北方農(nóng)村地區(qū)改燃供暖分析

梁可心 楊笑培 姜繼良 向港華 徐蕓菲 檀 玉

(華北電力大學(xué)(保定),河北 保定 071000)

北方農(nóng)村地區(qū)改燃供暖分析

梁可心 楊笑培 姜繼良 向港華 徐蕓菲 檀 玉

(華北電力大學(xué)(保定),河北 保定 071000)

介紹了北方農(nóng)村地區(qū)供暖現(xiàn)狀，分析了霧霾壓力與燃煤的因果關(guān)系，說明了其改燃的必要性。依據(jù)京郊地區(qū)煤改現(xiàn)狀及農(nóng)村家庭型供暖為主的特點(diǎn)，對當(dāng)前幾種供暖方式就經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、可靠性、環(huán)保等方面進(jìn)行了分析，指出集中供暖需進(jìn)行系統(tǒng)改造，燃?xì)夂托顭崾焦┡贿m合大面積發(fā)展，空氣能熱泵系統(tǒng)適合在北方農(nóng)村地區(qū)推行,為河北地區(qū)煤改氣、煤改電提供了建議。

農(nóng)村供暖,建筑節(jié)能,環(huán)保

在北方地區(qū)，供熱能耗一直是主要的民用建筑能耗，并呈現(xiàn)快速增長趨勢[1,2]。農(nóng)村供暖存在形式單一、能耗大、污染重、舒適性差等問題，城鎮(zhèn)化下，農(nóng)村地區(qū)供暖能耗呈現(xiàn)快速增長，并存在不合理現(xiàn)象。相較于城市地區(qū)較多樣化的供暖方式，農(nóng)村供暖形式多數(shù)為火炕與燃煤爐熱水供暖系統(tǒng)結(jié)合，其使用率達(dá)到了94%左右[3]，但綜合熱效率低下，出現(xiàn)能耗大而效果差的現(xiàn)象。農(nóng)村供暖燃料絕大多數(shù)為散煤，散煤燃燒產(chǎn)生的污染物是等量電廠燃煤的數(shù)倍，是當(dāng)前日益嚴(yán)重的霧霾問題的重要成因。解決霧霾問題，必須改善農(nóng)村供暖方式。綜合能源、環(huán)境和民生等多方面因素，北方農(nóng)村地區(qū)改燃供暖是一個亟待解決的問題。目前各類燃油、燃?xì)夤┡到y(tǒng)以及電供暖的使用在城市地區(qū)發(fā)展，并取得一定成效，對農(nóng)村地區(qū)改燃有參考意義。北方農(nóng)村地區(qū)供暖的分散性，基礎(chǔ)設(shè)施的落后，經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較重等對改燃在農(nóng)村地區(qū)的推進(jìn)有較大限制。改善農(nóng)村供暖不是直接照搬城市供暖，應(yīng)立足農(nóng)村特點(diǎn)、合理改燃，減少排放，提高村民生活質(zhì)量。

1 現(xiàn)狀

1.1北方農(nóng)村地區(qū)供暖情況

家庭型燃煤爐、暖氣片，是農(nóng)村供暖主要方式。部分為小區(qū)域鍋爐房的集中供熱，燃料主要為未脫硫的煤，目前小部分改為天然氣或燃油。散煤的燃燒污染排放大，是北方冬季霧霾的重要成因之一，是環(huán)保改造的重點(diǎn)。農(nóng)村地區(qū)有較為豐富的秸稈生物質(zhì)能及二次能源沼氣，可作為供暖補(bǔ)充部分，但存在不穩(wěn)定和效率低的問題，同時其燃燒產(chǎn)物未經(jīng)處理也會造成空氣污染。

1.2地域條件限制了新型供暖方式

城市地區(qū)改燃下，成效較好的供暖方式有熱電聯(lián)產(chǎn)、地?zé)釤崴疄闊嵩吹募泄嵯到y(tǒng)；戶型燃?xì)庑″仩t；電供暖：電熱膜、空氣熱泵和水源熱泵供暖等。但農(nóng)村地區(qū)存在較多限制性因素：居民的分散性限制了熱電聯(lián)產(chǎn)的利用和天然氣的管道鋪設(shè)；基礎(chǔ)設(shè)施落后及不健全，農(nóng)村低壓配電網(wǎng)存在較多問題[4]，房屋外圍護(hù)結(jié)構(gòu)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

國務(wù)院印發(fā)的“十三五”控制溫室氣體排放工作方案，其中要求在農(nóng)村地區(qū)推動建筑節(jié)能，引導(dǎo)生活用能方式向清潔低碳轉(zhuǎn)變，建設(shè)綠色低碳村鎮(zhèn)。雄安新區(qū)的建立強(qiáng)調(diào)了新農(nóng)村建設(shè)中必須堅持農(nóng)村現(xiàn)代化，在新農(nóng)村建設(shè)中須改變供暖的落后狀況。

