燃池取暖的研究现状及可行性分析
摘 要：在我国每年都会有大量的农作物秸秆浪费，近几年北方农村地区颇受欢迎的燃池取暖在满足更好的解决农作物秸秆大量浪费及焚烧情况的同时，提高了农村住宅取暖的便利同时改善了居住环境。
关键词：燃池；传统取暖方式；生物质能利用
中图分类号：TM925.6 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160532018
我国北方地区于20多年前开始应用燃池取暖，但没有大量推广，应用范围狭窄。其原理主要是以废弃农作物等生物质阴燃产生热量通过顶板辐射到室内。国内外对阴燃研究较多，大部分是集中在实验模型上的阴燃研究，应用研究较少，对利用阴燃技术的燃池取暖的研究不为多见。
1 国内外研究燃池研究现状
1.1 国内燃池采暖技术研究
农村地区有大量的农作物秸秆，北方地区的农村居民取暖以可再生能源及农作物废弃秸秆等作为燃料使用，燃烧的方式可以分为有焰燃烧和无火焰的阴燃。传统的取暖方式中火炕、火墙、土暖气、火炉等都属于有焰燃烧范围；在北方农村地区，燃池取暖所用的燃烧方式则是采用了无火焰的阴燃。
我国于20世纪80年代开始了燃池应用方面的研究。孙文策[1]是最早开始探讨燃池采暖技术分析的，对燃池的燃烧方式和供热特点加以研究分析，得出燃池散热面积大并且顶板表面温度低，比火炉等取暖有明显优势。孟贵堂[2]于1999年发表文献介绍了北方农村燃池采暖技术并且给出了燃池的定义。文献中详细介绍了燃池的建筑材料以及建造技术要求。国内学者吕爱民[3]等对燃池取暖系统的优劣势进行了分析，并且对其兴衰过程及衰落原因以及其他供暖方式的兴起对燃池的冲击加以叙述，重点阐述了燃池结构方面的弊端及改进方向。2004年郭继业[4]在北方农村地区沼气用户因冬季受温度影响导致出气率低的问题的基础上，提出了将燃池和沼气池结合搭建的新型加温系统。
白义奎，王铁良等[5]将设计完成的燃池—地中热交换系统结合起来应用于日光温室，通过实测调查研究并进行初步试验研究表明，该系统在冬季运行期间提高了土壤温度和室内温度。邱方吉等[6]研究了燃池式沼气池的建造技术，在实际应用过程中，利用燃池系统加热能够使沼气池在温度低于-30℃时照常产气。杨立新[7]采用理论与实践相结合的研究方法，把稻草砖建筑的住宅与燃池相结合组成了新的能源系统，证明燃池取暖的稻草砖房比采用燃煤取暖的普通红砖房效果好，前者的室内平均温度高。哈尔滨工业大学的刘文合[8]基于可再生能源的利用，以农作物生物质能源等为辅助，将火炕取暖与燃池取暖系统结合，构成了一种新的取暖系统。
1.2 国外燃池采暖系统的应用现状
通过对文献的检索并没有发现国外有直接研究燃池的文章，但是由于燃池采暖的应用原理及应用背景与北方传统的火炕相似，因此国外对火炕以及与火炕相似的采暖系统的研究也成为了本课题文献的参考范围。
“hypocaust”起源于古希腊时期的罗马帝国，主体位于地面以下建筑物的下方，将其与我国北方农村传统的火炕相比较是因为hypocaust也用烟道加热地板并传递热量。韩国的“ondol”，又称作温突，起源于朝鲜半岛，在中东地区也使用广泛。YEO M.S.，YANG I.H. ，KIM K.W. [9]等人通过详细的调查研究，论述了韩国住宅供暖方法经过3个阶段发展的到目前的系统。从第1阶段传统的炕由热气体通过火炉产生的循环加热到第2阶段无烟煤炕的使用，到第3阶段使用嵌入式管热水地板辐射供暖，适应住宅高层化的发展，形成了现代公寓楼热水地板辐射采暖。
2 燃池取暖与传统取暖方式对比分析
2.1 北方农村传统取暖方式
随着时代进步经济发展，城镇楼房集中式取暖方式渐渐普及，与其相对比的农村传统的火炕及火炉等取暖方式的弊端逐渐显现。传统的取暖方式能源利用率较低，室内温度较低且供热不均匀，入夜后，取暖设施无人打理，室内温度下降。与城市住宅相比较，冬季室内的空气质量有很大差距。传统的取暖方式极大的浪费了常规能源，费时费力，使人们的生活质量远落后于城市。目前传统取暖方式主要有一下几种：
火炕取暖。火炕多数用泥胚与砖块建成，内部有炕间墙，炕间墙中有烟道，较平整的石板铺设上面并以水泥摸平，炉灶用于做饭、烧水等炊事，烟气、热量通过炕体内的烟道加热炕板，最后顺烟道排出，但排出的烟气中还含有大量余热。
火墙取暖。火墙一般作为住宅内的辅助取暖所用。其原理跟火炕取暖相似，火墙与炉灶相连接，烟气通过空心墙，烟气中的热量传递给墙体，最后烟气顺烟道排到室外。墙体内部与烟道内的高温气体换热得热，火墙内的烟道越蜿蜒曲折，烟气在墙体内停留的时间就越长，对墙体加热的时间增加，火墙的墙面越热且热度越均匀，热量经墙体外表面传递到室内。与火炕相比，火墙将取暖方式立体化，当然对墙体的建筑要求也相对提高。
