東北農村清潔供暖適用技術研究

孔令令，李彪銘

(長春市規劃編制研究中心，長春 130000)

1 清潔供暖政策與背景

城鄉建設部、財政部、生態環境部和國家能源局自2017年起陸續出臺了一系列政策文件，包括《擴大中央財政支持北方地區冬季清潔取暖城市試點的通知》《關于開展中央財政支持北方地區冬季清潔取暖試點工作的通知》等。2017年6月份以來，國家陸續發放了三批財政支出，相關資金均用于北方冬季清潔取暖試點城市的運作。試點城市數量共計43個，國家財政機構根據不同試點城市情況制定了3年獎勵政策，省會城市、地級城市及縣級市均獲得了相應補助，資金分別為10億元、7億元及3億元。2017-2020年，國內北方地區的供熱面積呈現出較為穩定的增長趨勢，從191億m2增加到218億m2，其中清潔供暖面積增幅相對明顯，從82億m2增至142億m2。到2020年，試點城市清潔供暖比例已高達65%，相比于2017年增加了22%，農村的清潔供暖比例明顯提升。

2 東北農村住宅建筑概況

東北地區室內供暖情況與諸多因素息息相關，如房屋建筑的外圍結構、門窗保溫情況等。從農村建筑發展現狀來看，大部分房屋并未設置外保溫結構，一般僅有一層墻體防凍，冬天門會經常出現漏風情況，僅依靠門口掛厚簾子防凍。大部分窗戶都是單層玻璃，一般單層玻璃的傳熱系數為6.4 W/(m2·K)，玻璃傳熱系數大于墻體，如果不進行保溫防凍處理，極易導致漏風現象。這些建筑外圍機構的熱工性能相對較差，天氣越冷，墻體和外界的換熱量便會明顯提升，增加能耗，導致冬天室內溫度不能達到預期目標[1]。

3 東北農村供暖能耗現狀

東北地區使用的能源種類較多，如秸稈、薪柴、電能、煤炭等都是較為常見的能源，太陽能、生物質能等清潔能源使用相對較少。東北地區的經濟發展并不均衡，各省市地區的消費水平參差不齊，大連、沈陽、哈爾濱、長春等城市的收入、消費水平較省內其他城市偏高，城鄉差異比其他城市要小得多，這有利于促進農村能源結構的全面改善，可帶動新農村建設發展[2]。東北農村地區的家庭能源消費包括家用電器耗能、熱水耗能、冬日制熱、夏日制冷耗能等幾大部分[3]，采暖形式不同，能源形式也會有所差異，進而會帶來不同的環境影響、社會影響和經濟影響，這將導致人們居住建筑的舒適度有所差異。

從20世紀90年代起，農村能源消費結構以“煤炭+薪柴或秸稈”為主，目前逐漸過渡到“電+太陽能+煤炭”的形式，薪柴、液化氣已經逐漸成為輔助能源。由于農村地區存在較大的差異，發展程度大有不同，經濟落后地區居民仍需要依靠秸稈、薪柴等燃料進行供暖，對傳統物質能源仍存在較高的依賴性[4]。經濟條件較好地區，當地居民已經逐漸放棄了傳統的生物質能源手段，選擇了更為便利的石油、天然氣等商品性能源。商品性能源應用比例逐年提升，其中增長最快的商品能源是電力。

4 清潔能源的應用

長春、哈爾濱等東北城市正在大力推廣煤改清潔能源工作?？諝饽?、地熱能、太陽能等已經逐步成為供暖能源，其成本低，獲得了越來越高的重視。針對清潔能源進行了分析。

4.1 燃氣

燃氣經常會受到管網限制作用，一般僅在部分城郊地區方可使用。農村地區的燃氣管網敷設極易受到安全性、成本的限制，通常采用液化氣、壓縮氣能源，可以是罐裝形式也可在村落地區設置小型供氣站[5]。內蒙、山西等地的煤層資源相對豐富，正在嘗試提純煤氣層或對天然氣進行混合，將其作為清潔能源加以利用。燃氣供暖的主要形式包括集中供暖、燃氣壁掛爐+散熱器、輻射裝置供暖等。燃氣供暖技術已發展到了相對成熟的階段，市場化能力較高，可帶動整個產業發展，用戶也更容易接受這種方式。城市煤改清潔能源工程項目中，燃氣是應用最為廣泛的能源之一，燃氣使用要考慮氣源、供氣管網可靠性等方面的影響。

