中国北方典型地区农村清洁取暖调研分析及思考

徐银鸿，李 闯，张文廷，叶 堃，李 洁，许江东，焦铭泽，任彦波，薛春瑜，刘广青

（1北京化工大学，北京100029；2中国农村能源行业协会民用炉具专业委员会，北京100125）

0 引言

近年来，中国北方地区雾霾天气频发，空气污染问题严重影响了区域经济发展与人们健康生活，引起了社会民众以及各级政府的高度关注。散煤燃烧取暖是冬季重污染天气的重要原因[1-3]，在农村地区，民用燃煤炉具缺乏有效的污染物减排措施，且散煤在较差的燃烧条件下，其排放因子远高于燃煤电厂和工业锅炉[4-6]。《中国散煤综合治理调研报告2017》称，民用散煤总量约2.34 亿t，其中农村散煤消费量占94%[7]，其污染排放造成的环境影响不容忽视。

室内空气污染已被认为是最大的环境风险因素[8]，固体燃料造成的家庭空气污染被全球疾病负担项目评为中国第二大过早死亡的环境风险因素，导致2016年60.5万人过早死亡[9]。民用散煤污染源与人类生活有着更为紧密的联系，冬季室内通风条件差，不利于污染物的扩散[10]。长期暴露于散煤燃烧的室内环境极大增加了呼吸系统、心血管系统和免疫系统疾病的患病率[11-14]。

国家十部委联合发布的《北方地区冬季清洁取暖规划（2017—2021 年）》（简称《规划》）中指出，当前中国北方地区清洁取暖面积不足20%，迫切需要推进清洁取暖。到2021年，“2+26”城市以及其他地区的农村地区清洁取暖率分别达到60%与40%以上[15]，清洁取暖改造任务量巨大。各地为实现清洁取暖率的目标，纷纷积极推进天然气与电替代散煤取暖的工作。随着“煤改电”与“煤改气”规模不断扩大，部分地区强制禁煤、清洁能源供应不足、清洁取暖费用过高难以承受等问题逐渐显现，使得该政策实施方式与效果方面存在较多争议，“双替代”进入瓶颈期。尤其在天然气管道、电网等基础设施较为落后、财政支持力度与居民经济收入有限的农村地区，清洁取暖工作将面临更大的挑战。

目前大部分清洁取暖相关的研究更多地关注了城市及城乡结合部的清洁取暖，且重点集中在京津冀地区[16-18]。对于京津冀之外的北方农村地区的关注度不足，深入农村一线大规模的调查与研究则更为有限。基于以上情况，本研究针对除京津冀以外即将深入推进农村清洁取暖的农村地区进行大规模的实地调研与测试，获得一手数据与信息，深入了解散煤取暖排放水平及其特征、清洁取暖现状及存在的问题，旨在为政府制定清洁取暖规划及技术解决方案提供数据支撑与可行建议。

1 研究方法

选择山西、陕西和黑龙江3 个省份，山西、陕西包含“2+26”城市和汾渭平原城市，是蓝天保卫战的主战场之一；黑龙江作为东北三省的典型代表，是生物质综合利用的代表性地区。三省农村冬季取暖散煤使用量均排在全国前十。为了保证调研对象具有一定的典型性与代表性，研究根据三省的地理及气候特征、资源禀赋情况、经济条件和政策情况，选择6 个代表性城市。黑龙江省选择了位于松嫩平原的重要粮食产地绥化市与具有丰富煤炭资源和林木资源的牡丹江市；山西省选择了西南部的长治市作为“2+26”城市的代表，朔州市作为山西北部严寒地区及非重点管控城市的代表；陕西省选择了铜川市作为汾渭平原的代表城市，榆林作为陕北地区的代表城市。

本项目主要采取实地调研与测试2 种研究方法。调研主要包括政府访谈调研与入户调研2 种；测试主要包括了民用燃煤炉具烟气排放测试、室内空气污染测试。研究采用自行设计的便携式民用炉具污染排放现场测试系统[19]，对民用炉具的污染物排放特征进行24 h 现场测试。测试项目主要包括PM2.5、CO、NOx、SO2和CO2。PM2.5基于光学法检测实时排放浓度，采用称重法进行校正。其他气态污染物通过气体分析模块进行实时监测分析。室内空气污染测试使用设备DustTrak 8530（TSI 公司）和EL-USB-CO（LASCAR 公司）记录PM2.5和CO的实时浓度。