2 集中供暖的改造

城鎮(zhèn)化下，農(nóng)村地區(qū)居住趨向小區(qū)化，其集中供暖方式大多數(shù)為區(qū)域鍋爐房供暖，并普遍為燃煤鍋爐，其能耗和污染物排放情況并不比單戶樂觀。農(nóng)村區(qū)域燃煤鍋爐房燃料為散煤，并無提前處理；集中供暖普遍存在輸送過程中熱量損耗。集中供暖的改造主要在兩個方面：1)燃燒方式的調(diào)整；2)末端流量及調(diào)節(jié)的改進(jìn)。

燃燒方式上。熱電聯(lián)產(chǎn)是目前所有方式中節(jié)能和環(huán)保效益最好的方式，并為國家大力支持，可接入地區(qū)應(yīng)積極接入。燃?xì)狻㈦姛岱绞江h(huán)保效益明顯，但用作集中供暖能耗大、價格高、條件較為苛刻，不適合集中供暖。筆者認(rèn)為，農(nóng)村集中供暖在短時間內(nèi)燃煤仍是大方向。區(qū)域鍋爐房直供熱僅為16.5元/m2[6]，遠(yuǎn)低于天然氣鍋爐房供暖，綜合成本、能源而言燃煤仍占很大優(yōu)勢。但農(nóng)村集中供暖并未正規(guī)化，仍停留在散煤燃燒階段。必須做好煤的脫硫脫硝的預(yù)處理工作，鍋爐應(yīng)采用循環(huán)流化床鍋爐，并合理安排供暖強(qiáng)弱的時間段。另外，農(nóng)村地緣遼闊、水豐富，可嘗試性發(fā)展地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行大面積供暖，改善地源熱泵在前期階段出現(xiàn)的問題。末端調(diào)節(jié)方面，鍋爐房供暖都是通過區(qū)域管網(wǎng)經(jīng)過熱水循環(huán)向建筑物內(nèi)供熱，是一種“大鍋飯式”供熱包費(fèi)制，沒有末端計量和調(diào)節(jié)手段，供熱水平降低，熱量浪費(fèi)高于30%[7]。可以一戶設(shè)置一個熱量表，每組散熱器上安裝一個測量實際散熱量的儀表來進(jìn)行熱量分配和監(jiān)控。也可以通過價格上的調(diào)控，以基本熱價加計量熱價的方式取代平攤式供熱。

3 幾種家庭型供暖方式分析

3.1燃?xì)獗趻鞝t

燃?xì)獗趻鞝t是一種家用小型燃?xì)鉄崴疇t，集水、火(氣)、電為一體，以一家一戶為單位，同時滿足供暖與熱水需求。燃?xì)獗趻鞝t主要燃燒天然氣并輔以電能，天然氣是低碳高品的能源，燃燒1 m3天然氣相當(dāng)于2 kg自然煤[8]，同等熱值下，天然氣價格只略高于煤，低于電[9]。天然氣供暖減排效果明顯，在2015年—2016年運(yùn)行下呈現(xiàn)良好的環(huán)保效益。但使用天然氣供暖存在初期投資較大，安全性較低，來源不足等問題。同時城市地區(qū)目前的煤改氣已顯示出弊端：天然氣消耗巨大[10]，高品低用，綜合利用率低，冬夏用氣峰谷大等。天然氣直接供暖更多的是環(huán)保要求，大面積推行會是對天然氣資源的浪費(fèi)，盲目擴(kuò)展燃?xì)夤┡瘯觿饣模哟笥脷夥骞炔睢６姨烊粴獬鰪S價格的提高，會造成燃?xì)廨^其他方式劣勢加大。所以從成本，氣源和能源利用來看，短時間內(nèi)，天然氣直接供暖不適合在北方農(nóng)村大面積發(fā)展。

3.2蓄熱式電供暖

蓄熱式電暖器是“低谷蓄熱，高谷放熱”的電供暖設(shè)備。目前蓄熱方式主要為相變蓄熱和化學(xué)變化蓄熱。其中相變蓄熱電暖器能在5 h內(nèi)蓄存一天的熱量[11]，并有體積較小的優(yōu)點(diǎn)，能較好地適用于單戶供暖。2010年公開數(shù)據(jù)，蓄熱式電暖器每供暖期電費(fèi)22.4元/m2，相比較于普通電暖器有很大優(yōu)勢。但蓄熱式電暖器初投資較高，電網(wǎng)增容量較大，并且雖然其電熱效率可達(dá)90%以上，但由于電能為二次能源，其真正效率低于30%。所以，蓄熱式電暖器的使用更多地體現(xiàn)在減排方面，在節(jié)能方面效益不太高。近年來一些京郊農(nóng)戶試用蓄熱式電暖氣，采暖效果不佳，初投資大，普通農(nóng)戶140 m2房屋需要至少3臺3 000 W左右的蓄熱設(shè)備。放熱量難以控制，舒適性較差。農(nóng)村住房普遍面積較大，大多為間歇式供暖，而且不同房間溫度要求差別大。目前蓄熱式電采暖不能很好地應(yīng)對上述情況，還應(yīng)從節(jié)能性、可控性、設(shè)備成本方面繼續(xù)改進(jìn)。

