沼气增温技术是沼气科学领域的一个研究热点,也是一个难点。沼气科技工作者在利用生物质、煤炭等热源为沼气池加热增温方面做了大量的工作,取得了明显的增温效果,但因这些方法都需使用不可再生能源,而且容易产生污染,将被逐渐淘汰。因此,研究者都把目光投向取之不尽、用之不竭的清洁能源—太阳能作为沼气增温热源,太阳能增温技术必将成为沼气工程领域的一个研究重点。农村生态校园沼气系统是沼气技术应用的新模式,由于起步晚,在实践中有一些工程技术还存在缺陷,相关理论还不成熟。其中,工艺方案的设计和冬季增温问题是该系统的两大难点。针对这些问题,本文以农村生态校园为研究对象,在优化传统沼气系统的基础上,重点设计了太阳能双效增温装置的设施和结构参数,并采用先进的温度测量仪在范家寨中学进行为期3个月的太阳能增温试验,然后对试验结果进行热力学分析,最后从经济学角度对太阳能增温技术进行评价,为农村生态校园的示范和推广提供科学的理论和实践依据。本文主要研究工作和结论如下:(1)针对农村中小学粪污特点和传统沼气系统存在的问题,设计出适合北方农村中小学校的太阳能沼气系统的工艺方案。其中,着重设计了太阳能双效增温装置的增温工艺、前处理工艺、沼液冲厕工艺,并从减少热量损失的角度对沼气池的主要尺寸进行了设计。(2)选择范家寨中学生态校园示范点作为研究对象,对沼气系统太阳能增温装置的增温效果进行了试验。在试验过程中,采用温度自动记录仪,测试了沼气系统内外10个点的温度数据,绘制了相关温度变化曲线,该曲线表明太阳能双效增温装置能提高沼气池的发酵温度。(3)利用传热学的基本理论,建立了沼气系统的热平衡方程,并通过理论计算,分析了沼气系统太阳能增温装置的热利用效率,结果表明该装置的热利用率为16.57%。(4)利用经济学方法对太阳能双效增温系统评价分析,并与热水锅炉增温系统比较,结果表明太阳能增温系统具有良好的经济效益和环境效益。