北方農村地區改燃供暖分析

梁可心 楊笑培 姜繼良 向港華 徐蕓菲 檀 玉

(華北電力大學(保定),河北 保定 071000)

北方農村地區改燃供暖分析

梁可心 楊笑培 姜繼良 向港華 徐蕓菲 檀 玉

(華北電力大學(保定),河北 保定 071000)

介紹了北方農村地區供暖現狀，分析了霧霾壓力與燃煤的因果關系，說明了其改燃的必要性。依據京郊地區煤改現狀及農村家庭型供暖為主的特點，對當前幾種供暖方式就經濟、節能、可靠性、環保等方面進行了分析，指出集中供暖需進行系統改造，燃氣和蓄熱式供暖不適合大面積發展，空氣能熱泵系統適合在北方農村地區推行,為河北地區煤改氣、煤改電提供了建議。

農村供暖,建筑節能,環保

在北方地區，供熱能耗一直是主要的民用建筑能耗，并呈現快速增長趨勢[1,2]。農村供暖存在形式單一、能耗大、污染重、舒適性差等問題，城鎮化下，農村地區供暖能耗呈現快速增長，并存在不合理現象。相較于城市地區較多樣化的供暖方式，農村供暖形式多數為火炕與燃煤爐熱水供暖系統結合，其使用率達到了94%左右[3]，但綜合熱效率低下，出現能耗大而效果差的現象。農村供暖燃料絕大多數為散煤，散煤燃燒產生的污染物是等量電廠燃煤的數倍，是當前日益嚴重的霧霾問題的重要成因。解決霧霾問題，必須改善農村供暖方式。綜合能源、環境和民生等多方面因素，北方農村地區改燃供暖是一個亟待解決的問題。目前各類燃油、燃氣供暖系統以及電供暖的使用在城市地區發展，并取得一定成效，對農村地區改燃有參考意義。北方農村地區供暖的分散性，基礎設施的落后，經濟負擔較重等對改燃在農村地區的推進有較大限制。改善農村供暖不是直接照搬城市供暖，應立足農村特點、合理改燃，減少排放，提高村民生活質量。

1 現狀

1.1北方農村地區供暖情況

家庭型燃煤爐、暖氣片，是農村供暖主要方式。部分為小區域鍋爐房的集中供熱，燃料主要為未脫硫的煤，目前小部分改為天然氣或燃油。散煤的燃燒污染排放大，是北方冬季霧霾的重要成因之一，是環保改造的重點。農村地區有較為豐富的秸稈生物質能及二次能源沼氣，可作為供暖補充部分，但存在不穩定和效率低的問題，同時其燃燒產物未經處理也會造成空氣污染。

1.2地域條件限制了新型供暖方式

城市地區改燃下，成效較好的供暖方式有熱電聯產、地熱熱水為熱源的集中供熱系統；戶型燃氣小鍋爐；電供暖：電熱膜、空氣熱泵和水源熱泵供暖等。但農村地區存在較多限制性因素：居民的分散性限制了熱電聯產的利用和天然氣的管道鋪設；基礎設施落后及不健全，農村低壓配電網存在較多問題[4]，房屋外圍護結構保暖措施差[5]等都在成本上限制了改燃的推行。

1.3政策推行

國務院印發的“十三五”控制溫室氣體排放工作方案，其中要求在農村地區推動建筑節能，引導生活用能方式向清潔低碳轉變，建設綠色低碳村鎮。雄安新區的建立強調了新農村建設中必須堅持農村現代化，在新農村建設中須改變供暖的落后狀況。

2 集中供暖的改造

城鎮化下，農村地區居住趨向小區化，其集中供暖方式大多數為區域鍋爐房供暖，并普遍為燃煤鍋爐，其能耗和污染物排放情況并不比單戶樂觀。農村區域燃煤鍋爐房燃料為散煤，并無提前處理；集中供暖普遍存在輸送過程中熱量損耗。集中供暖的改造主要在兩個方面：1)燃燒方式的調整；2)末端流量及調節的改進。

