東北農(nóng)村清潔供暖適用技術(shù)研究

孔令令，李彪銘

(長春市規(guī)劃編制研究中心，長春 130000)

1 清潔供暖政策與背景

城鄉(xiāng)建設(shè)部、財政部、生態(tài)環(huán)境部和國家能源局自2017年起陸續(xù)出臺了一系列政策文件，包括《擴(kuò)大中央財政支持北方地區(qū)冬季清潔取暖城市試點的通知》《關(guān)于開展中央財政支持北方地區(qū)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(xù)發(fā)放了三批財政支出，相關(guān)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(shù)量共計43個，國家財政機(jī)構(gòu)根據(jù)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(yīng)補助，資金分別為10億元、7億元及3億元。2017-2020年，國內(nèi)北方地區(qū)的供熱面積呈現(xiàn)出較為穩(wěn)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(dá)65%，相比于2017年增加了22%，農(nóng)村的清潔供暖比例明顯提升。

2 東北農(nóng)村住宅建筑概況

東北地區(qū)室內(nèi)供暖情況與諸多因素息息相關(guān)，如房屋建筑的外圍結(jié)構(gòu)、門窗保溫情況等。從農(nóng)村建筑發(fā)展現(xiàn)狀來看，大部分房屋并未設(shè)置外保溫結(jié)構(gòu)，一般僅有一層墻體防凍，冬天門會經(jīng)常出現(xiàn)漏風(fēng)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(shù)為6.4 W/(m2·K)，玻璃傳熱系數(shù)大于墻體，如果不進(jìn)行保溫防凍處理，極易導(dǎo)致漏風(fēng)現(xiàn)象。這些建筑外圍機(jī)構(gòu)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(dǎo)致冬天室內(nèi)溫度不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)[1]。

3 東北農(nóng)村供暖能耗現(xiàn)狀

東北地區(qū)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(zhì)能等清潔能源使用相對較少。東北地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展并不均衡，各省市地區(qū)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(nèi)其他城市偏高，城鄉(xiāng)差異比其他城市要小得多，這有利于促進(jìn)農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)的全面改善，可帶動新農(nóng)村建設(shè)發(fā)展[2]。東北農(nóng)村地區(qū)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(jìn)而會帶來不同的環(huán)境影響、社會影響和經(jīng)濟(jì)影響，這將導(dǎo)致人們居住建筑的舒適度有所差異。

從20世紀(jì)90年代起，農(nóng)村能源消費結(jié)構(gòu)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(jīng)逐漸成為輔助能源。由于農(nóng)村地區(qū)存在較大的差異，發(fā)展程度大有不同，經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)居民仍需要依靠秸稈、薪柴等燃料進(jìn)行供暖，對傳統(tǒng)物質(zhì)能源仍存在較高的依賴性[4]。經(jīng)濟(jì)條件較好地區(qū)，當(dāng)?shù)鼐用褚呀?jīng)逐漸放棄了傳統(tǒng)的生物質(zhì)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(yīng)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(yīng)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?？諝饽堋⒌?zé)崮?、太陽能等已?jīng)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(jìn)行了分析。

4.1 燃?xì)?/h3>

燃?xì)饨?jīng)常會受到管網(wǎng)限制作用，一般僅在部分城郊地區(qū)方可使用。農(nóng)村地區(qū)的燃?xì)夤芫W(wǎng)敷設(shè)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(qū)設(shè)置小型供氣站[5]。內(nèi)蒙、山西等地的煤層資源相對豐富，正在嘗試提純煤氣層或?qū)μ烊粴膺M(jìn)行混合，將其作為清潔能源加以利用。燃?xì)夤┡闹饕问桨泄┡?、燃?xì)獗趻鞝t+散熱器、輻射裝置供暖等。燃?xì)夤┡夹g(shù)已發(fā)展到了相對成熟的階段，市場化能力較高，可帶動整個產(chǎn)業(yè)發(fā)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?xì)馐菓?yīng)用最為廣泛的能源之一，燃?xì)馐褂靡紤]氣源、供氣管網(wǎng)可靠性等方面的影響。