4.2 電力

供暖環節中，市政電力應考慮電網容量的限制，尤其是對于電網相對薄弱的農村地區，為了保證煤改項目的順利進行，必須及時對電網進行升級改造。部分企業認為農村地區開展的光伏扶貧工程所發出的電能相對較少，用于供暖供電存在成本偏高的問題，相比于光能利用，其能效等級較低，適應性相對較差。對于部分棄風棄光比例偏高的地區，可借助電力進行供暖處理。電力供暖包括電蓄熱、電直熱兩種方式。常見的電直熱方法有直熱式電暖器、電熱膜、碳纖維等，主要是戶式系統。電直熱控制方便、升溫效果良好、施工簡單，但是存在運行成本高的缺點，一般不建議采用。對于部分間歇供暖區域、局部供暖區域可選擇上述方法。電蓄熱是指帶蓄熱裝置的電供暖系統，常見的電蓄熱方法有蓄熱電鍋爐、電鍋爐+水蓄熱等[6]，可用于戶式系統和集中供暖，其中蓄熱電暖器是當下煤改電推廣的主要設備之一。電蓄熱系統合理利用了夜間谷電，可生產出全天的耗熱量，充分利用了峰谷電價，降低了運行費用，但是該系統對電力增容提出了更高的要求，一般為電直熱系統的2～3倍，系統初期投資偏大，需要采用良好的放熱控制措施，方可達到最佳效果。

4.3 空氣源熱泵

煤改電項目中應用較多的是空氣源熱泵供暖系統。其工作原理是建立在卡諾循環基礎上，通過輸入電力從低品位的空氣中獲取熱能，將其送到供暖裝置內部?？諝庠礋岜糜袩崴?、熱風型。熱風型熱泵一般需要分室設置，室內機一般放置于房間內，控制起來相對方便靈活，利于主動節能，不會有防凍方面的特殊要求，但是農戶對熱風系統、室內機噪音是否接受還有待考察。熱水型熱泵在常規熱水供暖系統中一般是配套設置，一戶一系統，其散熱方式與土暖氣大體類似，更易推廣，但不利于分室處理。相比于電直接轉化為熱，空氣源熱泵的能效更高，一份電力可產生更高熱量，對電網增容要求較小，在農村建筑中的推行更為簡單。但是空氣源熱泵在低溫條件下可能存在結霜融霜、性能下降的問題，需要考慮噪音影響，適應性有待考察。

4.4 地熱能

地熱能供暖包括中高溫地熱直接供暖、淺層地源熱泵供暖兩種。中高溫地熱直接供暖合理利用了地熱資源進行供暖，能效高，但其應用范圍、應用規模會受到地熱資源的限制。地熱井成本較高，地下直接換熱方法對管材的承壓要求相對較高，存在換熱面積大、換熱效率低、投資成本高的缺點。淺層地源熱泵供暖和空氣源熱泵極為相似，能效較高，一份電力可產生多份熱量，對電網的增容要求相對較低[7]。淺層地源熱泵供暖體系有地下水、地表水、地埋管地源熱泵三種形式。由于水資源保護方面的限制，地下水地源熱泵獲得許可的難度較高；地表水在冬季溫度偏低、易于解凍，使用頻率低；地埋管地源熱泵初始投資要求高，供暖期必須充分考慮土壤熱平衡、地埋管打孔等要求。

4.5 生物質能

生物質直接燃燒取暖的方式已經逐漸被淘汰，而生物質固體成型燃料高效燃燒供暖、沼氣燃燒供暖等更具發展前景。借助生物質固體成型燃料進行處理，方式簡單，可高效利用各類分散資源，逐步實現產業化、市場化的發展目標，但是該方法的原材料收儲運難度較大，固體燃料經常摻假，如混入垃圾煤炭等，屬于非環保型燃料，在部分地區受到了環保機構的抵制。生物質固體燃料具有熱值偏大、價格偏高的缺點，后續供暖成本明顯增加。