2 结果与分析

2.1 农村取暖基本情况

2.1.1 房屋结构 山西省、陕西省农村地区的房屋结构主要有楼房、平房、窑洞3 种（图1）。调研地区以平房为主，相对比较富裕的农户选择居住在楼房，窑洞多位于山区以及较为寒冷的地区，且家庭收入较低。山西省和陕西省居住平房、楼房、窑洞的居民占比分别为75%、14%、11%和64%、22%、14%。该地区住房建筑墙体外墙以37、24 cm 为主，内墙均为24 cm。居民对于提升房屋保温性能的意识比较薄弱，普遍没有保温措施，少于10%的居民会建造较厚的墙壁提升房屋保温效果，77%的农户玻璃为单层，房屋门窗密闭性差，取暖热量损耗大，不利于节约能源和降低取暖成本。

黑龙江省调研区域农户居住房屋全部为平房。由于冬季气候严寒，该地区较为注重建筑保温。调研结果显示，75%农户家庭的外墙厚度建造为50 cm以上，68%的居民在墙体中加入保温材料，83%的居民安装双层玻璃，64%的居民在房屋外部用塑料布搭建简易阳光房，既能达到门窗保温的效果，又能充分利用阳光取暖。

2.1.2 传统取暖方式 调研发现，随着农村地区居民消费观念的不断变化以及政府项目的推动，取暖方式出现多样化的趋势。目前农村地区的取暖设备包括燃煤炉具、生物质炉具、甲醇炉、电暖气、空气源热泵以及天然气壁挂炉等，如图2 所示。农村地区冬季取暖使用燃料种类繁多，其种类及价格如表1 所示。燃料种类选择主要受家庭经济收入影响。家庭收入越高越倾向于使用优质清洁能源。

受经济收入水平、居民生活采暖习惯、基础设施条件的限制，北方农村地区仍以燃煤取暖为主。各地气候条件及居民生活习惯等差异导致不同类型的燃煤炉具在不同地区甚至是同一地区的不同市县的分布比例也不尽相同（表2）。山西、陕西地区以烤火炉与水暖炉为主，经济条件较好的用户更多使用水暖炉。在偏北的寒冷地区，居民习惯使用炕取暖，黑龙江地区8成以上的用户使用水暖炉与炕结合取暖。

2.1.3 清洁取暖意愿 研究对农户家庭基本情况与清洁取暖意愿进行调查。结果（表3）显示，受访家庭中青壮年以外出务工为主，受访者以50 岁以上老人居多，且教育程度普遍不高，绝大多数都是初中以下文化程度，农村地区空心化现象普遍存在。这部分人群环境健康意识较为薄弱，采暖习惯较难改变，清洁取暖工作的推进也更为困难。

表1 农村民用取暖燃料种类及价格

居民清洁取暖改造意愿主要受家庭年收入和清洁取暖实际运行费用的影响。随着家庭经济收入水平的提高，居民更加关注居住环境的改善和生活品质的提高，家庭的能源使用会以“阶梯”渐进的形式转换到更加清洁和复杂的能源[20（图3）。同时，补贴政策对居民清洁取暖意愿影响较大，仅有4.81%的居民愿意在无补贴的情况下主动选择使用清洁能源取暖（图4）。大部分受访者表示清洁取暖实际运行费用与散煤取暖相当的情况下，才有可能主动选择清洁取暖。

2.2 散煤取暖污染排放现状

2.2.1 烟气排放水平 实地测试结果显示，民用燃煤炉具污染物排放因子远高于工业锅炉、电厂等燃煤利用方式，尤其是CO 和PM2.5。工业锅炉与燃煤电厂燃烧效率较高，默认其完全燃烧，CO排放忽略不计。实地测试结果（图5）显示，民用燃煤炉具CO排放水平普遍偏高，主要是由于民用燃煤炉具燃烧条件较差，且居民取暖多为封火燃烧的状态，燃烧不充分产生大量的CO。据山西省调研结果显示，部分农户每天封火时长可达10～18 h。民用烤火炉与水暖炉的PM2.5排放因子是工业锅炉排放的12.5、10.4 倍；是电力行业排放的21.8、18.1倍。

表2 调研区域不同类型燃煤取暖炉具使用情况

2.2.2 烟气排放特征 目前大多数文献中报道的炉具排放水平都是基于实验室排放测试而得出的[22-24]，但受用户使用习惯等影响，短时间的稳定燃烧测试阶段所得出的排放数据，与用户在实地使用过程中进行全过程的监测数据存在一定的差异性[25-27]。以使用习惯具有代表性的用户为例，烟气实时排放测试结果如图6 所示。用户使用炉具取暖的同时还会进行炊事活动，全天加煤次数较多，导致燃烧过程中污染物排放存在较高的波动变化。每天的点火过程与CO的排放波峰具有明显的一致性。点火初期，炉膛温度较低，达不到稳定燃烧的温度，导致燃煤中大量的挥发成分未经充分燃烧而排放，产生较高水平的污染物排放。随着燃烧更加充分，CO2浓度更高，燃料中的硫和氮在高温下析出，SO2和NOx浓度开始升高。在旺火和炊事阶段，加煤操作和清灰操作等活动对燃烧状态影响较大，气态污染物排放浓度增加，一段时间后随着燃烧强度的降低而降低。