燃燒方式上。熱電聯產是目前所有方式中節能和環保效益最好的方式，并為國家大力支持，可接入地區應積極接入。燃氣、電熱方式環保效益明顯，但用作集中供暖能耗大、價格高、條件較為苛刻，不適合集中供暖。筆者認為，農村集中供暖在短時間內燃煤仍是大方向。區域鍋爐房直供熱僅為16.5元/m2[6]，遠低于天然氣鍋爐房供暖，綜合成本、能源而言燃煤仍占很大優勢。但農村集中供暖并未正規化，仍停留在散煤燃燒階段。必須做好煤的脫硫脫硝的預處理工作，鍋爐應采用循環流化床鍋爐，并合理安排供暖強弱的時間段。另外，農村地緣遼闊、水豐富，可嘗試性發展地源熱泵系統進行大面積供暖，改善地源熱泵在前期階段出現的問題。末端調節方面，鍋爐房供暖都是通過區域管網經過熱水循環向建筑物內供熱，是一種“大鍋飯式”供熱包費制，沒有末端計量和調節手段，供熱水平降低，熱量浪費高于30%[7]。可以一戶設置一個熱量表，每組散熱器上安裝一個測量實際散熱量的儀表來進行熱量分配和監控。也可以通過價格上的調控，以基本熱價加計量熱價的方式取代平攤式供熱。

3 幾種家庭型供暖方式分析

3.1燃氣壁掛爐

燃氣壁掛爐是一種家用小型燃氣熱水爐，集水、火(氣)、電為一體，以一家一戶為單位，同時滿足供暖與熱水需求。燃氣壁掛爐主要燃燒天然氣并輔以電能，天然氣是低碳高品的能源，燃燒1 m3天然氣相當于2 kg自然煤[8]，同等熱值下，天然氣價格只略高于煤，低于電[9]。天然氣供暖減排效果明顯，在2015年—2016年運行下呈現良好的環保效益。但使用天然氣供暖存在初期投資較大，安全性較低，來源不足等問題。同時城市地區目前的煤改氣已顯示出弊端：天然氣消耗巨大[10]，高品低用，綜合利用率低，冬夏用氣峰谷大等。天然氣直接供暖更多的是環保要求，大面積推行會是對天然氣資源的浪費，盲目擴展燃氣供暖會加劇氣荒，加大用氣峰谷差。而且天然氣出廠價格的提高，會造成燃氣較其他方式劣勢加大。所以從成本，氣源和能源利用來看，短時間內，天然氣直接供暖不適合在北方農村大面積發展。

3.2蓄熱式電供暖

蓄熱式電暖器是“低谷蓄熱，高谷放熱”的電供暖設備。目前蓄熱方式主要為相變蓄熱和化學變化蓄熱。其中相變蓄熱電暖器能在5 h內蓄存一天的熱量[11]，并有體積較小的優點，能較好地適用于單戶供暖。2010年公開數據，蓄熱式電暖器每供暖期電費22.4元/m2，相比較于普通電暖器有很大優勢。但蓄熱式電暖器初投資較高，電網增容量較大，并且雖然其電熱效率可達90%以上，但由于電能為二次能源，其真正效率低于30%。所以，蓄熱式電暖器的使用更多地體現在減排方面，在節能方面效益不太高。近年來一些京郊農戶試用蓄熱式電暖氣，采暖效果不佳，初投資大，普通農戶140 m2房屋需要至少3臺3 000 W左右的蓄熱設備。放熱量難以控制，舒適性較差。農村住房普遍面積較大，大多為間歇式供暖，而且不同房間溫度要求差別大。目前蓄熱式電采暖不能很好地應對上述情況，還應從節能性、可控性、設備成本方面繼續改進。