4.2 電力

供暖環(huán)節(jié)中，市政電力應(yīng)考慮電網(wǎng)容量的限制，尤其是對于電網(wǎng)相對薄弱的農(nóng)村地區(qū)，為了保證煤改項目的順利進(jìn)行，必須及時對電網(wǎng)進(jìn)行升級改造。部分企業(yè)認(rèn)為農(nóng)村地區(qū)開展的光伏扶貧工程所發(fā)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(yīng)性相對較差。對于部分棄風(fēng)棄光比例偏高的地區(qū)，可借助電力進(jìn)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(tǒng)。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(qū)域、局部供暖區(qū)域可選擇上述方法。電蓄熱是指帶蓄熱裝置的電供暖系統(tǒng)，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(tǒng)和集中供暖，其中蓄熱電暖器是當(dāng)下煤改電推廣的主要設(shè)備之一。電蓄熱系統(tǒng)合理利用了夜間谷電，可生產(chǎn)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(tǒng)對電力增容提出了更高的要求，一般為電直熱系統(tǒng)的2～3倍，系統(tǒng)初期投資偏大，需要采用良好的放熱控制措施，方可達(dá)到最佳效果。

4.3 空氣源熱泵

煤改電項目中應(yīng)用較多的是空氣源熱泵供暖系統(tǒng)。其工作原理是建立在卡諾循環(huán)基礎(chǔ)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(nèi)部?？諝庠礋岜糜袩崴汀犸L(fēng)型。熱風(fēng)型熱泵一般需要分室設(shè)置，室內(nèi)機(jī)一般放置于房間內(nèi)，控制起來相對方便靈活，利于主動節(jié)能，不會有防凍方面的特殊要求，但是農(nóng)戶對熱風(fēng)系統(tǒng)、室內(nèi)機(jī)噪音是否接受還有待考察。熱水型熱泵在常規(guī)熱水供暖系統(tǒng)中一般是配套設(shè)置，一戶一系統(tǒng)，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(zhuǎn)化為熱，空氣源熱泵的能效更高，一份電力可產(chǎn)生更高熱量，對電網(wǎng)增容要求較小，在農(nóng)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(jié)霜融霜、性能下降的問題，需要考慮噪音影響，適應(yīng)性有待考察。

4.4 地?zé)崮?/h3>

地?zé)崮芄┡ㄖ懈邷氐責(zé)嶂苯庸┡?、淺層地源熱泵供暖兩種。中高溫地?zé)嶂苯庸┡侠砝昧说責(zé)豳Y源進(jìn)行供暖，能效高，但其應(yīng)用范圍、應(yīng)用規(guī)模會受到地?zé)豳Y源的限制。地?zé)峋杀据^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(chǎn)生多份熱量，對電網(wǎng)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(hù)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(zhì)能

生物質(zhì)直接燃燒取暖的方式已經(jīng)逐漸被淘汰，而生物質(zhì)固體成型燃料高效燃燒供暖、沼氣燃燒供暖等更具發(fā)展前景。借助生物質(zhì)固體成型燃料進(jìn)行處理，方式簡單，可高效利用各類分散資源，逐步實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、市場化的發(fā)展目標(biāo)，但是該方法的原材料收儲運難度較大，固體燃料經(jīng)常摻假，如混入垃圾煤炭等，屬于非環(huán)保型燃料，在部分地區(qū)受到了環(huán)保機(jī)構(gòu)的抵制。生物質(zhì)固體燃料具有熱值偏大、價格偏高的缺點，后續(xù)供暖成本明顯增加。

4.6 太陽能

太陽能的應(yīng)用歷史悠久，應(yīng)用研究基礎(chǔ)相對較好。太陽能供暖合理利用了太陽能，受到了業(yè)內(nèi)人士的認(rèn)可。太陽能供暖包括被動式供暖、主動式供暖兩種，根據(jù)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(jié)能設(shè)計要求，盡量保證主動被動系統(tǒng)的有效結(jié)合。