土暖气取暖。土暖气在我国农村地区以及城镇砖瓦房居民住宅中应用普遍。不需要动力设备，是微型化的重力循环热水供暖系统。将土锅炉置于炉灶内并注水，依靠由温度不同的供水和回水产生的密度差而产生的循环动力，使土锅炉内的水流至各散热器，从而达到取暖的效果，水在散热器内循环一圈后又回到锅炉内重新加热，继续循环。土暖气具有经济适用，干净省时等优点。
火炉取暖。火炉是用来取暖及炊事的炉子。早期的简易取暖设施，用煤炭、柴、农作物秸秆等作为燃料，燃烧产生的热量通过辐射与室内空气进行热交换，烟沿着铁皮烟囱直接排到室外，取暖的同时可以烧水。使用时将炉灰门打开可增强通风并适时勾灰，增强燃烧。与土暖气不同，火炉是将热源锅炉置于采暖房间内，且火炉的热源锅炉也是一个取暖部件。
2.2 燃池取暖在农村地区使用的可行性
火炕、火墙、土暖气及火炉取暖在北方都是较为常见的取暖方式，将其与燃池进行综合比对，分析燃池取暖使用的可行性。
空间利用。火炕会占用较大部分的空间，但是它可以当床使用，相当于在放床的位置换成了火炕，实际的空间利用率还是很高的。土暖气的散热器都紧贴墙面，对于地面以及墙面的空间没有太大影响，空间占用率并不高。火炉在实际使用的过程中周围都处于高温状态，家具等物品摆设都要与其保持距离，实际空间占有率上升。火墙与火炉有一个相似的特点便是使用时周围温度过高，但是并不是所有的墙面都有用处，火墙如果作为辅助取暖将其设在并不使用的墙面即可提高其空间利用率。燃池是建筑在房屋下方的取暖设施，完全不占用室内的空间。这几种取暖设施中燃池空间占用率最低，其次是火炕、火墙、土暖气和火炉。
能源利用。炕和火墙的能源利用率达到60%左右，而火炉由于其烟气停留时间短，能源利用只能达到40%左右。土暖气的连接的管道过长，这将会损耗许多热量。燃池取暖的燃料全部是农作物秸秆等，解决了农作物废弃物无处安置的问题；燃池取暖主要通过燃池顶板传热，辐射面积大，能源利用率高。可看出能源利用率较高的排序为燃池、火炕火墙、土暖气、火炉。
安全性。取暖设施是否安全要从2个方面考虑：是否有引发火灾的可能性。火炕、火墙、土暖气的都是由炉灶生火供热，热量由烟气传递，农村炉灶多放置于厨房，经常无人照看，且土暖气设计和操作若存在问题还会引发爆炸。燃池取暖为燃料阴燃且主体在地下，产生火灾的可能性相对较小；是否易产生有害气体。火墙、火炕、土暖气的炉灶一般都至于厨房，火炉会放置在取暖房间，火炉产生的有害气体会更易被人体吸收。燃池的原理是阴燃，在使用不当或是燃池使用多年出现裂痕时，烟气易进入屋内且不易被人察觉。因此，火墙火炕的安全性要大于燃池，火炉及土暖气的安全性相对较低。
对热环境的改善。火墙和火炕因其较高温度的炕面及墙面与室内的空气产生对流提高了室内的空气温度，火炉及土暖气虽也与室内空气产生对流且有少量的辐射效应，但是只有在它们的附近才能感觉到热量。燃池产生的热量经燃池顶板通过传导和对流方式，向室内传递热量，提高室内温度，散热面积大而且持续不间断。在对室内热环境的改善上，燃池更具有优势。
3 结语
燃池相对于农村传统的取暖方式有较大的优势，并且燃池可以充分利用农村当地废弃的农作物秸秆等生物质燃料，减少了化石能源的消耗；它对改善农村住宅室内空气质量提高农村居民的生活质量也有很大的帮助，因此在北方农村地区利用燃池取暖是可行之举，有必要推广应用。
参考文献
[1]孙文策，解茂昭.燃池的工作特点和热能利用分析[J].中国能源，1994（8）.
[2]孟贵堂.北方燃池取暖[J].农村科技开发，1999（04）：22-23，21.
[3]吕爱民.燃池的困境与出路一对一种低碳技术供暧方式的分析[J].华中建筑，2005，25（3） ：34-35.
[4]郭继业，刘中秋.北方农村户用沼气池与燃池结合建造技术（一）[J].新农业，2004（08）：56-57.
[5]白义奎，王铁良，迟道才.日光温室燃池——地中热交换系统设计[J].北方园艺，2006（06）：63-65.
[6]邱方吉，包金泉，孙范军，赵华强，李长海，窦杰凤. 燃池式沼气池建造技术[J].现代农业，2007（12）：154-155.
[7]杨立新.燃池——稻草砖民居能源系统优化设计研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2008.
[8]刘文合，李桂文.可再生能源在农村建筑中的应用研究[J]. 低温建筑技术，2007，04：110-112.
[9] YEO M.S.，YANG I.H. ，KIM K.W. .Historical changes and recent energy saving potential of residential heating in Korea[J]. Building & Environment， 2005， 40（8）：1103-1116.