4.6 太陽能

太陽能的應用歷史悠久，應用研究基礎相對較好。太陽能供暖合理利用了太陽能，受到了業內人士的認可。太陽能供暖包括被動式供暖、主動式供暖兩種，根據熱媒不同，主動供暖還可分為太陽能熱水供暖、太陽能空氣供暖兩大類。為了推行太陽能供暖模式，必須充分考慮節能設計要求，盡量保證主動被動系統的有效結合。

太陽能被動式供暖中，最為典型的應用是被動太陽房。20世紀80年代開始，該方法在北方地區得到了廣泛應用，極大程度改善了東北農村室內的居住環境。被動太陽房初期投資較少，效果突出，可起到較為穩定的改善作用，為了保證室內的舒適度，必須考慮其他輔助能源的有效配合。被動太陽房要對熱分配、蓄熱、集熱等進行綜合處理和設計，以提高室內供暖效果，避免夏季過熱的問題。

太陽能熱水供暖系統建立在太陽能生活熱水的基礎上，具有良好的發展前景，其集熱技術成熟，可進行分戶或其他方式處理，可考慮季節影響，結合蓄熱共同完成供暖?？紤]到集熱器是暴露在室外環境中，因此必須充分考慮防凍要求，非供暖期則要避免設備過熱。嚴寒期地下土壤過冷，可結合地埋管熱泵系統，利用太陽能在夏季進行地下補熱，實現太陽能的全年綜合利用。

近年來，為了合理利用單層、閑置的易凍房屋，業內逐漸增加了太陽能空氣供暖系統。這一系統以空氣為媒介，具有結構簡單、價格便宜的優勢，不存在冬季凍結、非供暖期過熱的問題。非供暖期還可積極進行室內通風，改善室內環境。但以空氣為介質，集熱效率相對較小，極易導致空氣流道積塵問題，因此對蓄熱體要求較高。

4.7 余熱

余熱供暖是利用工業低品位余熱進行供暖的一種模式。其熱源成本較低，技術方面、經濟方面的可行性較高。該方法要求余熱資源必須具有足夠的穩定性，余熱資源和生產工藝息息相關，可能存在穩定性差、連續性薄弱的問題。余熱源和用戶之間存在一定距離，必須考慮遠距離輸送要求，傳送媒介要從經濟、成本、技術等角度出發綜合考慮。

5 東北農村清潔供暖發展現狀

東北地區在逐步提高清潔供暖的發展力度，取得了較好成果，空氣質量明顯提升，但是推進過程中仍存在一些問題有待解決。

5.1 清潔供暖市場尚未完全成熟

清潔供暖技術推廣中，相應管控措施仍不完善。大量清潔供暖系統存在供應體系不達標的問題，市場缺乏大型企業的加入，小型企業則存在技術水平偏低、產品質量可靠度差的問題，低價競標等情況擾亂了市場運營機制。

5.2 推廣評估措施不足

推行清潔供暖前，相關機構一般會反復論證實施方案，默認項目完成后便達到了預期效果。但相關機構并未對后續運行情況進行審核、評估，忽視了項目推廣的最終目的。工程運行中存在各類問題，不僅不利于清潔供暖的發展，甚至會增加污染程度。

6 對策和建議

一是加強政策和技術層面設計，結合地區特殊性進行合理規劃，確定清潔供暖工作的建設力度。結合階段性要求選擇相應的供暖方式，確保能源安全性，促進資源供應、基礎設施的順利建設，避免用戶因費用等問題再次使用燃煤。

二是積極加強清潔供暖設備、檢測工作的完善，制定相應的行業標準，引導標準體系的落實和完善，達到規范行業發展的目標。

三是推動用戶、企業和政府的有效合作，盡量達到多方共贏的目標。政府必須考慮因地制宜、分步實施等要求，建立清潔供暖的具體細則，提高補貼力度。充分發揮市場主導作用，吸引大量企業進入清潔供暖市場。完善技術體系，積極創新，研發得到更多簡單、經濟合理的設備，形成資金、技術和人才有效聚集的供熱市場。

四是及時評估推廣效果，保證供暖工程建設項目的順利執行。建立長效反饋機制，保證前期技術支持、后期售后服務及政策的有效性、連續性。