太陽能被動式供暖中，最為典型的應(yīng)用是被動太陽房。20世紀(jì)80年代開始，該方法在北方地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用，極大程度改善了東北農(nóng)村室內(nèi)的居住環(huán)境。被動太陽房初期投資較少，效果突出，可起到較為穩(wěn)定的改善作用，為了保證室內(nèi)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(jìn)行綜合處理和設(shè)計，以提高室內(nèi)供暖效果，避免夏季過熱的問題。

太陽能熱水供暖系統(tǒng)建立在太陽能生活熱水的基礎(chǔ)上，具有良好的發(fā)展前景，其集熱技術(shù)成熟，可進(jìn)行分戶或其他方式處理，可考慮季節(jié)影響，結(jié)合蓄熱共同完成供暖?？紤]到集熱器是暴露在室外環(huán)境中，因此必須充分考慮防凍要求，非供暖期則要避免設(shè)備過熱。嚴(yán)寒期地下土壤過冷，可結(jié)合地埋管熱泵系統(tǒng)，利用太陽能在夏季進(jìn)行地下補熱，實現(xiàn)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(yè)內(nèi)逐漸增加了太陽能空氣供暖系統(tǒng)。這一系統(tǒng)以空氣為媒介，具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜的優(yōu)勢，不存在冬季凍結(jié)、非供暖期過熱的問題。非供暖期還可積極進(jìn)行室內(nèi)通風(fēng)，改善室內(nèi)環(huán)境。但以空氣為介質(zhì)，集熱效率相對較小，極易導(dǎo)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(yè)低品位余熱進(jìn)行供暖的一種模式。其熱源成本較低，技術(shù)方面、經(jīng)濟(jì)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(wěn)定性，余熱資源和生產(chǎn)工藝息息相關(guān)，可能存在穩(wěn)定性差、連續(xù)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(yuǎn)距離輸送要求，傳送媒介要從經(jīng)濟(jì)、成本、技術(shù)等角度出發(fā)綜合考慮。

5 東北農(nóng)村清潔供暖發(fā)展現(xiàn)狀

東北地區(qū)在逐步提高清潔供暖的發(fā)展力度，取得了較好成果，空氣質(zhì)量明顯提升，但是推進(jìn)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(shù)推廣中，相應(yīng)管控措施仍不完善。大量清潔供暖系統(tǒng)存在供應(yīng)體系不達(dá)標(biāo)的問題，市場缺乏大型企業(yè)的加入，小型企業(yè)則存在技術(shù)水平偏低、產(chǎn)品質(zhì)量可靠度差的問題，低價競標(biāo)等情況擾亂了市場運營機(jī)制。

5.2 推廣評估措施不足

推行清潔供暖前，相關(guān)機(jī)構(gòu)一般會反復(fù)論證實施方案，默認(rèn)項目完成后便達(dá)到了預(yù)期效果。但相關(guān)機(jī)構(gòu)并未對后續(xù)運行情況進(jìn)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(fā)展，甚至?xí)黾游廴境潭取?/p>

6 對策和建議

一是加強政策和技術(shù)層面設(shè)計，結(jié)合地區(qū)特殊性進(jìn)行合理規(guī)劃，確定清潔供暖工作的建設(shè)力度。結(jié)合階段性要求選擇相應(yīng)的供暖方式，確保能源安全性，促進(jìn)資源供應(yīng)、基礎(chǔ)設(shè)施的順利建設(shè)，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(shè)備、檢測工作的完善，制定相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)體系的落實和完善，達(dá)到規(guī)范行業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。

三是推動用戶、企業(yè)和政府的有效合作，盡量達(dá)到多方共贏的目標(biāo)。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(xì)則，提高補貼力度。充分發(fā)揮市場主導(dǎo)作用，吸引大量企業(yè)進(jìn)入清潔供暖市場。完善技術(shù)體系，積極創(chuàng)新，研發(fā)得到更多簡單、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)備，形成資金、技術(shù)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(shè)項目的順利執(zhí)行。建立長效反饋機(jī)制，保證前期技術(shù)支持、后期售后服務(wù)及政策的有效性、連續(xù)性。