3.3空氣熱泵供暖系統(tǒng)

熱泵系統(tǒng)通過制熱循環(huán)，吸收戶外空氣中的熱量，并將其轉(zhuǎn)移至室內(nèi)釋放出來，是逆卡諾循環(huán)過程。空氣能熱泵系統(tǒng)在理論上，其能效比(COP)能達(dá)到2.8以上，其出水溫度也低于暖氣片的出水溫度，與傳統(tǒng)燃燒化石能源相比，熱泵系統(tǒng)的節(jié)能性更卓越。2015年以來，國家支持下，空氣能熱泵在多方面進(jìn)行了改進(jìn)。北京市某農(nóng)村住宅的空氣源熱泵—散熱器低溫供暖系統(tǒng)試點(diǎn)，表明該系統(tǒng)能夠滿足熱舒適的要求，且供回水溫度低、溫差小，系統(tǒng)COP約2.8[12]。蘭州地區(qū)的噴氣增焓空氣源熱泵低溫地板輻射供暖系統(tǒng)試點(diǎn)，結(jié)果表明在環(huán)境溫度為-12.9 ℃時，系統(tǒng)COP大于1.85，空氣源熱泵供暖系統(tǒng)在寒冷條件下能穩(wěn)定輸出熱能[13]。并且通過技術(shù)上的改進(jìn)，已可以通過有效的化霜措施解決結(jié)霜問題，采用下送風(fēng)方式來調(diào)整舒適感。空氣型熱泵末端安裝方便，預(yù)熱時間短，可以很快達(dá)到室溫要求，更適合于間歇方式，供暖環(huán)境清潔，可以避免燃煤情況下的臟亂。

政府對煤改電居民提供多種配套政策，包括財政補(bǔ)貼、出資進(jìn)行房屋保溫改善、出臺峰谷電價優(yōu)惠政策等。目前京郊地區(qū)農(nóng)戶安裝使用實例，裝機(jī)費(fèi)用約3 500元/臺，每戶平均要裝3臺，供暖季室內(nèi)溫度基本維持在18 ℃～22 ℃，整個供暖季熱泵用電3 838 kWh/戶，如果按照0.50元/kWh，則每戶供暖費(fèi)用為1 919元[14]。在國家補(bǔ)貼下，空氣能熱泵系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用可與燃煤費(fèi)用基本持平。

在農(nóng)村，居民居住較分散，空氣能熱泵系統(tǒng)能很好地適用于此條件。且農(nóng)村建筑密度低，農(nóng)村居住建筑容積率不超過0.3[15]，空氣源熱泵互不影響，能有效地避免城鎮(zhèn)建筑密度高而空氣能熱泵相互干擾現(xiàn)象，可實現(xiàn)熱泵供暖最佳性能。同時，準(zhǔn)二級壓縮循環(huán)、復(fù)疊循環(huán)、輔助電加熱等空氣源熱泵的改進(jìn)也為北方農(nóng)村地區(qū)清潔、無污染供熱提出了更多的選擇。所以以分散的空氣源熱泵作為熱源在農(nóng)村地區(qū)十分具有可行性。并且空氣能熱泵系統(tǒng)的推行能削峰填谷，也有利于優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)。而在實際應(yīng)用時，應(yīng)注意落實政策，科學(xué)有序地進(jìn)行，解決目前出現(xiàn)的安裝，功率配置，設(shè)計施工方面的實際問題。

4 結(jié)語

第一，集中供暖可選擇便于調(diào)節(jié)的系統(tǒng)減少能耗，但農(nóng)村集中供暖還存在多方面問題。且農(nóng)村地區(qū)供暖仍以一家一戶為主，若能取消集中供暖，應(yīng)盡量改為家庭型取暖。

第二，應(yīng)支持空氣能熱泵系統(tǒng)在農(nóng)村地區(qū)的推行。空氣能作為可再生能源進(jìn)行供暖，將在較長時間內(nèi)發(fā)揮其優(yōu)勢。可將農(nóng)村普遍存在的柴灶和土炕同熱泵系統(tǒng)結(jié)合，形成適合農(nóng)村利用的供暖和生活體系。同時加強(qiáng)農(nóng)村地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在新農(nóng)村建設(shè)中提高建筑節(jié)能：進(jìn)行保溫改造，加強(qiáng)排水、散熱建設(shè)，合理增容電網(wǎng)等。

第三，充分利用農(nóng)村地區(qū)當(dāng)?shù)貤l件：農(nóng)村地區(qū)太陽能和生物質(zhì)，可作為供暖輔助部分，構(gòu)建“太陽能+”或“生物質(zhì)+”綠色模式。利用農(nóng)村優(yōu)勢，改進(jìn)地源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行大面積供熱。

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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，工程師

TU832

A