北方农村地区改燃供暖分析

梁可心 杨笑培 姜继良 向港华 徐芸菲 檀 玉

(华北电力大学(保定),河北 保定 071000)

北方农村地区改燃供暖分析

梁可心 杨笑培 姜继良 向港华 徐芸菲 檀 玉

(华北电力大学(保定),河北 保定 071000)

介绍了北方农村地区供暖现状，分析了雾霾压力与燃煤的因果关系，说明了其改燃的必要性。依据京郊地区煤改现状及农村家庭型供暖为主的特点，对当前几种供暖方式就经济、节能、可靠性、环保等方面进行了分析，指出集中供暖需进行系统改造，燃气和蓄热式供暖不适合大面积发展，空气能热泵系统适合在北方农村地区推行,为河北地区煤改气、煤改电提供了建议。

农村供暖,建筑节能,环保

在北方地区，供热能耗一直是主要的民用建筑能耗，并呈现快速增长趋势[1,2]。农村供暖存在形式单一、能耗大、污染重、舒适性差等问题，城镇化下，农村地区供暖能耗呈现快速增长，并存在不合理现象。相较于城市地区较多样化的供暖方式，农村供暖形式多数为火炕与燃煤炉热水供暖系统结合，其使用率达到了94%左右[3]，但综合热效率低下，出现能耗大而效果差的现象。农村供暖燃料绝大多数为散煤，散煤燃烧产生的污染物是等量电厂燃煤的数倍，是当前日益严重的雾霾问题的重要成因。解决雾霾问题，必须改善农村供暖方式。综合能源、环境和民生等多方面因素，北方农村地区改燃供暖是一个亟待解决的问题。目前各类燃油、燃气供暖系统以及电供暖的使用在城市地区发展，并取得一定成效，对农村地区改燃有参考意义。北方农村地区供暖的分散性，基础设施的落后，经济负担较重等对改燃在农村地区的推进有较大限制。改善农村供暖不是直接照搬城市供暖，应立足农村特点、合理改燃，减少排放，提高村民生活质量。

1 现状

1.1北方农村地区供暖情况

家庭型燃煤炉、暖气片，是农村供暖主要方式。部分为小区域锅炉房的集中供热，燃料主要为未脱硫的煤，目前小部分改为天然气或燃油。散煤的燃烧污染排放大，是北方冬季雾霾的重要成因之一，是环保改造的重点。农村地区有较为丰富的秸秆生物质能及二次能源沼气，可作为供暖补充部分，但存在不稳定和效率低的问题，同时其燃烧产物未经处理也会造成空气污染。

1.2地域条件限制了新型供暖方式

城市地区改燃下，成效较好的供暖方式有热电联产、地热热水为热源的集中供热系统；户型燃气小锅炉；电供暖：电热膜、空气热泵和水源热泵供暖等。但农村地区存在较多限制性因素：居民的分散性限制了热电联产的利用和天然气的管道铺设；基础设施落后及不健全，农村低压配电网存在较多问题[4]，房屋外围护结构保暖措施差[5]等都在成本上限制了改燃的推行。

1.3政策推行

国务院印发的“十三五”控制温室气体排放工作方案，其中要求在农村地区推动建筑节能，引导生活用能方式向清洁低碳转变，建设绿色低碳村镇。雄安新区的建立强调了新农村建设中必须坚持农村现代化，在新农村建设中须改变供暖的落后状况。

2 集中供暖的改造

城镇化下，农村地区居住趋向小区化，其集中供暖方式大多数为区域锅炉房供暖，并普遍为燃煤锅炉，其能耗和污染物排放情况并不比单户乐观。农村区域燃煤锅炉房燃料为散煤，并无提前处理；集中供暖普遍存在输送过程中热量损耗。集中供暖的改造主要在两个方面：1)燃烧方式的调整；2)末端流量及调节的改进。

燃烧方式上。热电联产是目前所有方式中节能和环保效益最好的方式，并为国家大力支持，可接入地区应积极接入。燃气、电热方式环保效益明显，但用作集中供暖能耗大、价格高、条件较为苛刻，不适合集中供暖。笔者认为，农村集中供暖在短时间内燃煤仍是大方向。区域锅炉房直供热仅为16.5元/m2[6]，远低于天然气锅炉房供暖，综合成本、能源而言燃煤仍占很大优势。但农村集中供暖并未正规化，仍停留在散煤燃烧阶段。必须做好煤的脱硫脱硝的预处理工作，锅炉应采用循环流化床锅炉，并合理安排供暖强弱的时间段。另外，农村地缘辽阔、水丰富，可尝试性发展地源热泵系统进行大面积供暖，改善地源热泵在前期阶段出现的问题。末端调节方面，锅炉房供暖都是通过区域管网经过热水循环向建筑物内供热，是一种“大锅饭式”供热包费制，没有末端计量和调节手段，供热水平降低，热量浪费高于30%[7]。可以一户设置一个热量表，每组散热器上安装一个测量实际散热量的仪表来进行热量分配和监控。也可以通过价格上的调控，以基本热价加计量热价的方式取代平摊式供热。

