【摘 要】针对我国能源供应相对紧张的局面，结合南方农村的实际，提出采用沼气热水器与地板辐射采暖相结合的方式在南方农村冬季采暖，该套系统绿节能对环境没有污染，符合当下我国提出的可持续发展以及绿中国的口号。
引言：
随着我国经济的发展，对能源的消耗与日俱增，我国是世界第二大能源生产和消费国，农村人口占大部分，在我国人口稠密的南方农村地区，冬季湿冷，而沼气是最廉价易得的可再生能源，如果能利用沼气能，在冬季为南方农村供热，以改变现阶段大部分农村家庭以电这样的高品位能源加热取暖的现状，不但可以实现南方供热，还可以节约很多用于冬季采暖的电能。
据估计，南方某一二层民居冬季采暖最大热负荷也不过4kw，据测算，1 m3 的沼气燃烧产生的热量约为24000 kj，而且在农村也只有晚上的供热需求比较大，所以通过利用沼气能来进行采暖理论上是完全可行的。
一、方案确定
1、能源来源
沼气是多种气体的混合物，一般含甲烷50～70%，其余为二氧化碳和少量的氮、氢和硫化氢等，是一些有机物质，在一定的温度、湿度、酸度条件下，隔绝空气，经微生物作用而产生的可燃性气体。每立方米纯甲烷的发热最为 34000kj，每m3沼气的发热量约为20800-23600kj。即1 m3沼气完全燃烧后，能产生相当于0.7kg无烟煤提供的热量，是一种很好的清洁燃料。本研究基于希腊研究人员f.a.batzias 等人在2003年提出了abepe 模型的计算方法，对中国农户2007 年的户均沼气产量进行了估算。公式如下
mi = ri × pi ×mif
式中：mi ——农户家庭每年投入沼气池的第i 种物质的干物质质量，kg；ri ——第i 种物质每年的产生质量，kg或t；pi ——第i 种物质投入沼气池的比例；mif ——单位质量的第i 种物质中的干物质质量分数系数，无量纲。
bi = m i× faci
式中：bi ——第 i 种物质的理论产气量，m3；faci ——第i 种物质单位质量的干物质的产气
因子（在35℃的条件下测定），m3/kg。最终可得到 bo，
在此基础上对abepe 模型进行了修正。修正后的产气量计算如下：
bu = bo ×tin × l
农村取暖式中：bu——修正后的产气量，m3/a；tin ——1.6 m 地温为t℃下的相对产气速率因子，无量纲；l——每年沼气池正常产气时间，bi 的各类计算参数如下表所示。
通过上文介绍的方法，本研究对中国各地户用沼气产气量做出了估算。结果各地的户均理论产气量bo 达到690 m3/a，在考虑当地1.6 m 地温和周年持续产气时间的情况下，对理论产气量进行了修正，整体样本中沼气农户修正产气量户均达到了450 m3/a，周年正常产气时间仅为9个月左右。其中属于南方地区的调查地修正产气量平均为571 m3/a。其中粪尿产气量占总产气量的体积分数达到95%，而秸秆只占5%左右，这说明粪尿资源是中国农村最为重要的沼气发酵原料。
所以选择农作物秸秆和动物粪便作为沼气来源供能，有利于保护环境，沼气工程在满足农户生活用能需求的同时，不但解决了生物废料的处理问题，减少了污染，还可以提供良好的有
机化肥。同时沼气都属于绿、可再生能源，环境效益显著。
2、供热方式
考虑到供热水温以及沼气加热供热相对水温有限的特性，推荐采用地板辐射采暖来尽可能多的利用热量。以某一南方某一二层民居为例，其冬季采暖热负荷最大值约为4kw。据测算，1 m3的沼气燃烧产生的热量约为20 930～25 120 kj，如果能利用这些热量来加热水至35℃，那就完全可以满足该家庭冬季的供暖需求，况且南方农村也没有必要24小时供暖，只有晚上热负荷才会大一些，平时白天该供暖系统也没有必要满负荷运行，又可以节约一大部分沼气能源用于其他生活生产需要。下表为该建筑采用地板辐射采暖的具体模拟数据：
3、供热设备
由于采用地板辐射供暖系统，对水温要求不高，我们可以采用大容积的沼气热水器来作为热量来源。其基本原理与传统的天然气以及煤气热水器类似，通过在热水器中点燃可燃气加热换热设备以得到热水，只不过燃料变为沼气。将沼气通入沼气热水器，点燃沼气加热供暖系统中循环来的回水至35℃，通过沼气热水器加热水，将热水通过水泵与建筑的地暖系统连接，
利用这部分热水作为地板辐射供暖系统的热媒，以实现南方农村冬季供暖。结合该实际建筑，利用天正暖通软件计算出冬季热负荷，然后折算出所需要的热水量，再已知沼气热水器系统和地板辐射供暖系统的效率就可以推算出每天所需要的沼气量。按照每个冬季采暖50天计算，整个冬季供暖所需要的沼气量便可以得知。再考虑一部分余量因子，对数据进行校核，然后根据这一数据加上其他用途的沼气量就可以进行选择建造沼气池规模了。同时根据沼气的用量以及热负荷选用沼气热水器的大小。
二、结论与建议
利用沼气热水器与地板辐射采暖相结合在南方农村冬季采暖理论上是完全可行的，本文未涉及沼气池的建造与管理以及沼气池冬季发酵温度和能源稳定性方面的问题。结合南方冬季热负荷相对较小的特点，该套沼气供热系统也可以结合农村生活生产的特点，利用多余的沼气能烘干粮食作物、照明、水果保鲜以及蔬菜大棚保温等。同时，沼气池废渣又是良好的有机肥料用于农村的耕作，所以建议在南方部分省份推广试点。
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