2.2.3 室内空气污染 本研究在使用散煤取暖的用户家中进行了PM2.5和CO 的室内空气污染测试，结果（图7）显示，使用烤火炉与水暖炉家庭的室内日平均PM2.5浓度分别为291、264 μg/m3，是WHO 提出的日均浓度指导值25 μg/m3的10倍以上，全部测试家庭均出现了超高值。使用烤火炉与水暖炉家庭的室内平均CO浓度分别为8.05、7.41 mg/m3，48%的家庭CO室内日均浓度超过了WHO提出的室内日均浓度指导值(7 mg/m3)。炉具密闭性不好产生泄露排放，且冬季房间通风不及时是室内空气污染浓度超标的主要原因。需要强调的是，加煤操作也会造成室内CO浓度急速升高。另外，水暖炉家庭室内污染水平普遍低于烤火炉家庭，提高炉具质量可一定程度缓解室内空气污染水平。

3 问题与建议

3.1 因地制宜，循序渐进，推进清洁供暖可持续发展

国家出台的相关政策规定了明确的清洁取暖指标要求和技术路径，将双替代指标作为硬性任务纳入考核范围，一定程度上约束了其他技术路径的选择。各级地方政府制定清洁取暖规划时，照搬上级文件内容，层层加码，缺乏对当地资源禀赋、基础设施的深入调研与可行性论证，导致“因地制宜”技术路径落实困难。

地方政府应充分发挥《规划》的政策空间，考虑建立农村地区散煤替代的长效机制和阶段性路径，处理好农村地区散煤治理的短期目标和长期愿景。长期来看，逐步用电能、天然气、太阳能和生物质等清洁能源替代散煤取暖是清洁取暖的终极目标。短期来看，在具备条件的地区有序推进基础建设，分阶段在有相应基础设施条件的地区实现改电，在气源充足且具备集中改造条件的地区改气，在秸秆和林木资源丰富的地区推行生物质取暖；而在农村人口密度低、农户居住分散的农村地区，特别是山区，洁净煤配合环保炉具推广取暖可以较低成本。

3.2 统筹推进清洁供暖与建筑改造相结合，提升清洁供暖节能效益

农村地区的房屋建筑保温对取暖效果及用能有较大影响。以山西省某村为例，普通平房用户与保温较好的窑洞相比，两户均使用烤火炉取暖，且每年取暖季耗煤量相同，均为1.5 t。取暖面积为10 m2的平房室温为13℃，取暖面积为12 m2的窑洞室温可达17.9℃。在此基础条件下，大面积推行“煤改电”、“煤改气”，热量流失严重，取暖效果不佳，加重居民经济负担。

房屋保温性能较差导致的能耗损失不容忽视。农村地区可通过加强建筑墙体、门窗、屋顶的保温，以降低热量损耗，节省燃料消耗量，降低取暖成本，达到事半功倍的清洁取暖效果。地方政府对建筑节能的重视程度需要进一步提升，可配套相应的专项资金，科学规划、循序渐进地推进居民建筑节能改造工作。

3.3 明确政府部门职责分工，规范清洁取暖市场，激励企业科技创新

清洁取暖的政策制定和实施涉及到多部门、多层级，缺乏灵活的沟通和协调机制。应依据因地制宜和自下而上的原则，以最了解当地情况且负责政策实施落地的县级政府为主体，制定农村地区清洁取暖方案。遵循“政府监管、企业为主、市场化运营”原则，充分发挥政府在政策制定、市场监管和标准规范制定等方面的重要作用。清洁取暖市场在短时间内迅速发展，刺激大量企业进入。但由于缺乏准入机制与科学的评估方法，出现了压低产品价格与质量进行恶性竞标的现象。政府应制定科学的招标采购、补贴与评估机制，保障企业服务质量及用户利益。招标采购工作应结合第三方权威机构的检测结果、行业内权威专家的评价意见，以及当地居民的选择意愿等科学因素选定拟推广的技术与产品，同时要注重考察入选企业的资质、过去推广的项目效果与售后服务能力等方面综合评判。营造风清气正的社会环境，给企业提供创新的动力与支持。

3.4 加强教育与宣传，提高居民环保与健康意识

目前政策在制定和实施过程中均以解决雾霾这一公共问题为主要导向，很多农户在缺乏对自身影响认知的情况下主动性不足。清洁取暖工作不仅应考量其对室外空气质量的影响，也应更加着力提升室内空气质量和农户健康效益。通过加强对农村地区居民环保意识与健康意识的教育，制作一些通俗易懂的视频与手册，深入宣传劣质散煤对大气环境及室内空气质量的污染，正向引导居民接受清洁取暖，使居民在经济条件允许的情况下有意识地自主转向清洁取暖。