唐山農(nóng)村地區(qū)不同供暖形式下室內(nèi)溫度研究

史新立 岳麗芳

(唐山學(xué)院，河北 唐山 063000)

近年來，以霧霾為代表的環(huán)境問題得到越來越多的關(guān)注。長期以來，北方地區(qū)冬季取暖以燃煤為主。截至2016年年底，我國北方地區(qū)城鄉(xiāng)建筑取暖總面積約206億m2，其中燃煤取暖面積約83%，取暖用煤年消耗約4億t標(biāo)煤，其中散燒煤(含低效小鍋爐用煤)約2億t標(biāo)煤，主要分布在農(nóng)村地區(qū)。同樣1 t煤，散燒煤的大氣污染物排放量是燃煤電廠的10倍以上，所以散燒煤取暖已成為我國北方地區(qū)冬季霧霾的重要原因之一，而強化農(nóng)村地區(qū)燃煤污染治理則成為大氣污染治理的重中之重。

近年來，隨著“煤改清潔能源”政策的推出和廣泛實施，農(nóng)村地區(qū)煤作為唯一供暖燃料的時代已經(jīng)結(jié)束，天然氣、電能等在供暖中開始發(fā)揮重要作用。

1 目前寒冷地區(qū)農(nóng)村主要供暖方式

1.1 燃煤土暖氣供暖

土暖氣是一種不采用任何動力設(shè)備，利用供回水溫度差產(chǎn)生的密度差作為循環(huán)動力的供暖系統(tǒng)。農(nóng)戶利用煤燃燒或生活做飯的余熱加熱爐灶內(nèi)盤管中的水，并使其依靠重力循環(huán)流入各房間散熱器，以對流和輻射的形式向房間提供熱量，提高房間溫度。

據(jù)調(diào)查，農(nóng)村地區(qū)燃煤鍋爐的熱效率僅為30%～40%，甚至不及大型燃煤鍋爐的一半，造成能源的嚴(yán)重浪費；除此之外，農(nóng)村地區(qū)燃煤后的煤渣大部分直接丟掉，沒有經(jīng)過回收處理，造成生活環(huán)境的惡化，甚至破壞農(nóng)田水體和生態(tài)。

1.2 天然氣供暖

農(nóng)村天然氣供暖主要采用燃氣壁掛爐形式，燃氣壁掛爐具有體積小、操作方便靈活、安全度高、售后有保障等優(yōu)點。

但同時，燃氣壁掛爐也存在一定的問題：

1)目前我國多數(shù)地區(qū)天然氣的價格遠高于煤，對于一些農(nóng)戶來說，采用天然氣供暖存在著一定的經(jīng)濟負擔(dān)；2)農(nóng)村各家為獨門獨戶，天然氣管道鋪設(shè)的工程量較大，難度較高；3)冬季供暖高峰期，天然氣供應(yīng)量可能出現(xiàn)不足情況。

1.3 電供暖

電供暖對于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)容量要求很高，且從能源利用與轉(zhuǎn)換的角度來看，當(dāng)前電力主要由燃煤產(chǎn)生，熱轉(zhuǎn)換成電的效率很低，而電供暖設(shè)備又將電轉(zhuǎn)為了熱，從而導(dǎo)致大部分能量在轉(zhuǎn)換過程中被浪費，造成典型的“高能低用”現(xiàn)象。

根據(jù)使用方式的不同，目前農(nóng)村常用的電供暖形式有電熱水鍋爐直接供暖、電熱膜供暖和蓄熱式電供暖三種形式。

1)電熱水鍋爐直接供暖。電熱水鍋爐是一種將電能轉(zhuǎn)化成熱能直接加熱水，并借助循環(huán)泵使熱水在管道中循環(huán)來滿足供熱需求的供暖設(shè)備。

2)電熱膜供暖。電熱膜供暖是以電熱膜為發(fā)熱體，主要靠輻射傳熱的供暖技術(shù)。電熱膜供暖首先使房間墻壁、地面等物體被加熱，然后均勻提高室內(nèi)溫度。