3.3空氣熱泵供暖系統

熱泵系統通過制熱循環，吸收戶外空氣中的熱量，并將其轉移至室內釋放出來，是逆卡諾循環過程。空氣能熱泵系統在理論上，其能效比(COP)能達到2.8以上，其出水溫度也低于暖氣片的出水溫度，與傳統燃燒化石能源相比，熱泵系統的節能性更卓越。2015年以來，國家支持下，空氣能熱泵在多方面進行了改進。北京市某農村住宅的空氣源熱泵—散熱器低溫供暖系統試點，表明該系統能夠滿足熱舒適的要求，且供回水溫度低、溫差小，系統COP約2.8[12]。蘭州地區的噴氣增焓空氣源熱泵低溫地板輻射供暖系統試點，結果表明在環境溫度為-12.9 ℃時，系統COP大于1.85，空氣源熱泵供暖系統在寒冷條件下能穩定輸出熱能[13]。并且通過技術上的改進，已可以通過有效的化霜措施解決結霜問題，采用下送風方式來調整舒適感。空氣型熱泵末端安裝方便，預熱時間短，可以很快達到室溫要求，更適合于間歇方式，供暖環境清潔，可以避免燃煤情況下的臟亂。

政府對煤改電居民提供多種配套政策，包括財政補貼、出資進行房屋保溫改善、出臺峰谷電價優惠政策等。目前京郊地區農戶安裝使用實例，裝機費用約3 500元/臺，每戶平均要裝3臺，供暖季室內溫度基本維持在18 ℃～22 ℃，整個供暖季熱泵用電3 838 kWh/戶，如果按照0.50元/kWh，則每戶供暖費用為1 919元[14]。在國家補貼下，空氣能熱泵系統運行費用可與燃煤費用基本持平。

在農村，居民居住較分散，空氣能熱泵系統能很好地適用于此條件。且農村建筑密度低，農村居住建筑容積率不超過0.3[15]，空氣源熱泵互不影響，能有效地避免城鎮建筑密度高而空氣能熱泵相互干擾現象，可實現熱泵供暖最佳性能。同時，準二級壓縮循環、復疊循環、輔助電加熱等空氣源熱泵的改進也為北方農村地區清潔、無污染供熱提出了更多的選擇。所以以分散的空氣源熱泵作為熱源在農村地區十分具有可行性。并且空氣能熱泵系統的推行能削峰填谷，也有利于優化我國能源結構。而在實際應用時，應注意落實政策，科學有序地進行，解決目前出現的安裝，功率配置，設計施工方面的實際問題。

4 結語

第一，集中供暖可選擇便于調節的系統減少能耗，但農村集中供暖還存在多方面問題。且農村地區供暖仍以一家一戶為主，若能取消集中供暖，應盡量改為家庭型取暖。

第二，應支持空氣能熱泵系統在農村地區的推行。空氣能作為可再生能源進行供暖，將在較長時間內發揮其優勢。可將農村普遍存在的柴灶和土炕同熱泵系統結合，形成適合農村利用的供暖和生活體系。同時加強農村地區基礎設施建設。在新農村建設中提高建筑節能：進行保溫改造，加強排水、散熱建設，合理增容電網等。

第三，充分利用農村地區當地條件：農村地區太陽能和生物質，可作為供暖輔助部分，構建“太陽能+”或“生物質+”綠色模式。利用農村優勢，改進地源熱泵系統進行大面積供熱。

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AnalysisofchangeheatinginruralareasofnorthChina

LiangKexinYangXiaopeiJiangJiliangXiangGanghuaXuYunfeiTanYu

(NorthChinaElectricPowerUniversity(Baoding),Baoding071000,China)

It introduces the present situation of heating in rural areas of north China, analyzes the causal relationship between smog pressure and coal combustion, and illustrates the necessity of its modification. According to the characteristics of coal conversion status and rural household type heating in Beijing suburbs, the economic, energy saving, reliability, environmental protection and other aspects of the current several heating methods are analyzed, points out centralized heating needs to be systematic transformation, gas and regenerative heating are not suitable for large area development, air heat pump system is suitable for implementation in rural areas of north China. And some suggestions were employed.

rural heating, building energy saving, environmental protection

1009-6825(2017)28-0119-02

2017-07-21

梁可心(1981- )，女，博士，工程師

TU832

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