村住所建造现状 按照调研,目前各村内大部分住所建于

3、上世纪末至本世纪初。建造形式丰盛,住房多为2-3层自立小楼,部分是一层平房。使用面积大多为150-250平方米,朝向结合地形为南偏东或南偏西,住所的体形系数较大,都在0.5以上。围护结构一般无保温隔热措施,仍以砖混结构为主,墙体多为240毫米实心砖,内外抹面,条件较好的贴面砖。平屋顶和坡屋顶都有,多采用木质或铝合金单层玻璃窗。图2为部分调研村农居现状照片。 3.农村用能模式及能耗特点 本研究对上述3个镇的9个村举行了现场调查。从每个村中随即抽取50个农户举行入户问卷调查。共发放450份问卷,经回收统计有效问卷412份,问卷有效率达到91.7%。通过调查得到杭州地区农村住所用能模式及能耗的特点如

4、下:第一,农村用能普遍以液化气为主,使用率均达到90%以上,第二为木材,而传统的生物质能如秸秆的使用率不到一半。可见,目前杭州地区农村用能已经迅速改变成以商品能源为主的格局,采暖、做饭等炉具简陋,能效很低,缺少高效的能源利用技术与设备,污染较为严峻。 其次,随着农夫生活水平的提高,有半数以上的农户家中拥有空调。空调耗能约占建造总耗能的一半以上,且呈升高趋势。 夏季,新建住房的热舒服性相对较好,而居住在老房子里的人则认为室内较热,惟独极少数人认为室内很热,难以居住。 冬季,农村住所室内昼夜温差较大,一般农户都会采用各种取暖方式,以空调为主,但是属于山地丘陵地区的桐庐县的农户较多采用火炉取暖,占4

5、0%。另外,仍有不少农户在冬季不采用任何采暖方式,只是加外套着量以抵御严寒。 可见,目前农村住所的热舒服性普遍较差,提高舒服性必定导致能耗的急速升高,即使有些住户能耗不高也是以牺牲热舒服性为代价的。 第三,部分农户开头利用可再生能源,最普遍的是太阳能热水器,使用率达到72%,但利用效率还有待提高。 综上所述,杭州地区农村住所为高能耗建造,且热舒服性普遍较差,迫切地需要利用可再生能源来削减常规能源的使用。因为太阳能是一种高效、无污染的可再生能源,且简单获得,因此,加大农村太阳能的利用量可以快速、有效地提高居民室内的舒服性,并能降低建造能耗,缓解过快城镇化带来的能源和环境问题。2000-2022年

6、新能源和可再生能源产业进展计划要点中,也明确提出了在村镇住所中应大力推广太阳能建造。因此,应按照杭州地区的实际状况,进展适合的太阳能利用模式。 二 杭州地区农村住所太阳能利用模式 1.杭州地区太阳能资源评估 杭州所在的浙江省东临东海,丘陵地区占全省总面积的70%以上。受海洋和丘陵两种地形的影响,浙江地区雨云较多,对太阳辐射有较大影响。浙江省各地的太阳总辐射展现出自西北向东南方向递增的趋势。 因为杭州农村地区没有逐日太阳辐射参数,因此在本研究中,利用杭州典型气象年数据,依据太阳能资源评估方法(QX/T89-2022)对杭州地区太阳能资源举行评估3。 (1)太阳能资源丰盛程度评估 图3为典型气象年

7、全年各月太阳辐射量,从而计算出年太阳总辐射量约为4329MJ/m2,即年太阳总辐射量为1202kWh/(m2a)。按表1举行评判,杭州市的太阳能资源丰盛程度等级属于资源较贫乏。 表2为杭州全年各时节太阳辐射量的比例,可以看出,4-9月份,太阳能辐射占全年70%以上,日照辐射量相对较高。 (2)太阳能资源利用价值评估太阳能资源利用价值的评估以各月日照时数大于6小时的天数为指标,来反映一天中太阳能资源的利用价值。一天中日照时数若小于6小时,其太阳能一般没有利用价值。全年日照时数如图4所示,全年各月日照时数大于等于6小时的天数见图5所示。 由图5可知,各月的太阳日照时数大于等于6小时的天数为273天

8、,因此杭州地区的太阳能利用价值中等,其中5-9月的利用价值相对较高。 2.杭州农村住所太阳能利用模式的可行性分析 按照农村住所建造的形式特点,可以用于点式低层建造的太阳能利用类型及技术。经济适合性分析见表3。 按照以上对杭州地区太阳能资源的评估可知,虽然杭州地区年太阳能辐射总量不高,但5-9月的太阳辐射量、日照时数以及日照时数不小于6小时的天数相对较多,这恰恰是杭州地区一年中最热的几个月。因此,从气象数据来看,表3中用于和主要用于夏季的太阳能空调和家用太阳能热水器的利用价值较高,而太阳能低温地板辐射采暖技术虽然有室内舒服性高及环保等优点4,但在杭州地区冬季太阳辐射量不充沛的状况下,要发挥同样的

9、用途,其集热面积要比北方大许多,能效比不高,故建议杭州农村地区冬季采暖抉择被动式太阳能技术。 因此,基于太阳能资源评估和技术经济性综合考虑,杭州地区农村住所普遍适用的太阳能利用模式为太阳能热水系统供应洗澡及生活用水,被动式太阳房则可用来冬季采暖。 三 家用太阳能热水器 目前,杭州农村家用太阳能热水器的使用已经较为普遍,且多为真空管集热器式。建议在推广使用时留意以下几点5: 第一,在抉择产品的容量和型号时,农村沐浴标准按每人40升计算,一般抉择人均6-8支管,真空管长度180厘米以上,这样才干保证有充沛的用水量,可洗澡又可洗菜、洗碗、洗脸等。 其次,建筑之前应事先设计太阳能热水供热采暖器的安装位置,输水管道预留穿线孔,管道布局及管道保温等环节宜与建造一体化设计。安装位置最好抉择在洗手间的对应屋顶,可以削减造价,又能缩短出热水的时光。 第三,太阳能集热器应摆放在前方和上方无任何遮蔽物体的屋顶,朝向以正南或正南偏西10%为好。 四 被动式太阳房技术策略 1.杭州农村地区被动式太阳房的建筑优势6 被动式太阳房结构容易、造价低、修理量小,很适宜农村住所使用。不仅对于新建建造,在既有建造改造时也可以建设被动式太阳房。按照调研,杭州农村地区举行被动式太阳房改造及建设有以下优势。 (1)自然气候 虽然杭州地区的太阳能不算充沛,但从空气洁净程度来看,农村比城市受到的环境污染小,大气中所