電熱膜供暖設(shè)備隱藏在家具或天棚內(nèi)，無裸露物體，美觀性好，與傳統(tǒng)熱水供暖相比，節(jié)省了管道和散熱器的空間；且采用電熱膜供暖時，每個房間都設(shè)有溫控器，可實現(xiàn)不同房間的單獨控制。盡管電熱膜供暖有許多優(yōu)點，但也有不足之處，其一次成本較高，且維修復(fù)雜，需由專業(yè)人員完成。

3)蓄熱式電供暖。蓄熱式電供暖是利用夜間谷電蓄熱，從而滿足白天用熱需求的供熱方式。蓄熱式電供暖能有效降低農(nóng)戶的供熱費用，但在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)室外溫度較低、房間面積較大時，容易出現(xiàn)供熱量不足的情況。

1.4 空氣源熱泵供暖

空氣源熱泵是以室外空氣為低位熱源，利用高位電能作為驅(qū)動力，將低位熱源熱量轉(zhuǎn)移至室內(nèi)并加以利用的設(shè)備。空氣源熱泵既可以冬季供暖又可以夏季制冷，綜合性能好；但其缺點是投資費用較高，能耗大，且冬季設(shè)備性能受室外溫度影響，室外溫度越低，舒適性越差。

為解決熱泵受室外溫度影響的問題，近幾年專門研究了可用于北方農(nóng)村供暖，能夠在-20 ℃溫度下啟動的低溫雙級壓縮熱泵系統(tǒng)和準(zhǔn)二級壓縮系統(tǒng)，具有排氣溫度低、壓比小，運行效率高等特點。

2 唐山農(nóng)村地區(qū)不同供暖形式室內(nèi)溫度分析

根據(jù)實地考察得知，當(dāng)前，唐山農(nóng)村地區(qū)冬季采用的取暖形式主要有燃煤土暖氣供暖、燃氣壁掛爐供暖、電熱水鍋爐供暖及電熱膜+蓄熱式電供暖四種，其中電熱膜+蓄熱式電供暖用戶，晚上主要用電熱膜供暖，白天則利用蓄熱式電供暖。

2.1 測試狀況簡介

2.1.1測試對象

本次測試選取唐山市農(nóng)村地區(qū)12戶普通農(nóng)宅作為研究對象，建立供暖監(jiān)測系統(tǒng)。其中，采用燃煤供暖、燃氣壁掛爐供暖、電熱水鍋爐供暖及電熱膜+蓄熱式電供暖形式的分別為三戶。

2.1.2測試內(nèi)容及儀器設(shè)備

本次測試參數(shù)主要為室內(nèi)外溫度，室內(nèi)溫度由溫濕度自記儀記錄，測試點主要布置在距地面高度0.8 m～1.6 m且距離墻壁和熱源大于0.5 m處，室外溫度由小型氣象站測得。

室內(nèi)外溫度檢測數(shù)據(jù)記錄時間間隔為15 min，檢測天數(shù)為7 d，測試時間為2019年1月21日～2019年1月27日。

2.2 測試結(jié)果

2.2.1室外溫度

室外溫度測試結(jié)果見圖1，從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，測試期間農(nóng)村室外溫度在-8.5 ℃～12 ℃之間，每日凌晨5:00～6:00，室外溫度達到最低值，13：00～14:00，室外溫度達到最高值，且在1月25日～1月27日，溫度有一個明顯的下降。

2.2.2室內(nèi)溫度

圖2為四種不同供暖方式下，室內(nèi)溫度的測試結(jié)果，從圖2中可以看出，采用燃煤供暖及燃氣壁掛爐供暖時，室內(nèi)溫度在10 ℃～17 ℃之間；而采用電供暖時，無論是電熱水鍋爐供暖還是電熱膜+蓄熱式電供暖，室內(nèi)溫度均在8 ℃～15 ℃之間，從圖2中還可以看出，室內(nèi)溫度也存在明顯的峰值和谷值，每日凌晨6：00～8:00，室內(nèi)溫度達到最低值，14：00～15:00，室內(nèi)溫度達到最高值。

