北方农村生态建筑的发展

北方农村生态建筑的发展——沼气农居

摘要：我国农村可利用的能源非常丰富，农村生活能源的消耗：秸秆占31%、薪柴占25%。目前大部分农村采暖和生活用能方式极为原始，使用秸秆和薪柴的传统炉灶能源利用率只有10%～15%。为解决农村生活用能，保护生态环境，促进农业循环发展，沼气农居是最受农民欢迎的能源生态工程，该技术以沼气为纽带将居住建筑、沼气池、畜（禽）舍、卫生厕所和蔬菜温室等有机结合，实现产气和积肥同步、种植和养殖并举，促进农业生产、农村生活和生态环境的和谐发展。

关键词：沼气；农居建筑；环境保护；生态建筑

1．沼气运用原理

沼气是有机物（如秸秆、杂草、树叶、人畜粪便等废弃物）经微生物厌氧消化而产生的可燃烧性气体，是多种气体的混合物，一般含甲烷60%～70%、二氧化碳30%～40%，其余为少量的氮、氨和硫化氢等。经沼气装置发酵后排出的料液和沉渣，含有较丰富的营养物质，可用作肥料和饲料。

农居建筑中的沼气系统由沼气池、输气管道和用气设备三部分组成。

沼气池是气源的产出部位，是农居建筑设计的一部分，其设计应综合考虑以下几个原则：

①地点应选在农户住房周围，地下水位较低，水源便利，且便于排泄物流入沼气池内。

②一户一池型，每个单体内建有一个小型户用沼气池，便于管理，综合利用效果好。多户一池型，是近年来发展的新池型，单体内没有沼气池，而在群体附近建一个大中型沼气池，供各户生产、生活用气和用肥。这种模式一般建于田园，沼气池需要增加保温设施，而且由专人管理。沼气池和用气设备间距不应过大，一般25米为宜。

③根据人畜粪便和秸秆等的用量，可以确定沼气池的池型和主池半径。例如，养两头奶牛一头猪的农户，池容可定为83m，主池半径1.35米左右。超过两头奶牛的农户，池容定为103m，主池半径1.5米左右。

输气管道的安装，安装前需对管道及其附件做气密性检验。主要分为室外管道和室内管路两部分。

室外管道的安装要求：

①室外管道安装要求从地下走，以减少撞击和风吹日晒，防止老化、延长使用寿命。

②管道线路须选择最近线路，从最低点开挖，使沟带有3%的坡度，便于泄水。管沟开挖不要破坏沟底原状板土，不得露有石块、砖瓦等其它尖锐物，如挖掘过深或沟底土质较软，要用细土或灰沙铺平夯实。

作者简介

王鹏，西安建筑科技大学建筑学院，硕士生，cangducun@

何文芳，西安建筑科技大学建筑学院，硕士生，52yinning@

③一般地沟深20～30厘米，如地面有机械动力运行，深度不少于60厘米，并用竹管或钢管作护套，用砖头、瓦块掩盖埋好。

④管子连接操作应在沟旁地面施工，管路粘接好后要进行试气，合格后才能盖土。

室内管路安装要求:

①室内管路应尽量安装在隐蔽处，防止撞击和阳光照射，周围最高温度不超过40℃。

②室内管路应沿墙脚、房梁架设，不得悬挂，并用钢筋扎头固定好。固定间距，一般水平管路为50厘米，直立管路为60厘米。

用气设备包括沼气灯、沼气灶具和沼气饭煲等。

2．沼气设计实践

沼气农居在建筑设计时，就应该全面考虑、合理布局，使用沼气灯的房间、烧沼气灶的厨房、蔬菜温室、沼气池的位置、农作物秸秆、树叶杂草的堆放场地、进出料口的朝向等问题，在施工中应综合安排，依次完成。另外，还要结合当地的建筑气候和地理环境，使农户地下沼气池与地上厕所、猪圈在建筑上形成整体，发酵料液按设定线路循环流动。从农居建筑的总体规划和单体的平、立、剖面设计入手，合理确定沼气池、厕所、畜厩的方位，选择相应的沼气池类型，合理安排不同使用功能的房间，使以沼气为纽带的建筑设计和村镇规划顺利进行。

（a）平面图（b）剖面图

图1 陕西关中地区沼气农居示意图

如图1所示为陕西关中地区沼气农居的试用图，主要为村镇的三口之家营造一个既能居住，又能从事农业生产和家庭副业生产的空间环境，力主将沼气的使用和生态环保的理念纳入设计之中。使人畜粪便、秸秆、杂草等能在此特定空间环境中循环转换，同时还有效利用了太阳能，既方便了生活又减少了对外界环境的污染。

此生态庭院模式以沼气的利用为主要内容，做到了人车分流、洁污分流，整个平面布置紧凑、合理，形成生态良性小循环，有效处理污水，改善人居环境，营造生态家园，增加清洁能源供给。

沼气池的细部构造，如图2所示，在整个施工过程中，先建沼气池后建上部的主体结构，沼气池建成后，用土将外露的池体覆盖，防止被破坏。沼气池是由

发酵间、水压间、储气间、进料口、出料口、活动盖、导气管等部分组成。进料口、进料管分别设在猪禽舍的地面和地下，导气管设置于储气间顶部活动盖板上，为铁管或硬质塑料管、陶瓷管，与输气管相连，将沼气送出以供使用。

3．沼气实用性分析

效益分析

①经济效益：直接的经济效益来源于养殖业、种植业、沼气和沼肥。

②生态效益：可使家园农业生态系统的物流、能流达到良性循环和合理利用，并有效地缓解农村能源紧缺、保护森林植被、改善生态环境的矛盾。建一口8～103m的沼气池，正常产气380～4503m用作燃料，每年节约柴煤2500～3000㎏，相当于0.13～0.332

hm林木一年的生长量。另外，一年提供无公害的优质有机肥相当于50㎏的硫酸铵，40㎏的过磷酸钙，15㎏的氯化钾，长期施用可改良土壤。土地连续三年施用沼肥后，土壤微生物十分活跃，有机质含量可提高16%，土壤的团粒结构改善，保水抗旱性能显著提高。

③改善农民居住环境的环卫效益：农居建筑中人厕、沼气池、畜舍具有较强的整体性，人有厕、畜有圈，卫生条件大为改观，人畜粪便及时入池，铲除了蚊蝇滋生之地。经沼气池密封发酵，寄生虫卵及病菌绝大部分均被杀灭，大大减少了各种人畜疾病发生、传播的机会。加之用沼气煮饭，干净卫生，提高了农民的生活质量。

4．结语

目前我国乡村房屋建筑总面积约为240亿平米，占全国总数的60%。约有9亿人生活在农村地区,占全国人口总数的70%以上。近十年来, 全国农村每年新建住宅面积约为7-8亿平米。中国每年大约会生产出相当于3亿吨标煤的农作物秸杆。因此，沼气农居建筑正是从现实情况出发，把现代思想观念和科学技术融入建筑的设计和施工过程中，充分接受了农作物～家禽、家畜～人～微生物～农作物的农业生态系统，使农村建筑的用能水平和用能效率提高，切实改善了室内和居住环境水平，使农村现有资源得到合理有效的利用。

参考文献

【1】刘加平.中国北方乡村建筑节能与空气品质改善技术研究.报告原文.2008.

【2】刘玉凤.等渭北旱塬户用沼气生态系统效益分析.中国沼气China Biogas 2005.

【3】李家泉.农村规划与能源建设.中国建筑学会建筑热环境综合应用与技术讨论会论文集.1989.