3 几种家庭型供暖方式分析

3.1燃气壁挂炉

燃气壁挂炉是一种家用小型燃气热水炉，集水、火(气)、电为一体，以一家一户为单位，同时满足供暖与热水需求。燃气壁挂炉主要燃烧天然气并辅以电能，天然气是低碳高品的能源，燃烧1 m3天然气相当于2 kg自然煤[8]，同等热值下，天然气价格只略高于煤，低于电[9]。天然气供暖减排效果明显，在2015年—2016年运行下呈现良好的环保效益。但使用天然气供暖存在初期投资较大，安全性较低，来源不足等问题。同时城市地区目前的煤改气已显示出弊端：天然气消耗巨大[10]，高品低用，综合利用率低，冬夏用气峰谷大等。天然气直接供暖更多的是环保要求，大面积推行会是对天然气资源的浪费，盲目扩展燃气供暖会加剧气荒，加大用气峰谷差。而且天然气出厂价格的提高，会造成燃气较其他方式劣势加大。所以从成本，气源和能源利用来看，短时间内，天然气直接供暖不适合在北方农村大面积发展。

3.2蓄热式电供暖

蓄热式电暖器是“低谷蓄热，高谷放热”的电供暖设备。目前蓄热方式主要为相变蓄热和化学变化蓄热。其中相变蓄热电暖器能在5 h内蓄存一天的热量[11]，并有体积较小的优点，能较好地适用于单户供暖。2010年公开数据，蓄热式电暖器每供暖期电费22.4元/m2，相比较于普通电暖器有很大优势。但蓄热式电暖器初投资较高，电网增容量较大，并且虽然其电热效率可达90%以上，但由于电能为二次能源，其真正效率低于30%。所以，蓄热式电暖器的使用更多地体现在减排方面，在节能方面效益不太高。近年来一些京郊农户试用蓄热式电暖气，采暖效果不佳，初投资大，普通农户140 m2房屋需要至少3台3 000 W左右的蓄热设备。放热量难以控制，舒适性较差。农村住房普遍面积较大，大多为间歇式供暖，而且不同房间温度要求差别大。目前蓄热式电采暖不能很好地应对上述情况，还应从节能性、可控性、设备成本方面继续改进。

3.3空气热泵供暖系统

热泵系统通过制热循环，吸收户外空气中的热量，并将其转移至室内释放出来，是逆卡诺循环过程。空气能热泵系统在理论上，其能效比(COP)能达到2.8以上，其出水温度也低于暖气片的出水温度，与传统燃烧化石能源相比，热泵系统的节能性更卓越。2015年以来，国家支持下，空气能热泵在多方面进行了改进。北京市某农村住宅的空气源热泵—散热器低温供暖系统试点，表明该系统能够满足热舒适的要求，且供回水温度低、温差小，系统COP约2.8[12]。兰州地区的喷气增焓空气源热泵低温地板辐射供暖系统试点，结果表明在环境温度为-12.9 ℃时，系统COP大于1.85，空气源热泵供暖系统在寒冷条件下能稳定输出热能[13]。并且通过技术上的改进，已可以通过有效的化霜措施解决结霜问题，采用下送风方式来调整舒适感。空气型热泵末端安装方便，预热时间短，可以很快达到室温要求，更适合于间歇方式，供暖环境清洁，可以避免燃煤情况下的脏乱。

政府对煤改电居民提供多种配套政策，包括财政补贴、出资进行房屋保温改善、出台峰谷电价优惠政策等。目前京郊地区农户安装使用实例，装机费用约3 500元/台，每户平均要装3台，供暖季室内温度基本维持在18 ℃～22 ℃，整个供暖季热泵用电3 838 kWh/户，如果按照0.50元/kWh，则每户供暖费用为1 919元[14]。在国家补贴下，空气能热泵系统运行费用可与燃煤费用基本持平。

在农村，居民居住较分散，空气能热泵系统能很好地适用于此条件。且农村建筑密度低，农村居住建筑容积率不超过0.3[15]，空气源热泵互不影响，能有效地避免城镇建筑密度高而空气能热泵相互干扰现象，可实现热泵供暖最佳性能。同时，准二级压缩循环、复叠循环、辅助电加热等空气源热泵的改进也为北方农村地区清洁、无污染供热提出了更多的选择。所以以分散的空气源热泵作为热源在农村地区十分具有可行性。并且空气能热泵系统的推行能削峰填谷，也有利于优化我国能源结构。而在实际应用时，应注意落实政策，科学有序地进行，解决目前出现的安装，功率配置，设计施工方面的实际问题。

4 结语

第一，集中供暖可选择便于调节的系统减少能耗，但农村集中供暖还存在多方面问题。且农村地区供暖仍以一家一户为主，若能取消集中供暖，应尽量改为家庭型取暖。

第二，应支持空气能热泵系统在农村地区的推行。空气能作为可再生能源进行供暖，将在较长时间内发挥其优势。可将农村普遍存在的柴灶和土炕同热泵系统结合，形成适合农村利用的供暖和生活体系。同时加强农村地区基础设施建设。在新农村建设中提高建筑节能：进行保温改造，加强排水、散热建设，合理增容电网等。

第三，充分利用农村地区当地条件：农村地区太阳能和生物质，可作为供暖辅助部分，构建“太阳能+”或“生物质+”绿色模式。利用农村优势，改进地源热泵系统进行大面积供热。

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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，工程师

TU832

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