2.3 測試結(jié)果分析

2.3.1相關(guān)性分析

從圖1,圖2可以發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)溫度受室外溫度的影響比較大，為進一步分析兩者之間的相關(guān)性及不同供暖形式的區(qū)別，采用spss 17.0進行了相關(guān)性分析，結(jié)果見表1。

表1 不同供暖形式下室內(nèi)溫度與室外溫度相關(guān)性分析

從表1可以發(fā)現(xiàn)，燃煤供暖、燃氣壁掛爐供暖、電熱水鍋爐供暖及電熱膜+蓄熱式電供暖四種供暖形式下的室內(nèi)溫度均與室外溫度有顯著的相關(guān)性，且燃氣壁掛爐供暖的相關(guān)性最大，而燃煤供暖的相關(guān)性最小。

產(chǎn)生以上結(jié)果的原因主要包括以下方面：

1)外墻未保溫。農(nóng)村住宅的外墻多為37墻，內(nèi)外抹灰，且普遍缺乏保溫做法，主要由于住宅設(shè)計施工過程中沒有專業(yè)技術(shù)人員進行指導(dǎo)和監(jiān)督，且農(nóng)戶本身建筑節(jié)能意識淡薄，沒有發(fā)現(xiàn)其重要性和必要性；同時經(jīng)濟條件的限制也是主要影響因素。

2)設(shè)備供熱不足。各農(nóng)戶配備的設(shè)備供熱能力有限，當(dāng)室外溫度較低時，供熱量與需熱量未完全匹配。

3)農(nóng)戶經(jīng)濟能力限制?？紤]到天然氣和電能的價格很高，住戶嚴(yán)格控制設(shè)備的啟停時間及供熱溫度，即使室外溫度很低，也寧愿通過其他方式增加熱舒適感。而相對來說，煤的價格農(nóng)戶可以接受，這也是燃煤供熱下室內(nèi)溫度與室外溫度相關(guān)性較小的原因。

2.3.2顯著性分析

為研究不同供暖形式下室內(nèi)溫度之間是否存在顯著差異，現(xiàn)將不同供暖形式的室內(nèi)溫度均值及標(biāo)準(zhǔn)差列于表2，并采用spss 17.0進行了顯著性分析，結(jié)果見表3。

表2 不同供暖形式下室內(nèi)溫度均值及標(biāo)準(zhǔn)差

表3 不同供暖形式下室內(nèi)溫度顯著性分析

從表3可以看出，燃煤供暖、燃氣壁掛爐供暖、電熱水鍋爐供暖及電熱膜+蓄熱式電供暖四種供暖形式的室內(nèi)溫度之間均存在顯著差異，且從表2中可以發(fā)現(xiàn)，不同供暖形式室內(nèi)溫度由高到低依次為燃煤供暖、燃氣壁掛爐供暖、電熱膜+蓄熱式電供暖、電熱水鍋爐供暖，且最高平均溫度與最低平均溫度之間差值達到2.3 ℃，究其原因，煤的價格較低而電的價格較高，居民為節(jié)約開銷會有意識的降低室內(nèi)溫度從而減少能源消耗量。

3 結(jié)語

唐山農(nóng)村地區(qū)無論采用何種供暖形式，其室內(nèi)溫度均與室外溫度存在顯著的相關(guān)性，該結(jié)果與外圍護結(jié)構(gòu)保溫性差、設(shè)備供熱能力不足及農(nóng)戶經(jīng)濟條件限制有很大關(guān)系。同時，不同供暖形式下的室內(nèi)溫度之間均存在顯著性差異，且燃煤供暖室內(nèi)溫度最高，而電熱水鍋爐供暖室內(nèi)溫度最低，此結(jié)果的產(chǎn)生與不同供暖形式下能源造價有關(guān)。